CC BY
0AVTOMOBIL VA QISHLOQXO'JALIKMASHINALARI
UDK 631.8
ISSIQXONA MUHITINI IOT (INTERNET OF THINGS) GA ASOSLANGAN MASOFAVIY MONITORINGI TAHLILI
Turdaliyev Voxid Maxsudovich Namangan muhandislik-qurilish instituti, t.f.d., professor, vox-171181@mail. ru
Komilov Sahob Rasuljonovich Namangan muhandislik-qurilish instituti, PhD, dotsent, [email protected]
G'ofurjonov Muhammadyusuf Abduqodir o'g'li Namangan muhandislik-qurilish instituti, o'qituvchi mr.mvu. gofurjo nov@gmail. co m
Nurova Hilola Normurodovna Buxoro muhandislik-texnologiya instituti, 1-kurs doktoranti, nurovahilo [email protected]
Annotatsiya. Ushbu maqolada, issiqxonalarda ekinlarni yetishtirishni avtomatlashtirish jarayonida qo'llanilayotgan IoT tizimlarining ayrim komponentlari bo'yicha tahliliy natijalar keltirilgan. Shu bilan bir qatorda tuproq namligini, yorug'lik intensivligini va havo sifatini o'lchovchi datchiklarning ishlash prinsiplari hamda o'lchov ko'rsatkichlari haqida ma'lumot berilgan.
Аннотация. В данной статье представлены аналитические результаты по некоторым компонентам IoT-систем, используемых в процессе автоматизации выращивания сельскохозяйственных культур в теплицах. Кроме того, дана информация о принципах работы и показателях измерения датчиков, измеряющих влажность почвы, интенсивность освещения и качество воздуха.
Abstract. This article presents analytical results on some components of IoT systems used in the process of automating crop cultivation in greenhouses. In addition, information on the principles of operation and measurement indicators of sensors measuring soil moisture, light intensity, and air quality is given.
Kalit so'zlar. Issiqxona, tuproq, namlik, havo, yorug'lik, datchik, IoT, tizim, Arduino.
Keywords. Greenhouse, soil, moisture, air, light, sensor, IoT, system, Arduino.
Ключевые слова. Теплица, почва, влага, воздух, свет, датчик, IoT, система, Arduino.
Keyingi yillarda ekin maydonlarining cheklanganligi, suv resurslarining kamayishi, iqlim sharoitlarining mos kelmasligi, fotosintez uchun yorug'likning yetarli emasligi va moliyaviy resurslarning yetishmovchiligi qishloq xo'jaligi mahsulotlarini yetishtirishning asosiy muammolaridan hisoblanmoqda. Shu nuqtai nazardan, issiqxonalar dunyoning ko'plab mamlakatlarida, oziq-ovqat xavfsizligini ta'minlashda ulkan salohiyatga ega. Biroq, issiqxona ekotizimlari atrof-muhit dinamikasi bilan birlashtirilgan murakkab tizimdir.
Optimal issiqxona muhitini saqlab qolish, ekinlar hosilini sezilarli darajada ortishiga olib keladi. Ma'lumki ishlab chiqarishni barcha sohalariga aqlli qurilmalar, avtomatik boshqarish va mexatronik tizimlar keng joriy etilmoqda. Shu boisdan IoT1 ga asoslangan qishloq xo'jaligi monitoringi sohada inqilobiy o'zgarishlar muhitini hosil qiladi. Bu qurilmalar kombinatsiyasi orqali jarayonni istalgan masofadan istalgan vaqtda nazorat qilish va boshqarish imkonini beradi. Yutuqlari sifatida, energiya va resurslar tejalishini hamda yuqori qulayliklarni keltirib o'tish mumkin.
1 IoT-internet of things. Internet orqali boshqa qurilmalar va tizimlar bilan ma'lumotlarni almashish uchun datchiklar va dasturiy ta'minot.
