- طراحی و پیادهسازی سیستم هوشمند اتوماسیون گلخانه هیدروپونیک
در این پروژه، یک سیستم هوشمند و کاملاً خودکار برای مدیریت گلخانه هیدروپونیک NFT طراحی و پیادهسازی شد. ساختار گلخانه شامل 7 طبقه مجزا، هر کدام به طول 10 متر است که فرآیند کشت، آبیاری، کنترل شرایط محیطی و تغذیه گیاهان به صورت کاملاً اتوماتیک انجام میشود.
در ابتدای فرآیند، اپراتور با رعایت الزامات بهداشتی و پوشش مخصوص وارد محیط گلخانه شده و عملیات بذرپاشی را انجام میدهد. پس از آن، کل فرآیند رشد تا زمان برداشت نهایی بدون نیاز به ورود مجدد نیروی انسانی مدیریت میشود تا احتمال آلودگی محیط کشت به حداقل برسد.
معماری سیستم کنترل
هسته اصلی سیستم بر پایه میکروکنترلر STM32F207ZGT6 طراحی شده و وظیفه مدیریت تجهیزات، دریافت داده سنسورها، اجرای الگوریتمهای کنترلی و هماهنگی میان بخشهای مختلف سیستم را بر عهده دارد.
برای توزیع پردازش و افزایش پایداری شبکه، ماژولهای متعدد مبتنی بر ESP8266 و ESP32 در نقاط مختلف سیستم استفاده شدند. هر بخش سنسوری دارای نود مستقل بوده و دادهها را از طریق شبکه داخلی به کنترلر مرکزی ارسال میکند. همچنین یک ماژول ESP به عنوان Master Communication در کنار کنترلر اصلی وظیفه مدیریت ارتباطات شبکه را بر عهده دارد.
تجهیزات و عملگرها
در این پروژه مجموعهای از تجهیزات صنعتی و سنسورها جهت کنترل دقیق فرآیند کشت مورد استفاده قرار گرفت، از جمله:
- 7 درایور استپر موتور برای کنترل مکانیزمهای حرکتی
- 14 سنسور اپتو جهت اطمینان از صحت کورس رفت و برگشتی مکانیزمها
- 7 شیر برقی برای مدیریت خطوط سیالات
- سیستم روشنایی شامل لامپهای رشد، روشنایی عمومی و UV
- برد مستقل کنترل ماشین تغذیه و کوددهی
- کنترل دوزینگ پمپها و سرووموتورها جهت تزریق دقیق مواد مغذی در مسیر مهپاشها
برد ماشین تغذیه نیز به صورت مستقل طراحی شده و از طریق یک ESP مجزا دستورات لازم را از کنترلر مرکزی دریافت میکند.
سیستم مانیتورینگ و سنسورها
گلخانه به مجموعهای از سنسورهای محیطی و صنعتی مجهز شد که به صورت پیوسته وضعیت سیستم را پایش میکنند، از جمله:
- سنجش رطوبت ریشهها برای هر طبقه
- دما و رطوبت محیط داخلی و خارجی
- اندازهگیری سطح مخازن آب، کود و گازوئیل
- سنجش آب برگشتی خطوط کشت
- فلومتر مصرف آب
- سنسور فشار خطوط و اتصالات
- مانیتورینگ جریان مصرفی تجهیزات
اطلاعات تمامی سنسورها در سیستم ثبت، تحلیل و ذخیرهسازی میشود تا امکان کنترل دقیق شرایط رشد فراهم گردد.
رابط کاربری و HMI
برای کنترل و مانیتورینگ محلی سیستم، یک نمایشگر 7 اینچی مجهز به تاچ خازنی طراحی شد که رابط کاربری گرافیکی آن با استفاده از TouchGFX و FreeRTOS توسعه داده شد.
این HMI بر پایه میکروکنترلر STM32H7B0 پیادهسازی شده و از طریق پروتکل RS485 با کنترلر مرکزی در ارتباط است. کاربر از طریق این پنل به تمامی اطلاعات سنسورها، وضعیت تجهیزات، کنترل دستی رلهها و تنظیم پارامترهای فرآیند کشت دسترسی دارد.
نرمافزار مانیتورینگ تحت ویندوز و ارتباطات ابری
در کنار سیستم Embedded، یک نرمافزار اختصاصی تحت ویندوز نیز توسعه داده شد که از طریق یک ESP متصل به کامپیوتر، دادههای سیستم را دریافت میکند. این نرمافزار امکانات زیر را فراهم میکند:
- نمایش لحظهای وضعیت سنسورها
- ذخیرهسازی دادهها در پایگاه داده
- نمایش نمودارهای تحلیلی
- تنظیم پارامترهای فرآیند کشت
- کنترل شرایط هدف مانند دما، رطوبت محیط، رطوبت ریشه، نقطه شبنم و رطوبت مطلق
همچنین امکان دسترسی و اعمال تنظیمات از طریق وب و پروتکل MQTT نیز فراهم شد تا کاربران بتوانند سیستم را از راه دور مدیریت کنند.
سیستم هشدار و پایداری
برای افزایش ایمنی و اطمینان از عملکرد پایدار سیستم، مکانیزمهای هشدار و اطلاعرسانی نیز در نظر گرفته شد. در شرایط بحرانی یا رخداد خطا، پیامهای هشدار از طریق ماژول SIM800 برای کاربر ارسال میشود تا امکان واکنش سریع فراهم گردد.
بدون دیدگاه