Презентация по биологии Автоматизированная система контроля микроклимата комплекса теплиц

Чтобы посмотреть этот PDF файл с форматированием и разметкой, скачайте файл и откройте на своем компьютере.
АВТОМАТИЗИРОВАННАЯ СИСТЕМА КОНТРОЛЯ МИКРОКЛИМАТА КОМПЛЕКСА ТЕПЛИЦ Муниципальное автономное общеобразовательное учреждение городского округа Балашиха «Лицей» Авторы: Софья Косарева , Кристина Войцицкая , Мария Костяшина , Дмитрий Милютин , Павел Лункин , Андрей Задоркин , учащиеся 10 «А» и 10 «Б» классов Научные руководители: Татьяна Евгеньевна Иванова , учитель биологии высшей категории Михаил Юрьевич Иванов , ассистент кафедры «Вычислительная математика и математическая физика» МГТУ им. Н.Э. Баумана Балашиха , 2013 г. Содержание 1. Вступительное слово руководителя проекта ( Т.Е. Иванова ). 2. Доклады учащихся по тематическим разделам проекта. 2.1. Раздел «Микроклимат теплиц» ( Софья Косарева ). 2.2. Раздел «Стационарный робот» ( Кристина Войцицкая ). 2.3. Раздел «Программирование стационарного робота» ( Дмитрий Милютин ). 2.4. Раздел «Работа с датчиками температуры и температуры поверхности» ( Мария Костяшина ). 2.5. Раздел «Мобильный робот» ( Павел Лункин ). 2.6. Раздел «Программирование мобильного робота» ( Андрей Задоркин ). 2.7. Раздел «Работа с датчиком относительной влажности» ( Мария Костяшина ). 3. Запуск автоматизированной системы ( Дмитрий Милютин , Андрей Задоркин ). 4. Заключительное слово руководителя проекта ( М.Ю. Иванов ). 2 1. Вступительное слово руководителя проекта (1/3) Цель проекта: создать автоматизированную робототехническую систему, позволяющую осуществлять мониторинг и контроль состояния нескольких параметров микроклимата модельного комплекса теплиц, используя робототехнические комплекты LEGO Mindstorms NXT и датчики Vernier . 3 http://www.ros - group.ru/ 1. Вступительное слово руководителя проекта (2/3) 4 Задачи проекта: - определить внешний вид модельного комплекса теплиц и выбрать контролируемые параметры микроклимата; - обозначить структуру и функциональные особенности автоматизированной системы на основе робототехнических комплектов LEGO Mindstorms NXT; - выбрать датчики Vernier и изучить особенности их функционирования в рамках проектируемой автоматизированной системы; - определить логику функционирования LEGO - роботов и выполнить их программирование. 1. Вступительное слово руководителя проекта (3/3) http://www.ros - group.ru/static/materials/ - rus - common - conferens Подробную информацию о Международной конференции "Инженерная культура: от школы к производству» можно получить на сайте: 5 Проект лежит на стыке трех дисциплин : биологии, информатики и робототехники . Этой работой мы продолжаем актуальную тему использования робототехнических комплектов LEGO Mindstorms NXT и датчиков Vernier в рамках единых проектов по естественным наукам , которая была затронута на Международной конференции "Инженерная культура : от школы к производству", проходившей 21 сентября 2012 года в Москве на базе Национального исследовательского технологического университета «Московский институт стали и сплавов» . http://www.ros - group.ru / 2. Доклады учащихся по тематическим разделам проекта 6 http://www.ros - group.ru/ http://www.ros - group.ru/ http://www.ros - group.ru/ 2.1. Раздел «Микроклимат теплиц» (1/7) 7 Под микроклиматом понимают искусственно создаваемые климатические условия в закрытых помещениях (теплицах, животноводческих помещениях и т.д.) для защиты от неблагоприятных внешних воздействий и других целей. В парниках и теплицах искусственный микроклимат обеспечивает оптимальные условия для роста и развития сельскохозяйственных культур. Малогабаритное строение для защиты культурных растений от воздействия неблагоприятных погодных условий называется парником , который представляет собой небольшое культивационное сооружение, имеющее боковое ограждение и съёмную светопрозрачную кровлю, полностью или частично погруженное в почву . Теплица - это тип садового парника, отличающийся от него б о льшими размерами . Теплицы применяются как для выращивания ранней рассады с последующим высаживанием ее в открытый грунт, так и для организации всего цикла выращивания той или иной культуры . 