Курсовая работа по Робототехника (автоматизация роботов) на тему Автополив растений на Arduino

Введение
Растения играют важную роль в жизни человека. Мы получаем множество преимуществ, живя в соседстве с растениями – это свежий воздух, приятная атмосфера и конечно же полезное питание.
Многие люди пытаются окружить себя растениями как в квартире, так и на своих участках. И неважно будь это комнатные растения или посадки на дачном участке, растения требуют к себе внимания и ухода. Всё же иногда из-за напряжённого образа жизни мы элементарно забываем вовремя полить их. Это негативно сказывается на состоянии растений. Чтобы избавиться от этой проблемы, придуманы системы авто полива.
Существует огромное множество фермерских капельных и шланговых систем полива, сделанных для больших площадей и пространств. Они очень большие и громоздкие, требуют специального оборудования, ухода и присмотра профессиональными специалистами в этой области.
Многие из готовых систем не подходят нам по конструктиву или по цене. Да и многим радиолюбителям интересней собрать своё устройство, чем покупать готовое.


1 Постановка задачи курсового проекта
Цель данной работы: создать устройство на основе платы Arduino или ее аналогов, позволяющее в автоматическом режиме не допускать снижения уровня влажности почвы комнатных растений ниже критического, т.е. приводящего к их гибели. Устройство предназначено для жилых помещений. При высыхании грунта комнатных растений устройство должно автоматически включать мини насос, подающий воду к корням растений.
Устройство должно работать периодически, а не постоянно, включаясь по мере значительного снижения уровня влажности почвы. Предусмотреть гибкую настройку устройства под различные виды растений и грунта (срабатывание устройства при различной степени влажности почвы).
Область применения: устройство предназначено для жилых помещений и автоматического полива комнатных растений.
Существует несколько методов полива растений:
1. Метод полива из лейки;
2. Метод частичного погружения емкости с растением в воду;
3. Метод полного погружения;
4. Метод капельного орошения;
5. Фитильный полив;
Рассмотрим все методы полива поочередно, с точки зрения их эффективности.
Метод полива из лейки является самым распространенным.
Метод частичного и полного погружения является наиболее эффективным из всех перечисленных, но при наличии большого количества растений достаточно трудоемок.
Метод капельного орошения эффективен, но связан с необходимостью точной настройки оборудования, расположением растений в одном месте и дополнительном месте для размещения насосов, таймеров управления и емкости с водой.
Фитильный полив не пригоден для большинства растений, его используют при выращивании сенполий.
Входной информацией устройства являются показания с датчика влажности почвы и потенциометра, с помощью которого производится регулировка уставки срабатывания насоса.
Выходная информация устройства — это дискретный выход с микрореле, контактами которого подается питание на электрическую помпу. Помпа, в свою очередь подает воду для полива. Также дискретные выходы на светодиоды, сигнализирующие о состоянии работы устройства. Горит зеленый светодиод - нормальный режим работы. Горит красный - авария.


2 Техническая реализация поставленной задачи
Наша система автоматического полива будет состоять из следующих элементов:
Iskra Neo — платформа для разработки с микроконтроллером ATmega32U4. Она является эквивалентом итальянской Arduino Leonardo, но производится в России. Arduino — это открытая платформа, которая позволяет собирать всевозможные электронные устройства. На базе неё и построена Iskra Neo.


Рисунок 1 – Внешний вид платы Iskra Neo

Для программирования используется упрощённая версия C++, известная так же, как Wiring. Разработку можно вести как с использованием привычной бесплатной среды Arduino IDE, так и с помощью графического языка программирования XOD IDE или произвольного C/C++ инструментария. Поддерживаются операционные системы Windows, MacOS X и Linux. Прошивается плата через microUSB-кабель.
Производительность
Iskra Neo работает на частоте 16 МГц. Микроконтроллер ATmega32U4 предоставляет 32 КБ флеш-памяти для хранения прошивки, 2,5 КБ оперативной памяти SRAM и 1 КБ энергонезависимой памяти EEPROM для хранения данных при обесточивании.
Совместимость
На плате находятся традиционные для Arduino контактные колодки. Они расположены в соответствии со стандартной распиновкой Arduino R3, поэтому на плату могут быть установлены платы расширения для Arduino.
Родным логическим напряжением для Iskra Neo является 5 В. Это обеспечивает электрическую совместимость с большей частью Arduino-периферии.
Если какой-то сенсор или модуль обозначен, как совместимый с Arduino, он совместим и с Iskra Neo


Рисунок 2 – Элементы платы Iskra Neo
Порты ввода-вывода:
На контактные колодки выведены 20 пинов ввода-вывода. Среди них находятся:
7 пинов с ШИМ
12 аналоговых входов на 1024 градации
1 аппаратный интерфейс UART (Serial)
1 аппаратный интерфейс TWI (I²C)
5 пинов, поддерживающих аппаратное прерывание
На отдельной группе пинов расположен интерфейс SPI.
В отличие от оригинала, на Iskra Neo маркировкой обозначены все аналоговые входы и пины с прерываниями, чтобы было проще ориентироваться.



Рисунок 3 – Схема внешних соединений платы Iskra Neo

Питание
Для питания платформы используется порт micro-USB, контакт Vin или внешний разъём 2,1 мм. Источник определяется автоматически.
Рекомендуемое входное напряжение при питании через гнездо или пин Vin от 7 до 12 В. В качестве источника питания можно использовать сетевой адаптер или сборку из аккумуляторов.