Автоматизированная система аэропонного выращивания растений

приводит к большим временным затратам и позволяет точно определить погрешности только в установленных точках. С целью автоматизации на предприятии была разработана автоматическая система контроля функции преобразования, в которой оси оптической головки и поверяемого потенциометра соединены между собой и вращаются одновременно. Встроенный измеритель определяет отклонение функции преобразования по всему диапазону, ре-

зультат измерения выводится на жидкокристаллический индикатор измерителя. Весь процесс контроля занимает всего несколько минут, в то время как контроль вручную может достигать нескольких часов.

Таким образом, использование современного оборудования и методик контроля позволило повысить качество изготовления и надежность отечественных однооборотных потенциометры типа ПТП.

ЛИТЕРАТУРА

1. А.Т. Белевцев «Потенциометры». М.: Машиностроение. - 1968. - 328с.

2. В.Г. Недорезов, А.И. Цыганков, А.Ю. Доросинский «Ограничения в создании однооборотных прецизионных проволочных потенциометров»: Статья. - Электронные компоненты. - 2015. - №2. - С. 88-95.

3. В.Г. Недорезов, А.И. Цыганков «Особенности контроля микроструктур методами электронной микроскопии»: Статья. - Труды международного симпозиума «Надежность и качество». - 2014. - Том 2. -

С. 42-44.

4. В.Г. Недорезов, А.И. Цыганков «Влияние продуктов износа контактной пары потенциометра на надежность его работы»: Статья. - Труды международного симпозиума «Надежность и качество». - 2015.

- Том 2. - С. 152-153.

5. Ишков А.С. Ускоренные испытания цифроаналоговых преобразователей и системы их мониторинга и управления / Г. А. Солодимова, А. В. Светлов, А. С. Ишков, Р. А. Лемаев, Б. Ф. Цыпин // Известия высших учебных заведений. Поволжский регион. Технические науки. - 2015. - № 2. - С. 136- 146.

УДК: 623.746-519

Князьков А.В., Жестков А.Е., Кулапин В.И., Чайковский В.М.,

ФГБОУ ВО «Пензенский государственный университет», Пенза, Россия

АВТОМАТИЗИРОВАННАЯ СИСТЕМА АЭРОПОННОГО ВЫРАЩИВАНИЯ РАСТЕНИЙ

Предлагается система, предназначенная для автоматизированного процесса выращивания растений в воздушной среде без использования почвы.

Ключевые слова:

автоматизированная система, аэропоника.

В настоящее время существует проблема выращивания сельскохозяйственной продукции в районах с дефицитом пригодных для этого земель, а также в регионах с недостатком пресной воды. Кроме того, большая часть почвы, способная приносить урожай, уже задействована, часть ее повреждена в процессе использования. В связи с этим возникает вопрос развития сельского хозяйства в условиях городской среды. Данные проблемы требуют поиска решений, связанных с использованием способов беспочвенного выращивания растений. Одним из таких способов является метод аэропонного выращивания растений.

Аэропоника - это процесс выращивания растений без использования почвы, в котором питательные вещества доставляются к корням растений путем распыления водного раствора в виде аэрозоля [1]. Данный метод не предполагает использование почвенного субстрата, как в гидропонной системе, что делает системы аэропонного выращивания намного проще, кроме того, оптимизируется большой доступ к воздуху. Растение закрепляется опорной системой, а корни висят в воздухе и орошаются питательным раствором в затемненной камере. Распыление аэрозоля происходит в определенные промежутки времени так, чтобы корни не высыхали. Это является одним из преимуществ перед гидропоникой, где предполагается постоянная циркуляция питательного раствора, что ведет к увеличению энергетических затрат. Листья и ствол растения изолированы от камеры распыления. Среда не подвержена воздействию паразитов и болезней, связанных с почвой, отсюда следует отказ от применения ядохимикатов. Культуры, выращенные на аэропонике, отличаются высокой скоростью роста. В результате чего повышается продуктивность и качество выращиваемых растений. Уменьшается время вегетации растений, что позволяет собирать урожай несколько раз в год.

