Файл: Разработка автоматизированной системы управления тепличным комплексом на примере компании ооо Завод готовых теплиц г. Москва.docx

Всего 8 управляемых элементов. Все они будут представлены в Arduino на схеме оборудования рисунок 17, но уже в другой форме.

Рисунок 25 – Гидравлическая схема авто-теплицы

2.2 Схема оборудования

Следующая схема построена в «tinkercad» на рисунке 26. В качестве контроллера для моделирования был выбран Arduino uno. Ниже на рисунке показаны наименования всех элементов системы. Каждый исполнительный элемент подключен к своему реле, а те в свою очередь подсоединены к портам (0 – 9). Всего 8 портов на выход. Все датчики подключены к аналоговым портам (A0 – A5), а на кнопки остается 3 порта (10 – 12). Кнопки подключены через заземление, таким образом, что по нажатию они выдают сигнал. Всего 9 портов на вход и 10 на выход. Дисплей подключается через дополнительные 2 порта (SCL, SDA).

Рисунок 26 – Схема оборудования
Так как на данном эмуляторе не так много устройств, то мне пришлось сделать имитацию необходимого оборудования. На представленной ниже схеме на рисунке 27, были сымитированы порядка 5 компонентов: питание от 220 V, светодиодная лампа, нагревательный элемент, электромагнитный клапан и насос. Вместо датчика влажности и температуры «DHT22» был выбран обычный датчик температуры, поэтому считывать он может только температуру. Также вместо ЖК дисплея 20x4 мне пришлось поставить 16x2. Электрическая схема представлена в «ПРИЛОЖЕНИЕ А».

---

Рисунок 27 – Схема оборудования (с названиями)

2.3 Блок-схема

Последовательный алгоритм работы автоматической теплицы был разработан в онлайн редакторе [19]. В блок-схеме находятся основные логические элементы, позволяющие легко их прочитать. Алгоритм подогрева почвы показан на рисунке 28.

Алгоритм регулировки влажности показан на рисунке 29.

Алгоритм регулировки освещенности, а также контроль времени и фазы дня и ночи продемонстрирован на рисунке 30


Рисунок 28 – Блок-схема часть 1


Рисунок 29 - Блок-схема часть 2

2.4 Программное обеспечение

Программное обеспечение написано на языке Arduino. Данный язык очень похож синтаксисом на C++ и не удивительно, ведь его создали на его основе, подключив различные библиотеки, а также изменив точку входа программы, создали две функции.


Рисунок 30 - Блок-схема часть 3

Выбор данного языка обуславливался тем, что он был разработан под микроконтроллер на базе Arduino uno, nano, mega и других моделей.

Первая функция «void setup ()» работает только один раз вначале программы, таким образом, например, можно инициализировать порты, задав им нужное состояние, чтобы не делать это множество раз во время работы программы.

Вторая функция «void loop ()» работает циклично и очень похожа на работу функции «int main ()» из C++. Также из нее можно обращаться и к другим функциям.

Вся программа состоит из 230 строк. В нее входит 5 функций, не считая основных, и каждая из них отвечает за конкретную работу. Для начала разберем подключение библиотек и инициализацию переменных кода, представленного на рисунке 31. Подключаем две библиотеки и инициализируем дисплей. После прописываем структуру, содержащую переменные для работы с портами входа. Это просто временные переменные, для удобства чтения кода. Прописываем тоже самое для выходов. Далее прописываем имя структур «out» и «in», создаем переменную для подсчета пройденного времени «time» и переменную для смены режимов работы «shift». Остальные переменные используются для работы с дисплеем.

---

Рисунок 31 – Отрывок из кода (создание переменных и подключение библиотек)

После того, как были прописаны переменные можно переходить к главным функциям. В «void setup ()» на рисунке 32 прописаны значение портов через циклы. Порты с «A0» по «A5», в системе принимают числа с 14 до 20.



Рисунок 32 – Отрывок из кода (инициализация портов)

Следующая функция «void loop ()» представлена ниже на рисунке 33. В самом начале считываем показания датчиков и присваиваем их значения временным переменным. Далее запускается условие по выбранной на дисплее строке, и программа заходит в цикл. Если это строка «programs», то мы переходим на другую страницу и следим за кнопками. Если нажать кнопку запуска системы, то программа запустит функцию «void program ()».

Следующая функция «void program ()» соответствует рисунку 34 является главной частью всей программы. После запуска функции программа сразу же заходит в цикл. Единственное условие работы цикла это чтобы «shift» - переменная смены режима не равнялась 2. Сначала считываем все данные с датчиков. Так как «tinkercad» не позволяет посмотреть какие значения выдают датчики, из-за большой нагрузки на сайт, то за основу можно взять коэффициент путем преобразования переменных. Далее, как и описывалось ранее, программа будет проверять всего три функции: освещенности, влажности и температуры.