2.1. Раздел «Микроклимат теплиц» (2/7) 8 Краткая характеристика микроклимата теплицы: - внутренняя температура воздуха выше, чем температура окружающей среды; - грунт в теплице не промерзает; - температура грунта значительно выше, чем температура грунта вне теплицы; - уменьшается количество света, которое доходит до растений (во многом этот показатель зависит от выбранного покровного материала); - в теплицу попадает не весь спектр света; - полностью убирается воздействие ветра на растения; - уменьшается воздухообмен с окружающей средой (может реализовываться недостаток углекислого газа (СО 2 )); - полная защита от дождя и необходимость внесения воды искусственно; - затрудняется доступ к растениям насекомых; - влажность воздуха регулируется в зависимости от выращиваемых растений; - воздух теплицы содержит большее количество кислорода (О 2 ). 2.1. Раздел «Микроклимат теплиц» (3/7) 9 Промышленные теплицы Современная промышленная теплица представляет собой сложный организм со множеством датчиков, отслеживающих температуру, влажность воздуха и почвы, освещенность, а также единого компьютерного центра управления, анализирующего поступающую информацию и подающего необходимые команды на исполнительные механизмы в автоматизированном или автоматическом режиме . В нужное время открываются фрамуги, жалюзи, включаются вентиляторы, увлажнители воздуха, полив и т.д. В зависимости от культуры и цели её возделывания изменяют режимы освещённости, температуры и влажности, в некоторых случаях регулируют газовый состав воздуха. Растениям постоянно обеспечиваются оптимальные условия для их роста и высокой урожайности. http://ru.wikipedia.org / 2.1. Раздел «Микроклимат теплиц» (4/7) 10 Модельный комплекс теплиц Емкости № 1 и № 2 с цветковыми растениями Датчик температуры поверхности Марлевый накопитель влаги Датчик температуры, установленный в емкости № 1 2.1. Раздел «Микроклимат теплиц» (5/7) 11 Цветковое растение «Декабрист» Декабрист не любит ни чрезмерный полив, ни высушивание грунта . Летом растение необходимо поливать регулярно, а зимой – умеренно . С июня по сентябрь, а также во время цветения его следует поливать 1 раз каждые 3 – 5 дней, с октября по декабрь – еженедельно, а по окончании цветения и на протяжении всей весны – 1 раз в 15 дней . Чрезмерный полив, особенно при прохладном воздухе, грозит загниванием корней . Воду перед поливом необходимо отстаивать . Холодная вода опасна для растения даже в летний период . Декабрист нуждается во влажном воздухе (влажность должна составлять от 40 % ), поэтому зимой его следует опрыскивать . За месяц - полтора до цветения опрыскивание можно прекратить . Летом опрыскивание растения также будет очень полезным . Наряду с опрыскиванием также можно применять теплый душ, позволяющий избавиться от пыли на листьях . При этом чтобы избежать попадания воды, землю следует накрыть полиэтиленовой пленкой . К температуре воздуха растение не слишком требовательно . Самая подходящая для него температура колеблется от 18 до 25 ° С, но расти он также может и при другой температуре в диапазоне от 2 до 37 ° С . 2.1. Раздел «Микроклимат теплиц» (6/7) 12 Структура системы контроля микроклимата В нашем проекте предложен вариант роботизированной системы контроля микроклимата комплекса теплиц . Роботизированная система состоит из двух роботов : стационарного и мобильного . Стационарный робот предназначен для контроля температуры почвы и температуры поверхности почвы в соответствующих емкостях, а также для насосной подачи воды в накопители в автоматизированном режиме по сигналу с пульта управления роботом . Мобильный робот предназначен для автоматического перемещения между емкостями по заданной криволинейной траектории с целью выполнения замеров относительной влажности воздуха в емкостях . 