Дослiдження теплицi як об’єкт автоматизацiї та удосконалення системи автоматичного керування мiкроклiматом (ID:904991)
Зміст
ЗМIСТ
ПЕРЕЛIК УМОВНИХ ПОЗНАЧЕНЬ 7
ВСТУП 8
РОЗДIЛ 1
АНАЛІЗ ОБЛАСТІ ЗА НАПРЯМКОМ ДОСЛІДЖЕНЬ 11
1.1 Загальна характеристика експлуатації автоматизованих теплиць 11
1.1.1. Автоматизована теплиця 12
1.1.2. Експлуатація автоматизованих теплиць 13
1.1.3. Промислові теплиці та ботанічні сади з комплексною автоматизацією 19
1.1.4. Невеликі приватні теплиці 27
1.2. Компоненти автоматизованих систем контролю параметрiв тепличного середовища 34
1.2.1. Складові частини автоматизованої теплиці 34
1.2.2. Переваги та недоліки експлуатації смарт-теплиць 35
1.2.3. Регулювання тепличного середовища 36
1.3 Порiвняння сучасних рiшень автоматизацiї параметрiв мiкроклiмату теплиць 37
1.3.1. Промислова глибока автоматизація 37
1.3.2. Базова автоматизація 38
1.3.3. Побутова автоматизація 38
1.4. Задачi роботи 39
Висновки до розділу 39
РOЗДIЛ 2
СКЛАДОВІ РОЗРОБЛЮВАНОЇ СИСТЕМИ АВТОМАТИЧНОГО КЕРУВАННЯ МIКРОКЛIМАТОМ ТЕПЛИЦI 41
2.1 Вибiр керуючого мiкроконтролера 41
2.2 Вибiр датчикiв 43
2.2.1 Мікроконтролер ESP-8266 44
2.2.2 Датчик температури та вологості повітря 44
2.2.4 Датчик дощу 47
2.2.5. Датчик вологості ґрунту 49
2.3. Вибiр виконуючої апаратури 51
2.3.1. Комутаційне реле 51
2.3.2. Електричний клапан 52
2.3.3. Електричний лінійний привід 53
2.3.4. Світлодіодне підсвічування 54
2.3.5. Прямий нагрівач і вентилятор 56
2.4. Формування структури програмного забезпечення автоматизованої системи керування мiкроклiматом теплицi 56
2.4.1. Ініціалізація датчиків і виконавчих механізмів 56
2.4.2. Автоматичне підключення датчиків і виконавчих механізмів до головного мікроконтролера 58
2.4.3 Зберігання датчиків і виконавчих механізмів у пам'яті 60
2.4.4 Веб-додаток 60
Висновки до розділу 66
РОЗДIЛ 3
АНАЛIЗ ОСОБЛИВОСТЕЙ РЕАЛIЗАЦIЇ СИСТЕМИ АВТОМАТИЧНОГО КЕРУВАННЯ ПАРАМЕТРАМИ МIКРОКЛIМАТУ ТЕПЛИЦI 67
3.1. Програмна реалiзацiя концепцiї автоматизацiї 67
3.1.1. Автоматизація 67
3.1.2. Взаємозв’язок програмного та апаратного забезпечення 79
3.1.3. Підготовка комунікації з сервером 79
3.2. Особливостi апаратної реалiзацiї системи 81
3.2.1. Підключення елементів автоматизованої системи керування 82
3.2.3. Підключення системи автоматизації до сервера 85
3.3. Аналiз можливостей щодо подальшого вдосконалення розроблюваної системи 86
Висновки до роздiлу 86
ВИСНОВКИ 87
СПИСОК ВИКОРИСТАНИХ ДЖЕРЕЛ 89
ДОДАТОК А Демонстрацiйнi матерiали 93
Зразок роботи
ВСТУП
Актуальність теми. Посилення проявiв світової продовольчої кризи змушує суспільство, а також і окремих громадян все більше приділяти увагу самозабезпеченню та оптимізації виробничих процесів у сільському господарстві. Так, оптимізація режимів функціонування теплиць є перспективним напрямком досліджень. Зокрема, слід зосередити увагу на тепловому режимі теплиці, який забезпечує рослинам більш високу середню температуру і загальні менші коливання температури протягом року [1].
