Система управления автоматизированным тепличным хозяйством

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ……………………………………………………………………...3

1.ИССЛЕДОВАНИЕ ПРЕДМЕТНОЙ ОБЛАСТИ………………………….....6

1.1.Описание тепличного хозяйства………………..……………….…6

1.2.Методы устранения  существующих недостатков………………..9

1.3.Обзор существующего программного  обеспечения……………10

Выводы…………………………………………………………………..12

2.ПРОЕКТИРОВАНИЕ ПРОГРАММНОГО  ПРОДУКТА...………………..13

2.1. Выбор методологии проектирования и модели жизненного цикла программного продукта…….…………..………………….……………………….13

2.2. Архитектура программного продукта …………………………..18

2.3. Логическая модель…………………………………………………19

Выводы………………………………………………………………….22

3.РЕАЛИЗАЦИЯ ПРОГРАММНОГО ОБЕСПЕЧЕНИЯ...………………….23

3.1.Выбор программно-аппаратной платформы……………………23

3.2. Выбор среды разработки ………………..……………………….24

3.3.Выбор системы управления базами данных………….…………25

3.4. Реализация программного продукта………………….…………26

Выводы………………………………………………………………….34

4.РЕАЛИЗАЦИЯ ПРОГРАММНОГО ОБЕСПЕЧЕНИЯ...………………….35

4.1.Выбор программно-аппаратной платформы……………………35  4.2. Выбор среды разработки ………………..……………………….35

4.3.Выбор системы управления базами данных………….…………36

4.4. Тестирование на стадии внедрения ПП ……………….…………37

4.5. Предложения по сопровождению и улучшению качества разработанного ПП ……………………………………….……………….…………40

Выводы…………………………………………………………………..41

ЗАКЛЮЧЕНИЕ………………………………………………………..……....42

СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМОЙ ЛИТЕРАТУРЫ…………………………..…..42

 

ВВедение

В условиях севера большое значение приобретает тепличное сельское хозяйство. Климат не позволяет круглый  год выращивать растения, поэтому приходится использовать теплицы. В больших тепличных хозяйствах, используемых для промышленного использования, все процессы и показатели контролируются вручную: освещение, полив, температура, влажность. Все это требует большого персонала для соблюдения всех показателей. Большой персонал в свою очередь требует больших затрат.

В целях экономии средств разрабатываются  различные средства автоматизации  процессов выращивания, которые  позволяют сократить расходы  на содержание тепличных хозяйств, а также повысить эффективность этих процессов. Для управления автоматизированной теплицей требуется также специализированное ПО. Этим фактом обусловлена практическая значимость продукта. Программный продукт предназначен для эффективного управления автоматизированным тепличным комплексом на основе микроконтроллера Arduino Uno.

Целью курсовой работы является разработка программного продукта «Green House», предназначенного для управления автоматизированным тепличным хозяйством, предоставляющего пользователю необходимую информацию о параметрах среды и возможность управлять данным тепличным хозяйством.

Объектом исследования являются процессы управления тепличным хозяйством.

Предметом исследования – разработка программного продукта, предоставляющего информацию о состоянии теплицы и показателях среды, а также доступ пользователю к управлению основными системами теплицы (полив, вентиляция, освещение).

Для достижения цели были поставлены следующие задачи:

• изучить и проанализировать материалы по теме работы тепличного хозяйства
• построить логическую модель программного продукта
• спроектировать интерфейс и базу данных для хранения данных о состоянии теплицы, данных с датчиков, и настроек теплицы
• выбрать технологии и средства разработки
• разработать программный продукт, реализовать модули взаимодействия с контроллером и базой данных
• провести тестирование и отладку программного обеспечения

  Для решения поставленных задач были применены следующие общепринятые методы исследования:

• теоретические (анализ литературы по проблеме исследования, изучение технологий программирования и программных средств, необходимых для создания ПП);
• эмпирические (выбор средств разработки);
• статистические (анализ качества разработанного программного продукта).

Новизна данной работы заключается в том, что разрабатываемый программный продукт обеспечивает возможность управления автоматизированным тепличным хозяйством с помощью персонального компьютера пользователя.

Пояснительная записка к курсовой работе выполнена на 42 страницах машинописного текста, содержит 15 рисунков 1 таблицу и 2 DFD-диаграммы. Состоит из введения, четырех разделов, заключения и 1 приложение. Список используемых источников содержит 16 работ отечественных и зарубежных авторов.

Во введении определены цель и задачи данной курсовой работы, выявлены методы исследования, обозначена новизна курсовой работы и доказана её практическая значимость.

В первом разделе произведён анализ предметной области, рассмотрена и проанализирована существующая информационная система работы тепличного хозяйства, а так же установлены требования к программному продукту.

Во втором разделе выбрана модель проектирования разрабатываемого программного продукта, рассмотрена архитектура  программного обеспечения, описана  логическая модель.

Третий раздел содержит описание выбора программно-аппаратной платформы для реализации проекта, выбор СУБД для реализации базы данных, представлен выбор среды разработки для модулей проекта, реализация программного продукта.

В четвертом разделе произведён анализ качества разработанного программного продукта, выявлены критерии оценки качества программного обеспечения, описаны результаты тестирования программного продукта, выдвинуты предложения по сопровождению и улучшению качества созданного программного обеспечения.

В заключении представлены результаты данной курсовой работы. Сделаны выводы в целесообразности использовании данного программного обеспечения для управления автоматизированным тепличным хозяйством.