2.1. Раздел «Микроклимат теплиц» (7/7) 13 Автоматизированная система в сборе Стационарный робот Мобильный робот Вентилятор Модельный комплекс теплиц Маркеры 2.2. Раздел «Стационарный робот» (1/8) 14 Стационарный робот – автоматизированный робототехнический комплекс, управляемый оператором с центрального пульта управления . Предназначен для регистрации и обработки информации о состоянии температурных параметров микроклимата в емкостях и для увлажнения воздуха в емкостях в случае необходимости . Конструктивно робот состоит из 5 основных элементов: - центрального компьютера (интеллектуальный блок NXT); - системы форсунок (механическая система, обеспечивающая поступление воды к накопителям емкостей); - насосной системы (двигатель, резервуар с водой, пневматический насос и манометр); - системы регистрации данных (два аналоговых датчика Vernier); - пульта управления (состоит из трех клавиш). 2.2. Раздел «Стационарный робот» (2/8) 15 Центральный компьютер Насосная система Пульт управления Система форсунок Система регистрации данных 2.2. Раздел «Стационарный робот» (3/8) 16 Центральный компьютер Осуществляет сбор и обработку информации, поступающей с датчиков температуры и пульта управления . Роль центрального компьютера выполняет интеллектуальный блок NXT, который является «мозгом» робота . Это интеллектуальный, управляемый персональным компьютером элемент конструктора LEGO, позволяющий роботу ожить и осуществлять различные действия . Интеллектуальный блок NXT в составе стационарного робота 2.2. Раздел «Стационарный робот» (4/8) 17 Система форсунок Представляет собой механическую систему, предназначенную для обеспечения поступления воды к накопителям каждой емкости ( № 1 и № 2 ) . По команде с пульта управления запускается двигатель . Вращение вала двигателя приводит в движение механическую руку, которая жестко закреплена на оси, вращающейся в вертикальной плоскости . На механической руке закреплены трубки, по которым протекает вода . 2.2. Раздел «Стационарный робот» (5/8) 18 Насосная система Состоит из двигателя, специального резервуара с водой, в качестве которого выбрана пластиковая бутылка объемом 0 , 4 л, пневматического насоса и манометра . По команде с пульта управления запускается двигатель, вращение которого приводит в движение насос . Насос нагнетает воздух в резервуар с водой, повышая давление в его газовой полости . Вода начинает вытесняться из резервуара в трубки . Манометр позволяет оператору контролировать давление воздуха в резервуаре . 2.2. Раздел «Стационарный робот» (6/8) Система регистрации данных Предназначена для мониторинга температуры почвы в емкости № 1 и температуры поверхности почвы в емкости № 2 . Включает в себя два аналоговых датчика Vernier - датчика температуры и датчика температуры поверхности . Оба датчика подключаются к центральному компьютеру при помощи вспомогательного переходника (адаптера для датчика Vernier NXT ) . 19 2.2. Раздел «Стационарный робот» (7/8) 20 Пульт управления Левая и правая клавиши отвечают за поворот механической руки против часовой стрелки и по часовой стрелке соответственно . Эти клавиши представлены двумя датчиками касания . Центральная клавиша (аналог сенсорной клавиши) отвечает за включение и отключение пневматического насоса . Эта клавиша представлена датчиком освещенности . Датчик освещенности Датчики касания 2.2. Раздел «Стационарный робот» (8/8) 21 Конструирование робота Процесс проектирования робота осуществляется в специальной компьютерной программе, так называемой системе автоматизированного проектирования, которая называется LEGO Digital Designer (LDD или Цифровой конструктор "Лего") . Конструирование робота в программе LEGO Digital Designer 4.3.6 2.3. Раздел «Программирование стационарного робота» (1/8) 22 Окно среды программирования LEGO NXT 2.0 Programming LEGO NXT 2.0 Programming представляет собой адаптированную среду программирования на базе известного приложения LabVIEW Палитры Панель