Человечество является неотъемлемой частью природы и не может существовать отдельно от окружающей среды. Показателем здоровья окружающей среды являются естественные источники кислорода - леса. В настоящее время остро стоит вопрос экологического состояния лесов, что делает мониторинг жизнеспособности деревьев первостепенной целью. После пожаров в лесах Сибири и Якутии, которые происходили за последние несколько лет, очень важно сохранить оставшийся лесной фонд.
Лес является одним из основных видов хозяйственной деятельности человека, получения большого количества материальных ресурсов, в том числе древесины, лекарственных и технических ресурсов, основой для развития деревообрабатывающей и целлюлозно-бумажной промышленностей и других отраслей народного хозяйства. Рост экономики страны во многом зависит от того, насколько рационально используются лесные ресурсы. Одним из методов улучшения состояния лесов является лесопатологический мониторинг. Измеряя влажность и температуру дерева, можно определить его жизненное состояние и биологическую продуктивность, и заблаговременно предпринять меры, чтобы вылечить и продлить жизнь древостоя.
В промышленной сфере также необходимо знать свойство природного древесного материала для его последующей обработки, что повисит качество конечного продукта. Одним из свойств древесного материала является плотность древесины. Наиболее сильное влияние на плотность древесины оказывает влажность, определение которой необходимо для выборки зрелых деревьев. Это предотвратит спиливание молодых деревьев, и, соответственно, продлит жизнь большинству лесов.
Также данные о влажности деревьев вместе со спутниковыми данными позволят лучше изучить подстилающую поверхность, которая напрямую влияет на погодные и климатические изменения. Различия в поглощении, накоплении и расходе энергии Солнца между разными участками подстилающей поверхности оказывают огромное влияние на общую циркуляцию атмосферы.
Целью выпускной квалификационный работы является разработка и проектирование измерителя влажности живого дерева, измеряющего в реальном времени, с беспроводной передачей данных на компьютер.
Задачи:
• исследовать методы измерения влажности древесины;
• выбрать метод измерения влажности древесины;
• исследовать технологии беспроводной связи;
• выбрать технологию беспроводной связи;
• создать рабочий прототип устройства, измеряющего влажность дерева;
• произвести тестирование полученного прототипа устройства, измеряющего влажность дерева;
• произвести анализ полученных результатов;
• написать программу сбора и передачи данных на компьютер.
В ходе написания данной выпускной квалификационной работы был проведен анализ существующих методов и гигрометров, измеряющих влажность дерева, среди которых был выбран емкостной датчик. Также были изучены существующие технологии беспроводной передачи данных, среди которых была выбрана технология Bluetooth.
В первой части рассмотрены методы измерения влажности древесины, датчики влажности, из которых выбран емкостной датчик.
Во второй части рассмотрены технологии беспроводной связи и существующие модули беспроводной связи, из которых выбран модуль, и составлена функциональная схема устройства.
В третьей часть составлена принципиальная схема устройства, результаты измерения влажности устройством.
Целью дипломного проекта являлась проектирование устройства, измеряющего влажность живого дерева, с беспроводной передачей данных на компьютер. В частности необходимо было разобрать теоритическую часть реализации, привести обзор существующих методов, выбрать оптимальный тип гигрометра, который сможет точно и без вреда дереву измерять влажность, и выполнить программную часть для микроконтроллеров. В результате выполнения работы были выполнены следующие задачи:
• рассмотрены особенности методов измерения влажности древесины;
• выбран метод измерения влажности древесины;
• рассмотрены особенности технологий беспроводной связи;
• выбрана технология беспроводной связи;
• создан рабочий прототип устройства, измеряющего влажность дерева;
• произведено тестирование полученного прототипа устройства, измеряющего влажность дерева;
• написана программа сбора и передачи данных на компьютер.
С проектированный прототип является полностью автономным, точным и простым для калибровки.
Технические характеристики:
• погрешность измерения температуры: ±0,5С°;
• диапазон измерения влажности: от 1 г/м3 до 500 г/м3;
• диапазон измерения температуры: от -30С° до +80С°;
• рабочий диапазон температуры: от -30С° до +80С°;
• частота беспроводной передачи данных: 2,4 ГГц;
• время автономной работы при недостаточном освещении солнечной батареи: до 50 часов.
