Система регистрации температуры и влажности с датчика DHT11 на контроллере Arduino Nano

Содержание

Введение

Глава 1. Автоматизация технологических процессов мониторинга микроклимата в сельском хозяйстве

1.1. Эволюция информационных систем в российском агропромышленном комплексе

1.2. Структурный анализ систем автоматического регулирования параметров производственной среды

1.3. Техническая документация и стандарты проектирования автоматизированных рабочих мест

Глава 2. Техническое обеспечение системы контроля на основе микропроцессорной техники

2.1. Специфика применения платформы Arduino Nano в задачах локальной автоматизации ферм

2.2. Метрологические характеристики датчика DHT11 и методы минимизации погрешностей измерений

2.3. Характеристика типичного хозяйства и обоснование мест размещения измерительных узлов

Глава 3. Разработка программно-аппаратного комплекса регистрации температуры и влажности

3.1. Синтез функциональной схемы системы и выбор периферийного оборудования

3.2. Оптимизация алгоритма управления и визуализации данных для персонала предприятия

3.3. Электротехнические расчеты и мероприятия по обеспечению бесперебойного электроснабжения

Заключение

Список использованной литературы

КУРСОВАЯ РАБОТА

Система регистрации температуры и влажности с датчика DHT11 на контроллере Arduino Nano

Направление: Сельское хозяйство и сельскохозяйственные науки
Специальность: 35.02.08 Электрификация и автоматизация сельского хозяйства

ВВЕДЕНИЕ

Современное развитие агропромышленного комплекса России характеризуется интенсивным внедрением средств автоматизации и цифровизации производственных процессов, что обусловлено необходимостью повышения эффективности использования ресурсов и улучшения качества получаемой продукции. В условиях животноводческих, птицеводческих и тепличных хозяйств одним из критических факторов успешного ведения производства является поддержание оптимальных параметров микроклимата, среди которых температура и относительная влажность воздуха занимают центральное место. Отклонение этих показателей от нормативных значений приводит к снижению продуктивности животных, ухудшению качества растениеводческой продукции и увеличению заболеваемости поголовья. Традиционные методы контроля микроклимата, основанные на ручных измерениях и визуальной оценке, не обеспечивают необходимой оперативности и точности, что обуславливает актуальность разработки автоматизированных систем мониторинга.

Степень разработанности проблемы в отечественной научной литературе достаточно высока: вопросы автоматизации контроля микроклимата исследуются в трудах специалистов ФГБНУ «ФНАЦ ВИМ», РГАУ-МСХА имени К.А. Тимирязева, а также региональных научных центров. Применение микропроцессорных систем на базе платформы Arduino для решения задач локальной автоматизации в сельском хозяйстве активно изучается в последние годы, однако практические разработки требуют адаптации к специфике конкретных производственных условий и обоснования выбора технических решений с учетом действующих нормативов.

Цель курсовой работы – разработка системы автоматической регистрации температуры и влажности воздуха на основе датчика DHT11 и контроллера Arduino Nano для применения в условиях сельскохозяйственного предприятия.

Задачи исследования:

• проанализировать современное состояние автоматизации мониторинга микроклимата в российских сельскохозяйственных предприятиях;
• изучить технические характеристики платформы Arduino Nano и датчика DHT11 применительно к задачам регистрации параметров среды;
• выполнить характеристику типичного животноводческого хозяйства и обосновать места размещения измерительных узлов;
• разработать функциональную схему системы регистрации и программное обеспечение для визуализации данных;
• рассчитать параметры электроснабжения системы и предложить меры по обеспечению бесперебойной работы.

Объект исследования – животноводческое помещение (коровник) на 200 голов КРС молочного направления в условиях ООО «Агропрогресс» Воронежской области.

Предмет исследования – процессы автоматической регистрации температуры и влажности воздуха с использованием микропроцессорной техники.

Методологическая база включает анализ нормативно-технической документации (ПУЭ 7-е издание, ГОСТ Р 32144-2013, НТП-АПК 1.10.02.001-00), изучение технической документации производителей компонентов, методы расчета электрических нагрузок, программирование микроконтроллеров на языке C++ в среде Arduino IDE.

Научная новизна работы заключается в адаптации типовых решений автоматизации к специфике животноводческих помещений с учетом отечественных норм проектирования и эксплуатации электроустановок.

Практическая значимость состоит в получении работоспособной системы мониторинга, которая может быть внедрена в производственную практику хозяйства с минимальными затратами и обеспечит оперативный контроль параметров микроклимата.

Структура работы включает введение, три главы, заключение и список использованной литературы. В первой главе рассматриваются теоретические основы автоматизации мониторинга микроклимата, во второй – техническое обеспечение системы на базе микропроцессорной техники, в третьей – практическая разработка программно-аппаратного комплекса регистрации.

ГЛАВА 1. АВТОМАТИЗАЦИЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ МОНИТОРИНГА МИКРОКЛИМАТА В СЕЛЬСКОМ ХОЗЯЙСТВЕ

1.1. Эволюция информационных систем в российском агропромышленном комплексе

Развитие автоматизации в отечественном сельском хозяйстве прошло несколько этапов, начиная с применения простейших релейных схем управления в середине XX века и заканчивая современными цифровыми системами на базе программируемых логических контроллеров и микропроцессорных устройств. В советский период основное внимание уделялось централизованным системам диспетчерского контроля крупных животноводческих комплексов и птицефабрик, где применялись специализированные контроллеры отечественного производства. С переходом к рыночной экономике в 1990-е годы произошел спад в развитии отраслевой автоматизации, однако с начала 2000-х годов наблюдается активное внедрение импортных и адаптированных решений в практику передовых хозяйств [1, c. 24].

Современный этап характеризуется широким распространением концепции «умного сельского хозяйства» (smart farming), основанной на применении датчиковых сетей, облачных вычислений и аналитики больших данных. Согласно программным документам Минсельхоза России, цифровизация АПК является приоритетным направлением развития отрасли до 2030 года. В области животноводства автоматизация микроклимата рассматривается как базовый элемент повышения продуктивности и снижения заболеваемости поголовья. Нормативные требования к параметрам воздушной среды животноводческих помещений регламентируются документом НТП-АПК 1.10.02.001-00 «Нормы технологического проектирования ферм крупного рогатого скота», где установлены диапазоны температуры и влажности для различных половозрастных групп животных [3, c. 45].

Информационные системы мониторинга микроклимата в современном понимании представляют собой комплексы, включающие сенсорную подсистему (датчики температуры, влажности, концентрации газов), подсистему сбора и обработки данных (кон

…