инструментов Обзор возможностей среды Создание или открытие программы 2.3. Раздел «Программирование стационарного робота» (2/8) 23 Все блоки размещены в палитрах 2.3. Раздел «Программирование стационарного робота» (3/8) 24 Общая часть программ стационарного робота Здесь присутствуют три ветви, которые исполняются параллельно : - ветвь № 1 "Управление двигателем А (вращение против часовой стрелки)" ; - ветвь № 2 "Управление двигателем В (включение и выключение насоса)" ; - ветвь № 3 "Управление двигателем А (вращение по часовой стрелке)" . В каждой ветви имеется бесконечный цикл, т . е . последовательность действий, которая предусмотрена в данной ветви, будет постоянно повторяться до тех пор, пока мы не остановим программу . 2.3. Раздел «Программирование стационарного робота» (4/8) Настройки блоков "Переключатель" и "Движение" ветви № 1 При этом двигатель системы форсунок, подключенный к порту А, начинает работать и механическая рука вращается против часовой стрелки . Если же кнопка датчика касания не нажата (реализуется состояние "ложь"), то исполняются действия, заложенные в нижний блок "Движение" . При этом двигатель, подключенный к порту А, не вращается . В цикле ветви № 1 присутствуют три блока : блок "Переключатель" и два блока "Движение" . Блок "Переключатель" анализирует состояние датчика касания, подключенного к порту 1 интеллектуального блока NXT . Если кнопка датчика касания нажата (реализуется состояние "истина"), то исполняются действия, заложенные в верхний блок "Движение" . 25 2.3. Раздел «Программирование стационарного робота» (5/8) Настройки блоков "Переключатель" и "Движение" ветви № 2 В цикле ветви № 2 присутствуют три блока : блок "Переключатель" и два блока "Движение« . Блок "Переключатель" анализирует состояние датчика освещенности, подключенного к порту 2 интеллектуального блока NXT . Датчик освещенности запрограммирован таким образом, что он представляет собой сенсорную клавишу пульта управления . Если чувствительный элемент датчика освещенности закрыт (реализуется освещенность меньше 20 % , т . е . состояние "истина"), то исполняются действия, заложенные в верхний блок "Движение" . При этом двигатель насосной системы, подключенный к порту В, начинает работать, и пневматический насос будет выкачивать воду из резервуара . Если же освещенность больше 20 % (реализуется состояние "ложь"), то исполняются действия, заложенные в нижний блок "Движение" . При этом двигатель, подключенный к порту В, не вращается, пневматический насос не работает . 26 2.3. Раздел «Программирование стационарного робота» (6/8) Ветвь № 4 первой программы Адаптер NXT Vernier Sensor Датчик температуры 27 ЖК - экран интеллектуального блока NXT http://www.ros - group.ru/ http://www.ros - group.ru/ 2.3. Раздел «Программирование стационарного робота» (7/8) Ветвь № 4 второй программы Адаптер NXT «Начать регистрацию данных» Датчик температуры поверхности Процесс построения графической зависимости температуры поверхности почвы от времени 28 «Ожидание» http://www.ros - group.ru/ http://www.ros - group.ru/ 2.3. Раздел «Программирование стационарного робота» (8/8) 29 Компиляция, загрузка и запуск программы Созданная программа сначала проходит этап компиляции , потом она загружается в интеллектуальный блок NXT при помощи интерфейсов USB или Bluetooth с персонального компьютера и после этого запускается на выполнение . Компиляция программы Загрузка программы Завершение загрузки и начало выполнения программы 2.4. Раздел «Работа с датчиками температуры и температуры поверхности» (1/5) 30 В нашем проекте для мониторинга температуры почвы используются два аналоговых датчика производства компании Vernier : - датчик температуры (английское название: Stainless Steel Temperature Probe); - датчик температуры поверхности (английское название: Surface Temperature Sensor). Датчик температуры погружен в объем почвы, содержащейся в емкости № 1 , а датчик температуры поверхности расположен на поверхности почвы, содержащейся в емкости № 2 . 