РАЗРАБОТКА ПРОЕКТА САД В КОРОБКЕ
методическая разработка

Государственное бюджетное профессиональное образовательное учреждение Московской области

«Коломенский аграрный колледж имени Н.Т. Козлова»

«Информационные технологии в аграрном секторе»

Автор: студентка колледжа – Еленина Анастасия

Учреждение: Государственное бюджетное профессиональное образовательное учреждение Московской области «Коломенский аграрный колледж имени Н.Т. Козлова»

Руководитель проекта: Маслова Екатерина Николаевна, преподаватель

Информационные технологии в аграрном секторе.

Сити-Фермерство с каждым днем становится все более актуально и вызывает все больший интерес городских жителей, потому что, данное направление помогает решать вопросы озеленения и автономного снабжения витаминами в условиях городской среды.

Данный проект разработан и реализуется студенткой ГБПОУ МО   «Коломенский аграрный колледж имени Н.Т. Козлова» под руководством преподавателя Масловой ЕН. Проект заключается в создании создание демонстрационной мобильной гидропонной установки с автоматическими режимами корректировки освящения и проветривания для использования студентами и преподавателями информатики и электротехники.

Введение.

Городских жителей с каждым днем становится больше, и проблема доступного качественного питания ищет свои пути решения. Направление аграрного сектора «Сити-Фермер» решает эту проблему с помощью выращивания растений в городской среде: в квартире, на крыше или любом другом помещении.

Для северных регионов такой подход к ведению сельского хозяйства весьма актуален и позволяет автономно справляться с запросами местного населения в витаминах и свежих овощах.

Сити-фермерство применяется для «озеленения» офисов, оздоровления воздуха в помещении за счет растений-биофильтров. Это направление является трендовым на сегодняшний день.  

Изучая данное агроявление, была выбрана тема проекта «Информационные технологии в аграрном секторе».  

Актуальность.

Актуальность проекта заключается в необходимости профориентации школьников и студентов первых курсов для привлечения к компетенции «сити-фермерство». Возможность посещения мастерской сити-фермерства имеется не всегда, поэтому для более продуктивной работы возникла необходимость  приобретения или создания своими силами мобильной демонстрационной мини установки, позволяющей наглядно  представить и объяснить принцип работы установок используемых сити-фермерами.    

Эксклюзивность.

Соответствующего требованиям продукта нет в продаже. Гидропонная установка, изготовленная собственными силами, эксклюзивна и удовлетворяет поставленным требованиям: легкая, прочная, прозрачная, энергосберегающая, легко транспортируемая.  

Цель проекта:

Создание демонстрационной мобильной гидропонной установки с автоматическими режимами корректировки освящения и проветривания.

 Для реализации задуманного необходимо выполнить задачи: 

1. Изучить теоретический материал по выбранной теме;
2. Разработать наиболее экономичную и удобную конструкцию установки;
3. Написать программу на языке программирования ArduinoIDE для автоматизации режима работы установки;
4. Собрать гидропонную установку и запустить ее работу.

Целевая аудитория

Целевыми группами проекта являются старшеклассники школ и студенты первого курса колледжа.

Ожидаемые результаты

В результате работы над проектом участники проекта приобретут новые навыки и  компетенции, такие как, работа в группе, принятие решений, умение договариваться, приобретут новые знания в области сити-фермерства и программирования.

Целевая группа получит возможность мобильного доступа к гидропонной установке во время экскурсий и выездных профориентационных мероприятий. Участники чемпионата Worldskills по компетенции «Сити-фермер» смогут наглядной и эффективно отрабатывать навыки по данному направлению.

В течение года установка будет продемонстрирована на 5-6 выездных профориентационных мероприятиях, которые посетят не менее 100 старшеклассников.

Перспективы развития проекта

Данная установка будет дорабатываться в дальнейшем по направлению усовершенствования АДМГУ, программирования, электротехники, проработка достройки системы с внедрением различных видов полива.

Теоретические основы.