В приложении представлены техническое  задание на разработку программного продукта, документированный листинг программы.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1. ИССЛЕдование предметной области

Автоматизация любой информационной системы должно начинаться с изучения предметной области. Автоматизация информационной системы без понимания того, как она устроена  неэффективна и неправильна. Поэтому при разработке программного продукта для обеспечения его максимальной эффективности очень важно учитывать все особенности информационной среды, в которой будет происходить эксплуатация. Именно поэтому на стадии анализа необходимо уделить большое внимание описанию предметной области функционирования продукта. Важно составить общее понимание о предмете, изучить справочные материалы, опросить конечных пользователей.

Анализ предметной области является первым этапом построения проекта. Процесс исследования заключается в наблюдении свойств объектов с целью выявления и оценки важных, закономерных отношений между показателями данных свойств.  В связи с этим в данной главе будут рассмотрены процессы работы тепличного хозяйства.

1.1. Описание работы тепличного хозяйства

Современное тепличное хозяйство - очень сложный технологический  объект. Основные технологические задачи решаемые на объекте - оптимальное поддержание  микроклимата (освещение, полив, поддержание  оптимальной температуры) возможно решить только на уровне современных технологий, включая компьютерное управление. Для повышения урожайности теплицы важен минимальный временной режим созревания культур - он может быть достигнут при помощи интенсивных методов выращивания растений.

Интенсивные методы выращивания растений включают следующие элементы технологии:

• малообъемный метод выращивания на инертных субстратах (кокос, перлит фракции 1,5-4 мм, пемза, верховой торф с добавками, в том числе перечисленных компонентов, минеральная вата и др.);
• системы капельного полива;
• автоматизированные установки для приготовления и подачи питательных растворов, сбалансированных по концентрации и соотношению макро- и микроэлементов;
• определенные уровни рН и ЕС в растворах и дренажах;
• компьютеризированные программы поддержания микроклимата;
• светокультура для круглогодичного получения продукции;
• углекислотная подкормка растений для повышения урожайности и качества продукции, особенно в осенне-зимне-весенний период, то есть в период ограниченной вентиляции теплиц.

Все они нацелены на то, чтобы повысить урожайность растений или получать урожай там, где этого не позволяет климат, но не все аспекты тепличного хозяйства на данный момент можно автоматизировать.

Очень важная часть работы любого тепличного хозяйства – контроль качества продукции. Осуществляется два вида контроля визуальный и лабораторный. По мере поступления продукции в торговую сеть все овощи проходят производственный контроль на содержание нитратов в аттестованной лаборатории тепличного комплекса. Вся выпускаемая продукция сертифицируется (декларируется) органом по сертификации, который подтверждает качество и безопасность овощей и зелени закрытого грунта.

Продукция проверяется аккредитованными лабораториями на содержание:

• нитратов,
• остаточного количества пестицидов,
• солей тяжелых металлов,
• радионуклидов,
• на паразитарные показатели и т.п.

Соблюдается строгая технологическая  дисциплина производства овощей и зелени закрытого грунта. В производстве используются материалы, имеющие сертификаты соответствия, подтверждающие их качество и безопасность. Несмотря на то что этот процесс длительный и трудоемкий и требует дополнительных затрат автоматизировать данный процесс достаточно сложно.

Несмотря на это есть процессы, полная автоматизация которых вполне осуществима. Важнейшей технологической задачей в теплице является поддержание уровня определенных показателей необходимых для быстрого роста и развития растений. Этими показателями являются:

• Температура внутри теплицы;
• Температура снаружи теплицы;
• Влажность воздуха в теплице;
• Влажность грунта в тепличных горшках;
• Уровень углекислого газа в теплице;

Из этих параметров одним из самых  важных является поддержание уровня необходимой, оптимальной по спектру и уровню, освещенности.

Рост растений определяется процессами фотосинтеза, для которого главным источником энергии является свет, а темпы роста и развития растений пропорциональны уровню их освещенности. Поэтому рационально использование технологии досвечивания, особенно в зимний, весенний и осенний периоды, когда низкий уровень естественной солнечной радиации сопровождается коротким световым днем.

Использование правильных технологий освещения позволяет вдвое повысить урожайность, продлить сезон, расширить  ассортимент культур, улучшить качество продукции и гарантировать поставки, а также значительно снизить себестоимость выпускаемой продукции.

Рис.1.1 Поглощение света хлорофиллом

Поддержка всех этих параметров в  нужной для каждого растения пропорции позволяет получать урожай в кратчайшие сроки, что очень важно для любого тепличного хозяйства.

1.2. Методы устранения  существующих недостатков

Исходя из вышеизложенного, следует  вывод о том, что процесс выращивания  достаточно сложен и кропотлив, и как следствие высока вероятность ошибки в процессе выращивания, производительность труда также снижается.

Основным вариантом решения этой проблемы и устранения функциональных недочетов и является автоматизация процесса поддержания параметров среды.

Такое решение возможно только на уровне современных технологий, включая  компьютерное управление.

Программный продукт в целом должен обеспечить высокую эффективность производительности труда, надежность и своевременность принимаемых мер для поддержания нужного микроклимата теплицы.

Также программный продукт призван  решать следующие задачи:

• Освободить работников теплицы от трудоемкой и монотонной работы по слежению за поддержанием микроклимата в теплице;
• Предотвратить нарушения температурного режима;
• Обеспечить своевременный полив, вентиляцию;
• Сформировать отдельный цикл выращивания для каждого растения индивидуально;