2.4. Раздел «Работа с датчиками температуры и температуры поверхности» (2/5) 31 Датчик температуры Датчик температуры представляет собой жесткий стальной стержень с пластмассовой рукояткой . В общем случае он может быть использован при изучении плавления веществ, эндотермических и экзотермических реакций, различных биологических и экологических процессов, погодных явлений и т . д . С помощью данного датчика мы можем получать значение температуры в объеме почвы . Диапазон измеряемых температур : от минус 40 до плюс 135 ° С . Максимальная температура : + 150 ° С . Время срабатывания датчика : 10 с (в воде при помешивании) ; 90 с (в подвижном воздухе) ; 400 с (в неподвижном воздухе) . http://www.ros - group.ru/ 2.4. Раздел «Работа с датчиками температуры и температуры поверхности» (3/5) 32 Датчик температуры поверхности Датчик температуры поверхности представляет собой тонкий гибкий провод, снабженный миниатюрным сенсором . Предназначен для контактного измерения температуры поверхностей различных объектов . В общем случае может использоваться для изучения дыхания человека, при измерениях температуры поверхности кожи человека, при изучении явлений теплопередачи, конвекции, трения и т . д . С помощью датчика температуры поверхности мы можем измерять температуру воздуха, находящегося в непосредственном контакте с почвенным покровом . Диапазон измеряемых температур : от 25 до + 125 ° С . Максимальная температура : + 150 ° С . Время срабатывания датчика : 50 с (в неподвижном воздухе) ; 20 с (в подвижном воздухе) . Может быть использован только для измерения температуры в воздушной среде. http://www.ros - group.ru/ 2.4. Раздел «Работа с датчиками температуры и температуры поверхности» (4/5) 33 Регистрация данных Система сбора данных - интеллектуальный блок NXT Программное обеспечение для сбора данных - среда графического программирования LEGO NXT 2.0 Programming и среда регистрации данных LEGO NXT 2.0 Data Logging Окно среды регистрации данных LEGO NXT 2.0 Data Logging 2.4. Раздел «Работа с датчиками температуры и температуры поверхности» (5/5) 34 Принцип работы датчиков температуры В датчиках в качестве температурного сенсора применяется так называемый терморезистор . Это полупроводниковый резистор, в котором используется зависимость электрического сопротивления полупроводникового материала от температуры . Размеры терморезистора могут варьироваться в пределах от 1 - 10 микрометров до 1 - 2 см . Различают терморезисторы с отрицательным (термисторы) и положительным (позисторы) температурным коэффициентом сопротивления . Их ещё называют NTC - термисторы и PTC - термисторы соответственно . У позисторов с ростом температуры растет и сопротивление, а у термисторов - наоборот : при увеличении температуры сопротивление падает . В датчиках температуры и температуры поверхности установлены NTC - термисторы . 2.5. Раздел «Мобильный робот» (1/8) 35 Мобильный робот представляет собой автоматическую систему, запускаемую оператором . Робот предназначен для регистрации относительной влажности воздуха в емкостях № 1 и № 2 . Конструктивно робот состоит из 3 основных элементов: - центрального компьютера (интеллектуальный блок NXT); - системы регистрации данных (датчик относительной влажности и адаптер NXT ); - механической системы для передвижения робота и перемещения датчика относительной влажности. 2.5. Раздел «Мобильный робот» (2/8) 36 Система регистрации данных Центральный компьютер Механическая система для передвижения робота и перемещения датчика 2.5. Раздел «Мобильный робот» (3/8) 37 Центральный компьютер Осуществляет управление движением, сбор и обработку информации, поступающей с датчика относительной влажности . Роль центрального компьютера выполняет интеллектуальный блок NXT . NXT – широкий набор интересных функциональных возможностей : - 32 - битный микроконтроллер ARM 7 ( 256 КБайт FLASH, 64 КБайт RAM, 8 - битный микроконтроллер AVR 4 Кбайта FLASH, 512 байт RAM ; - беспроводный