В ходе работы над проектом нами были изучены следующие теоретические вопросы:

1. Сити–фермерство. Сити-фермерство  –  выращивание сельскохозяйственных культур в городских условиях. Это направление несет в себе идею создания идеальной городской среды. В данном направлении необходимо умение работать со сложной техникой,  понимание ценности экологии и здоровья в современном мире. Это перспективное направление в сельском хозяйстве, общемировой тренд: такой подход дает колоссальную экономию на логистике и ресурсах, что очень актуально для перенаселенных территорий.

При рассмотрении данного блока теоретического материала мы изучили: способ освещения, способ проветривания, способ полива растений: система с фитилем; система периодического затопления; система капельного полива; аэропоника.

       Рассмотрели виды установок, используемые в Сити-фермерстве:

• Гидропонная
• Аэропонная

      Определили какие процессы могут происходить в установке и как их можно регулировать, какие датчики и электрические элементы для работы установки можно использовать. Изучили устройство элементов установки: Arduino UNO R3; датчик температуры и влажности DHT22; датчик освещенности; датчик уровня жидкости; дисплей Eextion Enhanced.

2.    Язык программирования. В сити-фермерстве для программирования установок применяют различные языки программирования C++, Arduino C(C++ интерфейс Wiring), Python. Наиболее оптимальным нам показался Arduino С, так как он более простой по освоению и на нем программируется Arduino UNO R3, контроллер регулирующий работу систем установки.

Практическая часть.

         Понимая, что установка должна быть мобильной, переносной, а значит легкой, прозрачной, в то же время прочной, мы определились с материалами из которых будет выполнен короб и с его размерами. Разработали эскиз - чертеж конструкции.

Когда в нашем представлении уже был каркас установки, необходимо было определить те процессы, которые будут происходить внутри нее: проветривание, освещение, полив, контроль влажности, освещения, температуры. Для этого необходимы  датчики влажности и температуры, освещения, уровня жидкости.

Таким образом был определен полный перечень материалов и оборудования для создания установки. Была составлена смета расходов.

Параллельно с этими процессами мы писали программу для установки на микроконтроллер  Arduino UNO R3, используя следующие библиотеки:

Библиотека Easy Nextion Library;

Библиотека TROYKA_DHT;

Библиотека EEPROM (входит в пакет Arduino IDE);

О том, как устанавливать библиотеки на странице Wiki - Установка библиотек в Arduino IDE.

       Создание установки. Подобрали материал для изготовления демонстрационной конструкции.  Рассматривали материалы: стекло, поликарбонат, оргстекло. Для облегчения конструкции материал должен быть легким, обязательно пропускать ультрафиолетовый спектр излучения, а для частых транспортировок установка должна быть прочной. Так как цель установки демонстрация внутреннего устройства и работы гидропоники,  стенки должны быть прозрачными. Самым подходящим материалом в этом случае является поликарбонат. При выборе материала также учитывалась цена и доступность его приобретения.

          Закупили все необходимые материалы. Разрезали оргстекло на листы, в соответствие с чертежом. Аргоновой сваркой сварили алюминиевый каркас, пришлось воспользоваться помощью спонсора. Склеили листы оргстекла по чертежу. Проверили конструкцию на герметичность. Устранили протечки.

На следующем этапе необходимо было смонтировать установку, подключить датчики и запрограммировать установку. Этот этап был наиболее сложными и самым интересным.  Алгоритм работы систем состоит из нескольких частей:

•        Информационное табло;

•        Освещение;

•        Проветривание;

Выпилили отверстия в коробе для подведения датчиков и освещения. Установили датчики. Разместили панель управления на платформе. Запрограммировали систему. Запустили пробный рабочий режим. Отладили и настроили работу датчиков и систем.

Когда установка была смонтирована и опробована в работе, мы написали инструктивную карту по работе с установкой.  (приложение)

Мы запустили установку 5 октября 2022 года в работу.  Посадили пробную партию рассады. Запустили систему. В настоящее время в установке растет и развивается рассада клубники сорт «Гигантелла».

Установка была готова. Мы начали обсуждение, как она будет использоваться, и пришли к выводу, что не хватает чехла, в котором установка будет переноситься, нужно было придумать из чего его выполнить, как он будет выглядеть. Поэтому в план внесли дополнительный пункт. В итоге появился чехол.