Функціонуюча автономна теплиця складається з належним чином спроектованої зовнішньої конструкції, сенсорних систем, систем приводів, контролю, регулювання та інтелектуального алгоритму керування, які разом повинні забезпечувати можливість підтримання оптимальних режимів мікроклімату тепличного середовища.
Зв’язок роботи з науковими програмами, планами і темами. Вибраний напрямок досліджень є складовою частиною тематичного плану Івано-Франківського національного технічного університету нафти і газу (ІФНТУНГ). Магістерська робота виконувалась автором відповідно до основного наукового напрямку діяльності кафедри автоматизації та комп’ютерно-інтегрованих технологій ІФНТУНГ. Тематика роботи є частиною планових державних науково-дослідних програм із розвитку нафтогазового комплексу України та базується на результатах держбюджетних тем: «Автоматизоване управління багатовимірними об’єктами на засадах гібридних систем обчислювального інтелекту».
Магістерська робота пов’язана планом кафедри автоматизації та комп’ютерно інтегрованих технологій, щодо освоєння і вивчення студентами принципів керування з використанням ефективних систем керування. В межах зазначеної теми автором безпосередньо було виконано розділи роботи із розроблення системи автоматичного регулювання параметрів мікроклімату тепличного середовища.
Мета роботи і задачі дослідження. Метою роботи є розробка удосконаленої автоматизованої системи керування теплицею з ціллю забезпечення оптимальних режимів мікроклімату тепличного середовища. Досягнення вказаної мети забезпечується розв’язуванням наступних задач:
1. Аналіз їснуючих рішень автоматизації теплиць промислового та побутового рівнів.
2. Формування необхідної архітектури автоматизації.
3. Визначення відповідної структури програмного забезпечення.
4. Вибір обгрунтування та вибір апаратних складових системи.
5. Формування порядку налаштування складових елементів, та системи загалом.
6. Визначення можливих напрямків розширення функціоналу розроблюваної системи автоматизації.
7. Складання висновків за результатами роботи.
Об’єкт дослідження. Електромеханічні системи автоматизації теплиць.
Предметом дослідження є методи та засоби оптимізації режимів мікроклімату тепличного середовища.
Методи дослідження. В основу дослідження покладені базові методи теорії автоматичного керування при визначенні передавальних функцій, аналізу стійкості та якості систем; при розробленні архітектури системи враховано характер температурного та атмосферного впливів на контрольоване середовище.
Наукова новизна одержаних результатів. Створена багаторівнева архітектура інтелектуального керування режимами автоматизації, яка передбачає автономну роботу окремих приводів та датчиків. Передбачено розширення функціоналу системи за рахунок впровадження головного мікроконтролера. Розроблено методику моніторингу та керування всіма функціями системи засобами бездротового зв’язку.
Практичне значення одержаних результатів. На основі синтезованих рішень та структур розроблена система автоматизованого керуваннями параметрами мікроклімату тепличного середовища. Результати досліджень, отримані в ході розробки системи автоматизації, можна використовувати для підтримання високої ефективності контролю режимів мікроклімату у теплицях, які побудовано без застосування інтелектуальних систем автоматизації.
Особистий внесок. Всі наукові результати та положення магістерської роботи одержані самостійно, особисто проведені дослідження, розроблено структуру автоматичної системи керування технологічним процесом.
Апробація результатів магістерської роботи. Основні положення та результати досліджень магістерської роботи доповідались та обговорювались на
Структура магістерської роботи. Магістерська робота складається із вступу, трьох розділів, переліку використаних джерел із 34 найменувань і викладена на 100 сторінках. Робота проілюстрована 44 рисунками, включає 7 таблиць.
Інші роботи з даної категорії:
Магістр