Предлагаемая система позволяет автоматизировать процесс выращивания растений на аэропонике. На рисунке 1 приведена структурная схема данной системы, которая состоит из следующих блоков: ДТ1 - датчик температуры окружающей среды, ДТ2 - датчик температуры раствора, ДО - датчик освещения, МК - микроконтроллер, ЧРВ - часы реального времени, УВИ - устройство вывода информации, К - ключ, Н - насос, ШИМ1 - ШИМ3 - ШИМ-регуляторы, СК - светодиод красного свечения, СБ

- светодиод белого свечения, СС него свечения.

светодиод си-

Рисунок 1 - Структурная схема автоматизированной системы выращивания растений

Система работает следующим образом: информацию о температуре окружающей среды, температуре раствора и освещенности фиксируют датчики ДТ1, ДТ2 и ДО соответственно.

В качестве датчика ДТ1 используется комбинированный DHT22 [2], состоящий из термистора емкостного датчика влажности. Кроме того, датчик содержит в себе АЦП для преобразования аналоговых значений влажности и температуры. С помощью него можно определять температуру в диапазоне от -25 до +80 градусов с точностью до 0,5% и влажность в диапазоне от 0 до 100% с точностью 2-5%. Частота опроса не превышает 0,5 Гц.

Измерение температуры питающего раствора осуществляется при помощи датчика ДТ2 типа DS18B20 [3], представляющий собой цифровой датчик температуры с программируемым разрешением, от 9 до 12-Ь^, которое может сохраняться в ЕЕРЯОИ памяти устройства. DS18B20 обменивается данными по 1-'^ге шине. Выбор датчика был обусловлен широким диапазоном измерений от -55°С до +125°С и высокой точностью 0.5°С в диапазоне от -10°С до +85°С.

Освещенность регистрируется датчиком ВН1750 [4]. Оптический датчик в виде фотодиода находится внутри полупрозрачного корпуса. Внутри микросхемы так же находятся: усилитель сигнала фотодиода и АЦП. На выходе датчика по шине

I2C выдаются значения в единицах измерения освещенности - Люксах, что является удобным для осуществления последующих расчетов. У датчика слабая зависимость от типа источника света, а так же слабое влияние на показания инфракрасного излучения, кроме того он имеет небольшие габариты, а так же низкий ток потребления за счет использования функции спящего режима.

Информация о внешней среде поступает с датчиков на микроконтроллер МК [5]. В данном устройстве используется микроконтроллер семейства PSOC4 фирмы Cypress [6,7]. В его задачи входит управление распылением питающего раствора по расписанию, управление освещением растения, конфигурирование всей системы в целом.

Микроконтроллер управляет насосом с помощью транзисторного каскада по схеме с общим эмиттером, работающим в ключевом режиме.

В зависимости от влажности окружающей среды, ее температуры и освещенности система контролирует продолжительность смачивания всей корневой системы питательным раствором и промежутки времени между опрыскиванием. За счет включения насоса на короткие промежутки времени удается достичь существенной экономии энергоресурсов. Средняя продолжительность промежутков времени между опрыскиванием составляет 30 минут, а продолжительность опрыскивания - 5 секунд [8].

Наряду с температурой окружающей среды и питанием корневой системы, важным фактором для выращивания растений также является освещение. Известно [9], что за счет энергии света при участии фотосинтезирующего пигмента - хлорофилла происходит процесс фотосинтеза. Преимущественно хлорофиллом поглощается световое излучение с длинами волн 440-470 нм и 630-670 нм, т.е. красный и синий цвета. В связи с этим в системе используются светодиоды красного, синего и белого свечений. Выбор в качестве излучающих элементов светодиодов обусловлен их низким энергопотреблением, кроме того светодиоды способны обеспечить большое соответствие спектра излучения спектру эффективности фотосинтеза.

Для управления яркостью освещения используется драйвер AL8805 [10], предназначенный для

низковольтных осветительных приборов, работающих от напряжений 6...30 В. Рассчитанный на ток до 1 А, понижающий преобразователь ДЬ8805, работающий в режиме стабилизации тока, поддерживает до десяти соединенных последовательно 3-ваттных светодиодов [11].

Типичная точность установки выходного тока драйвера равна 5% и не зависит от напряжения источника питания и длины цепочки светодиодов, что более чем достаточно для соответствия требованиям дешевых решений для освещения, и гарантирует однородное свечение светодиодов и отличную согласованность между лампами без необходимости использования балластных резисторов.