Mexanika va Texnologiya ilmiy jurnali 5-jild, 3-son, 2024 Maxsus son
AVTOMOBIL VA QISHLOQXOJALIKMASHINALARI
Issiqxona ekotizimini monitoring va nazorat qilish uchun IoTga asoslangan tizimlardan foydalanish mavjud usullarga nisbatan bir qator afzalliklarni beradi. Simlarni joylashtirish va texnik xizmat ko'rsatish xarajatlarini kamaytirish, mavjud infratuzilmani tez va oson qayta jihozlash, tez-tez tashrif buyurish orqali o'simlik biomasini buzmasdan qulay va masofadan nazorat qilish oddiy dehqonchilik faoliyatiga kamroq xalaqit berish afzalliklaridan ba'zilaridir. Ushbu afzalliklarga qo'shimcha ravishda, ushbu tizimlar yanada ishonchli, axborotni birlashtirish kabi ilg'or funktsiyalarga kengaytirilishi mumkin.
Niderlandiyadagi LOFAR Agro Konsortsiumi tomonidan olib borilgan tadqiqot shuni ko'rsatdiki, simsiz tarmog' datchigi kartoshka ekinlarini yetishtirishda harorat, namlikni kuzatish va Phytophtora Infestans qo'ziqorin kasalligini nazorat qilishda foydalaniladi [1]. W.Zhang o'simliklar bog'chasining turli nuqtalarida namlik va haroratni kuzatish uchun kichik tarmoq ishlab chiqdi [2]. Belasare WSN2 yordamida issiqxonada bug' bosimi tanqisligini (VPD3) kuzatish va LabView4-da ma'lumotlarni vizualizatsiya qilish tizimini ishlab chiqdi [3]. Roop Pahuja issiqxonada ARM75 mikrokontrolleri yordamida namlik, yorug'lik va harorat kabi turli parametrlarni masofadan boshqarish uchun GSM6 asosidagi tizimni taklif qildi [4]. Ravi Kishore Kadali elektrokimyoviy datchiklar yordamida tuproqdagi azot, fosfor, kaliy va boshqa mineral moddalarni nazorat qilgan va kerak bo'lganda tomchilatib urug'lantirishni amalga oshirgan [5]. Stefan Koprda tuproq namligi sensorlari yordamida tuproq namligini kuzatish va nazorat qilish uchun GSM asosidagi tizimni joriy qildi. Boshqarish Android ilovasi yordamida amalga oshiriladi [6]. Nattapol Kaeward tuproq namligi, harorati va namligi kabi turli xil ekin parametrlarini kuzatish va nazorat qilish uchun Wireless Sensing Networks (WSN) va smartfonlardan foydalanishni taklif qildi [7]. Sekulic Chernogoriyaning uzumzor hududidagi uzum chiriyotgan (Plasmopara Viticola) kasalliklarini bashorat qilish uchun aqlli purkash tizimini ishlab chiqdi. Tizim ob-havo ma'lumotlarini sensor tugunlaridan to'playdi. O'lchovlar, uzumning o'sish bosqichlari va patogen rivojlanishining dala monitoringi asosida tizim kasalliklarni bashorat qilish uchun kalibrlanadi [8].
Yuqorida qayd etilgan adabiyotlar tahlilida harorat, tuproq namligi, tuproqdagi ozuqa moddalari miqdori, bug'bosimi tanqisligi va boshqalar monitoringi va nazorati haqida hisobot berilgan. Biroq, tadqiqotlar shuni ko'rsatadiki, havo sifati va yorug'likning individual spektral komponentlarining intensivligi ham o'simliklarning o'sishiga ta'sir qiladi. Bundan tashqari, yuqorida aytib o'tilgan tizimlarning ko'pchiligi nazorat qilish va boshqarish uchun zigbee7-ga asoslangan simsiz sensorli tarmoqlardan foydalanadi. Ular cheklangan diapazoni, cheklangan tarmoqli kengligi va cheklangan hisoblash quvvati tufayli kognitiv qobiliyatlarning yetishmasligidir. Ushbu maqolada taqdim etilgan ishda IoT-ga asoslangan bulutli integratsiyalangan telemetriya8 va boshqaruv tizimi issiqxonada o'simliklarning rivojlanishi va o'sishi uchun mos keladigan muhitni masofadan turib kuzatish va saqlash uchun ishlab chiqilgan.
Taklif etilayotgan bulutli integratsiyalangan IoT tizimi diapazonda cheklovlarga ega emas, yagona cheklov bu GSM va Ethernet/WiFi ulanishlarining mavjudligi. Qurilmaning
2 WSN- Wireless sensor network. Atrof-muhit ma'lumotlarini tarmoq orqali uzatuvchi, fazoda taqsimlangan avtonom sensorlar.