Функция освещенности. Если свет ниже 10000 люкс и смена режима равна 1, то включается освещение. Соответственно, если смена режима поменялась, то условие бы не сработало. Если свет не ниже 10000 люкс, то выключается всё освещение.

Функция влажности. Проверяется влажность и в первой зоне и во второй, по порядку. Если в какой-то из зон влажность ниже 60%, то запускается насос и активируется электромагнитный клапан для подходящих зон. Закрываются клапаны, если влажность выше 75%, но насос не выключается, пока на всех зонах не будет влажность выше 75%.



Рисунок 33 – Отрывок из кода (инициализация)

Функция температуры. Проверяется температура почвы и в первой зоне и во второй, по порядку. Если в какой-то из зон температура почвы ниже 20 °C, то запускается насос, активируется электромагнитный клапан для подходящих зон и включается нагревательный элемент. Проверяется количество люкс на фоторезисторе. Если количество люкс превышает 30000, то активируется электромагнитный клапан, связанный с солнечным водонагревателем, также выключается нагревательный элемент. Закрываются клапаны, если температура почвы выше 28 °C, но насос и нагревательный элемент не выключаются, пока на всех зонах не будет температура почвы выше 28 °C.

---

После проверки теплицы все сигнал отправляются через порты это показано на рисунке 35. Потом запускается цикл ожидания, в нём программа остается в течении 300000 миллисекунд или тоже самое, что и 5 минут.


Рисунок 34 – Отрывок из кода (алгоритм автоматической теплицы часть 1)

Во время этого цикла проверяется условие, для выхода из функции по нажатию двух кнопок одновременно. Далее сверяется пройденное время работы теплицы и у переменной времени либо вычитается часть времени, либо увеличивается в зависимости от режима работы. Каждые 12 часов происходит смена режима работы, что приравнивается к 43200000 миллисекундам.



Рисунок 35 – Отрывок из кода (алгоритм автоматической теплицы часть 2)

3. 
   Экономический расчёт
   

1. 
   Выбор базы сравнения
   

За базовый вариант помещения принимаем теплицу с термометрами и влагомерами.

Объектом производства являются растения (за основу принимать кустарники клубники). Технико-экономические показатели базовой техники сводим в таблицу 4.

Таблица 4. Технико-экономические показатели базовой техники.

№ п/п	Показатели	Количество	Единицы измерения
1	Численность рабочих, обслуживающих помещение	1	человек на 1 помещение
2	Стоимость помещения	25000	рублей
3	Габариты помещения	4 * 6 * 2	м^3
4	Производительность	44,5 – 55,5	ягод/нед.
5	Периодичность капитального ремонта	5	лет
6	Полный срок службы	10	лет

---

1. 
   Расчет затрат на проектирование.
   

Стадии проектирования и виды работ:

1. 
   Разработка технического задания.
   
2. 
   Разработка технического предложения.
   
3. 
   Разработка эскизного проекта с составлением документации.
   
4. 
   Разработка технического проекта с составлением документации.
   
5. 
   Разработка рабочей документации.
   

Проектные работы направлены на создание приспособлений и производство конструкций по образцам без значительных конструктивны и размерных изменений. Такие работы относятся к группе новизны «Б» (разработка приспособлений).

Конструкция установки предусматривает автоматизацию выполнения всех операций, осуществляемых с применением сложных электрических, гидравлических и электронных схем, в которых рабочие и вспомогательные функции работы изделия автоматизированы, что предполагает группу V конструктивной сложности.

Затраты на проектирование состоят из заработной платы конструкторов и техников и определяются исходя из трудоемкости проекта и окладов.

2. 
   Расчет трудоемкости проектирования.
   

Расчет трудоемкости проектирования осуществляется исходя их группы новизны и конструктивной сложности, а также количества конструкторских документов на стадии технического проекта. Результаты расчетов трудоемкости по всем видам работ сводим в таблицу 5.

Таблица 5. Трудоемкость проектирования.

Стадия проекта	Вид чертежей или работ	Кол-во листов	Формат	Норма на 1 л, час	Трудоемкость нормо-часы
1. Тех. задание	Составление текстовой документации	5	А4	2	10
2. Тех. проект	1. Пояснительная записка	50	А4	4.3	215
	2. Расчеты	3	А4	2.6	7.8
	3. Спецификация	2	А4	0.8	1.6
	4. Чертеж общего вида	1	А1	73.1	73.1

Продолжение таблицы 5.

	5. Функциональная схема	1	А1	65.88	65.88
	6. Нормо-контроль текстовой документации	50	А4	0.3	15
	7. Нормо-контроль чертежа	2	А4	0.3	0.6
	8. Согласование и утверждение	114		0.5	57
Итого		114		149.78	445.98

---