канал Bluetooth Class II версии 2.0; - скоростной порт USB ; - четыре порта для датчиков ; - три порта для двигателей ; - жидкокристаллический дисплей ; - громкоговоритель . Интеллектуальный блок NXT в составе мобильного робота 2.5. Раздел «Мобильный робот» (4/8) 38 Система регистрации данных Предназначена для мониторинга относительной влажности воздуха в емкостях № 1 и № 2 . Включает в себя аналоговый датчик Vernier – датчик относительной влажности . Датчик подключается к центральному компьютеру при помощи вспомогательного переходника (адаптера для датчика Vernier NXT ) . Показания датчика выводятся на ЖК - экран интеллектуального блока NXT . Адаптер NXT Датчик относительной влажности Vernier 2.5. Раздел «Мобильный робот» (5/8) 39 Механическая система для передвижения робота и перемещения датчика П озволяет роботу перемещаться по заданной траектории, распознавать маркер, а также изменять положение датчика относительной влажности по отношению к каркасу робота . Состоит из трех двигателей, датчика освещенности и каркаса . Двигатели В и С позволяют роботу двигаться поступательно по прямолинейной траектории (двигатели В и С синхронизированы) . Поворот робота происходит за счет увеличения мощности (скорости вращения вала двигателя) одного двигателя относительного другого . Двигатели В и С 2.5. Раздел «Мобильный робот» (6/8) 40 Двигатель А отвечает за перемещение датчика относительной влажности относительно каркаса робота (преобразование вращательного движения вала двигателя в поступательное движение датчика осуществляется с помощью кривошипно - кулисного механизма) . Кривошипно - кулисный механизм Двигатель А 2.5. Раздел «Мобильный робот» (7/8) 41 Датчик освещенности закреплен в передней части мобильного робота и располагается на расстоянии порядка 5 мм от поверхности движения . В режиме отраженного света чувствительный элемент датчика может различать цвет поверхности, по которой движется робот . Если на траектории движения встречается черный маркер, датчик регистрирует изменение цвета поверхности и робот совершает запрограммированные действия . Датчик освещенности Чувствительный элемент датчика Датчик освещенности в составе мобильного робота Маркер Датчик освещенности в режиме распознавания черного маркера 2.5. Раздел «Мобильный робот» (8/8) 42 Конструирование робота Процесс проектирования робота также осуществляется в специальной компьютерной программе - системе автоматизированного проектирования LEGO Digital Designer . Конструирование робота в программе LEGO Digital Designer 4.3.6 2.6. Раздел «Программирование мобильного робота» (1/8) 43 Схема движения робота Первый маркер, измерение относительной влажности воздуха в емкости № 1 Возвращение к оператору по двум маркерам Второй маркер, измерение относительной влажности воздуха в емкости № 2 2.6. Раздел «Программирование мобильного робота» (2/8) 44 Движение до первого маркера и остановка Движение без ограничения Остановка Ожидание маркера 2.6. Раздел «Программирование мобильного робота» (3/8) 45 Измерение относительной влажности воздуха в емкости № 1 Перемещение датчика к емкости Ожидание (измерение относительной влажности воздуха) Снятие показаний относительной влажности воздуха в емкости № 1 Возвращение датчика в начальное положение 2.6. Раздел «Программирование мобильного робота» (4/8) 46 Поворот, движение до второго маркера и остановка Поворот на 90 0 Движение до маркера и остановка, аналогично первому случаю 2.6. Раздел «Программирование мобильного робота» (5/8) 47 Измерение относительной влажности воздуха в емкости № 2 Перемещение датчика к емкости Снятие показаний относительной влажности воздуха в емкости № 2 Возвращение датчика в начальное положение Ожидание (измерение относительной влажности воздуха) 2.6. Раздел «Программирование мобильного робота» (6/8) 48 Поворот, движение до третьего маркера Поворот и движение до маркера, аналогично первому случаю 2.6. Раздел «Программирование мобильного робота» (7/8) 49 Поворот, движение