На реализацию проекта ушло 5 календарных месяцев (апрель - октябрь). В реализации проекта кроме проектной группы, руководителя и кураторов, принимали участие студенты колледжа, спонсоры.

Продуктом проекта является демонстрационная мобильная гидропонная установка с автоматическими режимами корректировки освящения и проветривания. В комплект установки входит Методическое руководство (инструктивная карта) по работе с установкой для преподавателя и можно мобильно перевозить и использовать на профориентационных мероприятиях в школах, на различных площадках и выездных мероприятиях, а также и в стационарных условиях мастерской «Сити-фермерство».

На итоговом этапе работы над проектом мы создали описательную часть проекта, подготовили защитную презентацию и подготовились к защите проекта.

Заключение

Созданная установка позволяет наглядно и просто объяснить принципы работы гидропонных установок и возможность ее усовершенствования для уменьшения затрат электроэнергии.  Установка является не только средством демонстрации работы системы, но и плацдармом для реализации новых проектов по усовершенствованию работы в управлении освещением, проветриванием, с часами реального времени, что можно рассматривать как дальнейшее развитие проекта.

Данный проект имеет как сильные, так и слабые стороны. К сильным сторонам проекта можно отнести то, что в процессе работы мы получили новые знания, дополнительные устойчивые навыки и компетенции, которые пригодятся нам в дальнейшей жизни. Отсутствие на рынке подобных моделей и высокая цена на изготовление на заказ установки, делает  проект уникальным.

Слабыми сторонами проекта, является то, что недостаточный уровень владения языком программирования, не позволил сделать установку более функциональной.

К рискам воплощения проекта можно отнести высокую стоимость некоторых комплектующих и отсутствия программного материала иностранного происхождения в свете санкций.

Возможности проекта в том, что у школьников и студентов данная установка будет вызывать интерес, побуждать их к изучению Сити-фермерства, как явления прочно входящего в повседневную жизнь горожан.

Литература:

1. https://lesson.iarduino.ru/page/smart_greenhouse/
2. https://lesson.iarduino.ru/page/rele_time/
3. https://lesson.iarduino.ru/page/hydro-ponics-auto/
4. https://gidronom.ru/uroki/uroki-nachinaiushchego/937-chto-takoe-aeroponika.html
5. https://gidronom.ru/uroki/uroki-nachinaiushchego/1-osnovnye-tipy-gidroponnyh-sistem.html
6. https://gusiyabloni.com/sadogorod/cvetovodstvo/fitilnyj-poliv-rastenij-kak-sdelat.html
7. https://komnatnie.com/fialki/uhod-fialki/poliv-uhod-fialki/fitilnyj.html
8. https://www.supersadovnik.ru/text/komnatnye-rasteniya-fitilnyj-poliv-1004024
9. https://fb.ru/article/410612/fitilnyiy-poliv-opisanie-plyusyi-i-minusyi-otzyivyi
10. https://gusiyabloni.com/sadogorod/cvetovodstvo/fitilnyj-poliv-rastenij-kak-sdelat.html
11. https://city-farmer.ru/baza-znanij/osnovy-rastenievodstva/
12. http://city-farmer.biz/
13. https://www.agroxxi.ru/sp/city-farmer/kak-stat-siti-fermerom-v-moskve-istorija-uspeha.html
14. https://leplants.ru/tsvetovodstvo/vse-chto-nuzhno-znat-o-fitilnom-polive-komnatnyh-rasteniy/
15. https://gusiyabloni.com/sadogorod/cvetovodstvo/fitilnyj-poliv-rastenij-kak-sdelat.html
16. https://city-farmer.ru/baza-znanij/osnovy-rastenievodstva/
17. http://city-farmer.biz/
18. https://www.agroxxi.ru/sp/city-farmer/kak-stat-siti-fermerom-v-moskve-istorija-uspeha.html
19. https://leplants.ru/tsvetovodstvo/vse-chto-nuzhno-znat-o-fitilnom-polive-komnatnyh-rasteniy/
20. https://polygalvostok.ru/monolitnyj-polikarbonat-vidy-harakteristiki-osobennosti-obrabotki/