Номинальный выходной ток, устанавливается внешним резистором, а диммирование светодиодов производится постоянным напряжением или ШИМ сигналом на управляющем входе. При изменении постоянного напряжения от 0.5 до 2.5 В выходной ток изменяется от 25 до 100% от номинального, в то время как сигнал с ШИМ, уровней КМОП или ТТЛ, обеспечивает глубокую регулировку в соотношении 1000:1. Включение/ выключение осуществляется по тому же управляющему входу подачей сигнала напряжением менее 0.4 В.

Выбор в пользу микросхемы ДЬ8805 был обусловлен тем, что выходной каскад имеет повышенную скорость переключения и низкое сопротивление в открытом состоянии, что позволяет повысить частоту переключения до 1 МГц и уменьшить размеры внешних элементов.

Для хранения хронометрических данных к микроконтроллеру подключаются часы реального времени DS3231 [12]. DS3231 - высокоточные часы реального времени со встроенными 12С интерфейсом, термокомпенсированным кварцевым генератором. Прибор имеет вход для подключения резервного автономного источника питания, позволяющего осуществлять хронометрирование даже при отключенном основном напряжении питания.

Все данные о состоянии системы с микроконтроллера поступают на устройство вывода информации и предоставляются пользователю. Вывод информации возможно осуществлять либо на встроенный жидкокристаллический дисплей, либо удаленно на персональный компьютер.

ЛИТЕРАТУРА

1. http://dic.academic.ru/dic.nsf/ruwiki/1363533

2. https://www.adafruit.com/datasheets/DHT2 2.pdf

3. https://datasheets.maximintegrated.com/en/ds/DS18B20.pdf

4. https://e-radionica.com/productdata/BH17 50FVI.pdf

5. Волков С.В., Захарова О.О., Колдов А.С., Чапаев В.С. Система автоматического контроля и управления параметрами объекта. // Надежность и качество: Труды международного симпозиума: в 2-х

т. / Под ред.Н.К. Юркова. - Пенза: Изд- во ПГУ, 2014 - 2т., стр. 91-93.

6. http://www.cypress.com/file/138656/download

7. Князьков А.В., Кулапин В.И. Маньков А.М. Измерительные преобразователи параметров датчиков на базе программируемых аналоговых интегральных схем (ПАИС) //Молодежь Наука. Инновации: труды 5-й Международной научно-практической интернет-конференции. - Пенза: Изд-во Пензенского филиала ФГБОУ ВПО РГУИТП, 2012- С. 313 - 317

8. Мураш И. Г. Аэропоника в теплицах.— М.: Моск. рабочий, 1964.—95 с

9. http://www.aqua-farm.ru/coloroflight.html

10. И.Бахарев, А.Прокофьев, А.Туркин, А.Яковлев. Применение светодиодных светильников для освещения теплиц: реальность и перспективы // СТА-ПРЕСС 2010, №2

11. https://cdn.sparkfun.com/datasheets/Components/LED/AL8 8 05.pdf

12. http://datasheets.maximintegrated.com/en/ds/DS3231.pdf

УДК 681.2

Баннов В.Я., Бростилов С.А., Дружинин Н.Ю., Фомин М.В.

ФГБОУ ВПО «Пензенский государственный университет», Пенза, Россия

ЧАСТОТОМЕР НА Р1С-КОНТРОЛЛЕРЕ

Данная статья посвящена разработке устройству для измерения частоты, выполненный на PIC-контроллере со светодиодной индикацией. Может использоваться для измерения и наблюдения частоты периодических импульсов как научно-исследовательский стенд. Может найти свое применение для студентов. Ключевые слова :

Частотомер, Измерительный прибор, Программируемый микроконтроллер, шестнадцатиразрядный таймер-счетчик, девятиразрядный светодиодный индикатор.

Во многих устройствах техники связи и управления возникают задачи измерения и наблюдения за частотой периодических импульсов. На выходе та-

ких устройств часто осуществляется индикация измеряемой величины. Недостатки этого устройства в том, что область его применения очень мала.Од-нако во многих случаях требуется автоматический