3 VPD- Vapour pressure-deficit. Havodagi namlik miqdori.
4 LabVIEW- Laboratory Virtual Instrument Engineering Workbench. Vizual dasturlash tilidan foydalanadigan, dasturlash muhitiga asoslangan National Instruments tomonidan ishlab chiqarilgan grafik tizim dizayni va ishlab chiqish platformasi.
5 ARM7-mikrokontrollerdan foydalanish uchun ARM Holdings tomonidan litsenziyalangan 32-bitli RISC ARM protsessor yadrolari guruhidir.
6 GSM-bu mobil qurilmalar tomonidan ishlatiladigan ikkinchi avlod (2G) raqamli uyali aloqa tarmoqlari protokollarini tavsiflovchi standart.
7 Zigbee - tibbiy asboblar ma'lumotlarini yig'ish va boshqa kam quvvat sarflaydigan radiostantsiyalar bilan shaxsiy hududiy tarmoqlarni yaratish uchun foydalaniladigan yuqori darajadagi aloqa protokollari to'plami.
8 telemetriya - simsiz ma'lumotlarni uzatish mexanizmlari (masalan, radio, ultratovush yoki infraqizil tizimlar yordamida).
Mexanika va Texnologiya ilmiy jurnali 5-jild, 3-son, 2024 Maxsus son
AVTOMOBIL VA QISHLOQXOJALIKMASHINALARI
asosiy maqsadi qo'l mehnatini kamaytirish va aqlli xulosalar va masofadan boshqarish uchun sensor tugunlaridan o'lchangan ma'lumotlardan foydalanish maqsadida ekin maydonini o'lchash uchun arzon, foydalanuvchilarga qulay tizimni ishlab chiqish edi.
Masofadan turib IoT tizimi arxitekturasini, issiqxona ekotizimini nazorat qilish jarayoni 1-rasmda tasvirlangan. Tizim uchta asosiy komponentni o'z ichiga oladi: dalaning turli joylarida o'rnatilgan GPRS-ni qo'llab-quvvatlaydigan sensorli tugunlar, masofaviy stantsiyadagi Ethernet ulangan markaziy monitoring serveri/kompyuteri va kalitlarni boshqaruvchi qurilmalarga ulangan aktuatorning mobil boshqaruvi.
1-rasm. IoT-ga asoslangan telemetriyaning ma'lumotlar oqimi arxitekturasi va
issiqxonani boshqarish tizimi
Ushbu tizimda IoT-ga asoslangan issiqxona monitoringi uchun ishlatiladigan sensor tugun ATMega1280-ga asoslangan Arduino Mega 2560 mikrokontrolleridan foydalaniladi.
Tugunda ishlatiladigan tuproq namligi sensori EVANA SM12. Tuproqning dielektrik o'tkazuvchanligini (tuproqning massa o'tkazuvchanligi) o'lchash yo'li bilan suv tarkibini baholaydi. Tuproqdagi suv miqdori va dielektrik konstantalar bir-biriga to'g'ridan-to'g'ri proportsionaldir.
GSM Shield SIM900A ishlab chiqilgan sensor tugunining masofaviy server bilan aloqasini yoqish uchun ishlatiladi. Mikrokontroller, sensorlar va GSM qalqoni o'z ichiga olgan sensorli tugun elektronining interfeysi 2-rasmda ko'rsatilgan.
Sensor tugunining vazifasi atrof-muhit parametrlarini vaqti-vaqti bilan o'lchash, ma'lumotlarni qayta ishlash va paketlashtirish, ThingSpeak kanaliga simsiz uzatishni o'z ichiga oladi. Ushbu funktsiyalar Arduino IDE (Integrated Development Environment) yordamida mikrokontrollerga yuklangan C++ dasturi tomonidan amalga oshirildi.
Mexanika va Texnologiya ilmiy jurnali 5-jild, 3-son, 2024 Maxsus son
AVTOMOBIL VA QISHLOQXOJALIKMASHINALARI
2-rasm. Sensor tuguni electron sxemasi
3-rasmda tuproq namligi sensori (a) yoru g'lik sensori (b) va havo sifati sensori (c) uchun ThingSpeak serverida qabul qilingan o'lchovlarning real vaqt rejimida vizualizatsiyasini keltirilgan.
