Лук`янець Презентация

1. Кременчуцький національний університет імені Михайла Остроградського Кафедра автоматизації та інформаційних систем

Кваліфікаційна робота
Керівник: д.т.н., проф. Притчин С.Е.
Виконав: Лук`янець В. Ю.

2.

• Мета роботи: полягає в підвищення точності та автономності
моніторингу метеорологічних параметрів шляхом розробки та
впровадження комп’ютерно-інтегрованої системи на базі
мікроконтролера Arduino Mega.
• Задача роботи:
1. Комплексний аналіз існуючих рішень та науково-технічної
літератури;
2. Формування номенклатури компонентів системи на основі
технічного завдання та аналізу ринку;
3. Схемотехнічне моделювання та віртуальне прототипування
системи;
4. Схемотехнічний синтез та проектування системи;
5. Розробка алгоритму та програмного забезпечення системи;
2

3. Вихідні дані

температура повітря: від 30 до 60 ºС ±0,1ºС;
рівень опадів: від 0 до 15 мм;
відносна вологість: від 0 до 100%;
атмосферний тиск: від 90 до 105 кПа;
напрямок вітру: від 0 до 360º;
швидкість вітру: від 0 до 60 м/с;
температура грунту: від -30 до 60 ºС.
3

4. Існуючі рішення

Структурна схема метеорологічного комплексу АМК–03
4

5. Існуючі рішення

Датчик
Technoline
TX29-IT
термометр та
гігрометр для
метеостанцій
Датчик швидкості та напрямку
вітру TFA WeatherHub
Датчик рівня опадів TFA
VIEW 30.3802.02
5

6. Недоліки існуючих систем

Висока вартість професійного
обладнання та обслуговування
Низька просторова дискретність
спостережень
Проблеми енергонезалежності та
автономності
Закритість архітектури та обмежена
масштабованість
Ненадійність каналів передачі даних
та протоколів зв’язку
6

7. Обрані рішення

Датчик вологості та
температури SHT31
Датчик швидкості
вітру моделі WH-SPWS01
Датчик температури
ґрунту DS18B20
Датчик рівня опадів
T1592
Датчик тиску
BMP280.
Датчик вологості грунту
SEN0193
7

8. Обрані рішення

Програмно-апаратна платформа Arduino Mega
8

9. Структурна схема

Структурна схема автоматизованої системи збору
та передачі кліматичних даних
9

10. СХЕМОТЕХНІЧНЕ МОДЕЛЮВАННЯ

Модельний елемент
датчика вологості та
температури SHT21
Модельний елемент Arduino
Mega 2560
Модельний елемент датчику
температури грунта DS18B20
Модельний елемент
датчику тиску BMЕ280
10

11. СХЕМОТЕХНІЧНЕ МОДЕЛЮВАННЯ

Модельний елемент
датчику вологості грунта
SEN0193
Модельний елемент
датчику рівня опадів
T1592
Модельний елемент
датчику швидкості вітру
WH-SP-WS01
Модельний елемент
датчику напрямку вітру
AS5600 AS5600
11

12. СХЕМОТЕХНІЧНЕ МОДЕЛЮВАННЯ

Результат моделювання датчика температури та вологості
Результат моделювання датчика вологості грунта
Результат моделювання датчика рівня опадів
Результат моделювання датчика тиску
Результат моделювання
датчика напрямку вітра
12

13. СХЕМОТЕХНІЧНЕ МОДЕЛЮВАННЯ

Схемотехнічна модель автоматизованої системи збору
та передачі кліматичних даних.
13

14. СХЕМОТЕХНІЧНИЙ СИНТЕЗ

Схема електрична принципова
Виконано розрахунок
енергетичного
балансу. Встановлено,
що середнє
споживання системи
становить приблизно
100 мА. На основі цих
даних розраховано
параметри
автономного
живлення: обрано
акумулятор ємністю
12 А⋅год та сонячну
панель потужністю
30 Вт, що гарантує
безперебійну роботу
станції протягом 72
годин у затінених
умовах або в зимовий
період.
14

15. Блок схема алгоритму

15

16. Інтерфейс користовача

Інтерфейс додатка на дисплею
Nextion Intelligent 7” (800×480)
16

17. Висновки

1. Проведено аналіз існуючих метеорологічних засобів, що підтвердив
потребу у створенні доступних енергоефективних систем для
локального агромоніторингу. Визначено перелік критичних
параметрів атмосфери та ґрунту, що забезпечують повноту
інформації про стан навколишнього середовища.
2. Обґрунтовано використання платформи Arduino Mega 2560 та
сучасних цифрових сенсорів як надійної бази для побудови системи.
Вперше запропоновано застосування магнітного енкодера AS5600,
що дозволило усунути механічний знос флюгера та забезпечити
високу точність визначення напрямку вітру.
3. Здійснено моделювання роботи основних датчиків системи, що
дозволило відлагодити алгоритми перетворення сигналів у фізичні
величини з високою роздільною здатністю. Апробовано програмну
обробку зовнішніх переривань для датчика опадів, що підтвердило
точність реєстрації даних навіть при високій інтенсивності
вимірювань.
17

18. Висновки

4. Виконано схемотехнічний синтез та розраховано параметри вузла
автономного живлення на базі сонячної панелі та акумулятора.
Встановлено, що обрана конфігурація забезпечує стабільну роботу
станції протягом 72 годин у безсонячний період, підтверджуючи
високу енергонезалежність розробки.
5. Розроблено програмне забезпечення для збору, фільтрації та
бездротової передачі даних через модуль ESP8266. Створено
інтерактивний інтерфейс у середовищі Nextion Editor, який
забезпечує зручну візуалізацію метеоданих та високу ергономіку
взаємодії з оператором.
6. Завдання до кваліфікайної роботи виконано;
18

19. Дякую за увагу

19