до четвертого (последнего) маркера Поворот и движение до маркера, аналогично первому случаю Остановка 2.6. Раздел «Программирование мобильного робота» (8/8) Ожидание, вывод значения относительной влажности воздуха в емкости № 1, вывод значения относительной влажности воздуха в емкости № 2 Ожидание оператора Вывод значения относительной влажности воздуха в емкости № 1 на ЖК - экран в течении 5 секунд Вывод значения относительной влажности воздуха в емкости № 2 на ЖК - экран в течении 5 секунд 50 2.7. Раздел «Работа с датчиком относительной влажности» (1/4) 51 Для мониторинга относительной влажности воздуха в каждой емкости используется следующий аналоговый датчик производства компании Vernier : - датчик относительной влажности (английское название : Relative Humidity Sensor) . Этот датчик закреплен на мобильном роботе . Для того чтобы провести оценку состояния влажности воздуха в емкости, робот помещает датчик внутрь емкости, выполняет сбор данных в течении заданного временного промежутка и выдает результаты, по которым мы сможем оценить состояние воздуха . 2.7. Раздел «Работа с датчиком относительной влажности» (2/4) 52 Датчик относительной влажности Датчик представляет собой цилиндрический пластиковый стержень с рукояткой . В общем случае он может быть использован для измерения влажности в жилых помещениях при изучении влияния микроклимата на человека, для оптимизации микроклимата теплиц, оранжерей и террариумов, при изучении вопросов воздействия влажности воздуха на рост и развитие растений, при изучении погодных явлений и т . д . С помощью данного датчика мы можем получать значение относительной влажности воздуха в емкостях № 1 и № 2 , содержащих цветковые растения . Диапазон измеряемых значений : 0 до 95 % . Диапазон рабочих температур : от 0 до + 85 ° С . Время срабатывания датчика : 60 мин (в неподвижном воздухе) ; 40 с (при активном движении воздуха) . http://www.ros - group.ru/ 2.7. Раздел «Работа с датчиком относительной влажности» (3/4) 53 Регистрация данных Система сбора данных - интеллектуальный блок NXT Программное обеспечение для сбора данных - среда графического программирования LEGO NXT 2.0 Programming и среда регистрации данных LEGO NXT 2.0 Data Logging Окно среды регистрации данных LEGO NXT 2.0 Data Logging 2.7. Раздел «Работа с датчиком относительной влажности» (4/4) 54 Принцип работы датчика относительной влажности Внутри пластикового корпуса установлена специальная интегральная микросхема , в которой используется конденсатор с тонкой полимерной пленкой в качестве диэлектрика . Пленка очень чувствительна к изменению влажности окружающего воздуха . В зависимости от степени влажности воздуха пленка поглощает или выделяет молекулы воды . Это изменяет её диэлектрические свойства, а значит, и ёмкость конденсатора . Данная физическая величина преобразуется интегральной схемой в напряжение, а соответствующее программное обеспечение для сбора данных преобразует его в относительную влажность, выраженную в процентах . Емкостный датчик влажности воздуха очень быстро реагирует на ее изменение при интенсивном движении воздушных масс . Поэтому, если требуется измерить относительную влажность воздуха за короткий промежуток времени, необходимо привести датчик в движение или воспользоваться вентилятором . В наших демонстрационных экспериментах при измерением влажности воздуха в емкостях мы будем задействовать вентилятор (в течении 80 с) с целью получения адекватных значений измеряемого параметра . В емкость № 2 мы предварительно поместили стакан с горячей водой, чтобы намеренно обеспечить в ней высокую влажность воздуха . 