Система автоматизированной теплицы представляет собой набор датчиков различного назначения, исполнительных механизмов и основного блока, управляющего всей системой. Подобные системы активно внедряются в промышленность, так как они позволяют многократно повысить скорость реакции на такие события, как повышение температуры выше критической, недостаточность освещенности и другие. Все вышеперечисленное позволяет повысить урожайность в целом. Растущие требования к качеству и количеству сельскохозяйственной продукции, а также необходимость оптимизации трудозатрат и повышение эффективности производства, делают необходимым автоматизацию процессов сельскохозяйственной отрасли.
При создании устройств автоматизации необходимо поддерживать гибкость, проявляющуюся в способах подключения внешних устройств, а также интерфейсах взаимодействия с ними. Так, если создать систему, которая будет способна перестроиться под нужды исполнителя, то попытка применения такой системы увенчается успехом при расширении ПО.
В настоящее время технология интернета вещей (IoT) все чаще внедряется в сельское хозяйство. Примерами таких систем могут служить: устройства мониторинга жизненных показателей животных, системы мониторинга за ульями [1] и другие. Данная концепция позволяет внести любую «вещь» в интернет и взаимодействовать с ней из любой точки мира (при наличии интернета). В случае с автоматизированной теплицей примерами взаимодействия являются: наблюдение за такими показателями, как температура, влажность, в том числе и почвы, видеонаблюдение, системы сигнализации и другие.
Совет стран Персидского залива субсидирует создание автоматизированных теплиц. Такое решение было принято вследствие необходимости ограничения потребления водных ресурсов, а также увеличения производства сельскохозяйственной продукции. Ожидается, что в некоторой степени переход от производства в открытом грунте к защищенному сельскому хозяйству позволит сэкономить значительное количество воды, которую затем можно будет использовать для других целей. Этот подход значительно компенсирует ограничения региона, связанные с ограниченностью сельскохозяйственных угодий и нехваткой воды [2].
Увеличение вычислительных мощностей позволяет оперативно собирать огромные объемы данных (большие данные). Алгоритмы и ИИ открывают новые возможности для обработки больших массивов информации и получения новых знаний. При этом передача данных оптимизирована за счет развития сети, через которые могут транслироваться открытые, стандартизированные форматы файлов. Использование цифровых систем в конечном счете способствует реализации эффективной аграрной политики и организации постоянного мониторинга, который в обычных условиях является очень сложным и требует много времени, особенно в области окружающей среды, климата и сельского хозяйства. Поэтому изучение состояния и перспектив цифровизации аграрной сферы представляет большой научный и практический интерес [3].
Цифровые технологии используются на 10% сельскохозяйственных угодий. Кроме того, одной из наиболее заметных проблем, с которыми сталкивается процесс внедрения цифровых технологий, является нехватка специализированных кадров и импорт иностранных технологи. Вместе с тем, как показывают модельные расчеты, наше сельское хозяйство располагает огромным потенциалом развития, который может быть реализован за счет многих факторов, включая оптимизацию размещения отраслей [4]. Эффект от этого можно существенно усилить за счет масштабного распространения цифровизации [3].
По результатам работы:
1. Получены навыки программирования МК STM32 на языке «C++» с использованием объектно-ориентированного подхода;
2. Спроектирована и изготовлена печатная плата;
3. Разработана и отлажена библиотека Modbus;
4. Разработаны и отлажены программные модули для управления дискретными входами, дискретными выходами.
Трассировка материнской платы управления автоматизированной теплицы - нетривиальная задача. При проектировании необходимо учитывать множество факторов, а также предусматривать подключения большого количество датчиков, так как для больших теплиц требуется комплексный анализ состояния всех показателей, таких так температура, влажность и так далее.
Написание программы управления в рамках объектно-ориентированного подхода позволяет написать понятный, хорошо читаемый и поддерживаемый код, что важно для больших проектов, над которыми работает команда разработчиков. Также такой подход позволяет грамотно построить архитектуру приложения и разделить программные сущности.