3. Запуск автоматизированной системы (1/1) 55 Мобильный и стационарный роботы приводятся в рабочее состояние операторами 1 и 2 соответственно . Оператор 2 включает вентилятор и инициирует циркуляцию воздуха в емкости № 1 , мобильный робот движется по заданной траектории к емкости № 1 . Датчик относительной влажности помещается внутрь емкости № 1 и происходит регистрация относительной влажности воздуха (~ 80 с), стационарным роботом измеряется численное значение температуры почвы, результат выводится на ЖК - экран стационарного робота, оператор 2 фиксирует измеренное значение . Оператор 2 переставляет вентилятор и инициирует циркуляцию воздуха в емкости № 2 . Мобильный робот движется по заданной траектории к емкости № 2 , согласно своей программе . Датчик относительной влажности помещается внутрь емкости № 2 и происходит регистрация относительной влажности воздуха (~ 80 с), стационарным роботом измеряется температура поверхности почвы, оператор 2 строит графическую зависимость температуры поверхности почвы от времени на экране компьютера . Оператор 2 выключает вентилятор . Мобильный робот возвращается к оператору 1 , который фиксирует измеренные показания относительной влажности воздуха в емкостях № 1 и № 2 . По показаниям датчиков относительной влажности и температуры оператор 2 принимает решение о необходимости увлажнения воздуха в емкости № 1 или № 2 . В случае положительного решения оператор 2 стационарного робота перемещает механическую руку к накопителю емкости № 1 или № 2 и включает насосную систему на заданное время, по истечении которого подача воды прекращается . По результатам эксперимента делаются выводы и даются рекомендации по повторному запуску автоматизированной системы с целью обеспечения требуемых численных значений указанных параметров микроклимата модельного комплекса теплиц . 4. Заключительное слово руководителя проекта (1/2) 56 Перспективы развития проекта: - создание автоматической системы контроля микроклимата комплекса теплиц; - организация обмена информацией между роботами о состоянии микроклимата в реальном режиме времени; - учет состава воздуха: концентрации кислорода и углекислого газа; - учет влажностного режима почвы. Выводы: - на основе анализа литературных источников, посвященных теплицам и их микроклимату, определен внешний вид модельного комплекса теплиц и выбраны контролируемые параметры; - обозначена структура автоматизированной системы - стационарный и мобильный LEGO - роботы, определена их конструкция и функциональные особенности; - выбраны датчики Vernier, изучены особенности их функционирования и приемы работы с ними в специализированной программе для сбора данных; - определена логика функционирования LEGO - роботов и выполнено их программирование в специальной программной среде на графическом языке; - выполнен демонстрационный эксперимент, показавший возможности спроектированной системы, намечены перспективы дальнейшего развития проекта. 57 4. Заключительное слово руководителя проекта (2/2) При подготовке презентации использовались следующие материалы: 1. Исследование окружающей среды с Vernier и LEGO MINDSTORMS NXT . Перевод с английского . Серия «Научно - техническое творчество учащихся . Робототехника» . Научный редактор книги А . Я . Суранов . – М .: ПКГ «Развитие образовательных систем», 2012 . 2. Vernier . Product Manuals and Reference Guides . Sensor : [ Электронный ресурс ] . ( http : //www . vernier . com/support/manuals/ ) . Проверено 14 . 06 . 2013 . 3. Vernier . Plant Waterer Project : [ Электронный ресурс ] . ( http : //www . vernier . com/experiments/stem/ 7 /plant_waterer_project/ ) . Проверено 14 . 06 . 2013 . 4. Новая иллюстрированная энциклопедия в 20 томах . – М .: Большая Российская энциклопедия, 2000 . 5. Большая энциклопедия природы в 16 томах . – М .: ООО «Мир книги», 2002 . 6. LEGO Digital Designer : [ Электронный ресурс ] . ( http : //ldd . lego . com/ru - ru/download/ ) . Проверено 14 . 06 . 2013 . 7. Свободная Интернет - энциклопедия Википедия : [Электронный ресурс] . ( http : //ru . wikipedia . org ) . Проверено 14 . 06 . 2013 . 8. Учебное пособие научно - технической конференции LEGO «Инженерная культура : от школы к производству» . Вводный курс по программированию NXT . В 2 - х частях . Научно - методический центр Университета Тафтса, 2009 . СПАСИБО за внимание!