Shaxsiy kompyuterda oflayn o'lchov ma'lumotlarni ham olish mumkin. Oflayn o'lchov yozuvi barqaror bo'lmagan GSM tarmog'i holatida monitoringning uzluksizligini saqlashga yordam beradi. Arduino IDE seriyali monitorida kuzatilgan oflayn ma'lumotlar 3-rasmda ko'rsatilgan. 1-jadvalda tuproq namligi, yorug'lik intensivligi va vaqt davomida havo sifati bo'yicha olingan atrof-muhit ma'lumotlarining namunaviy qatori ko'rsatilgan. 1000 dan yuqori tuproq namligi sensori qiymatlari sug'orish zarurligini ko'rsatadi. Yorug'lik intensivligining 50 dan kam qiymatlari qorong'ulikni ko'rsatadi. Xuddi shunday, havo sifati o'lchovlari 350 dan ortiq havo sifati yomonligini ko'rsatadi. Ma'lumotlardan xo'jalikning kundalik faoliyatini rejalashtirish uchun foydalanish mumkin. Bulutli tizimdan foydalanishni hisobga olgan holda, o'lcha ngan atrof-muhit ma'lumotlarini shaxsiy kompyuterlar va smartfonlar yordamida istalgan vaqtda va joyda tekshirish imkoni mavjud bo'ladi. O'lchangan qiymatlariga qarab, Blynk ilovasi orqali qurilmalarni ishga tushiriladi. Yuqoridagi datchiklar tomonidan o'lchangan analog kuchlanish qiymatlarini formuladan foydalanib, ko'rsatilgan natijalardan hisoblash mumkin:
Analog sensorning kuchlanish chiqishi = (xom sensorning chiqish qiymati) / 1023 Ushbu kuchlanishlar mutanosib ravishda tuproq namligi foizini, yoru g'lik intensivligini va havo sifatini ko'rsatadi.
1-Jadval
ThingSpeak serveri tomonidan to'plangan turli sensorlarni o'qish
Entry Soil moisture Light Air quality
1 144 697 16
2 1016 695 14
3 516 182 15
4 1023 135 192
5 1023 156 284
6 467 157 394
7 75 145 400
8 93 136 323
9 66 132 357
Mexanika va Texnologiya ilmiy jurnali 5-jild, 3-son, 2024 Maxsus son
A VTOMOBIL VA QISHLOQ XOJALIKMASHINALAR
(a) Tuproq namligi sensori uchun ThingSpeak ma'lumotlari (b) yorug'lik sensori uchun ThingSpeak ma'lumotlari
(c) havo sifati sensori uchun ThingSpeak ma'lumotlari 3-rasm. Turli sensorlar uchun ThingSpeak server ma'lumotlari
ф C0M6
AT+CMGF=1 AT
AT+CPIN?
AT+CREG?
AI+CGATT?
AT+CIPSHUT
AT+CIPSTATUS
AT+CIPMUX=0
AT+CSTT="telenor"
AT+CIICR
AT+CIFSR
AT+CIPSPRT=0
AT+CIPSTART="TCP","api.thingspeak.com", "80" AT+CIPSEND
GET http://api.thingspeak.com/update/?api_key==O€€TOKKDQECiV2F2&fieldl=1021&field2=cS3sfield3=85 □
AT+CIPSHUT AT+CKGF=1
OK AT
OK
AT+CPIN?
+CPIN: READY OK
AT+CAT
AT+CPIN?
AT+CREG?
AT+CGATT?
AT+CIPSHUT
AT+CIPSTATUS
AT+CIPMUX=0
AT+CSTT="telenor"
ДТ1ГТТГР_
4-rasm. Arduino IDE seriyali monitoridagi ma'lumotlar
Darajalar tuproq namligi sensori uchun belgilangan chegaradan ko'tarilishi/pastlanishi bilanoq, ThingSpeak serveri 5-rasmda ko'rsatilganidek, mobil telefonda ogohlantirish bildirishnomasini ko'rsatadi.
Mexanika va Texnologiya ilmiy jurnali 5-jild, 3-son, 2024 Maxsus son
A VTOMOBIL VA QISHLOQ XO'JALIKMASHINALARI
12:29 PM SAT. 21 A
q|-j Warning for soil moisture 12.28 p^tn
Current value: 1019 v
Storage space running out 11 -58 am
Some system functions may not work
Emergency calls only
5-rasm. Uyali telefonda qabul qilingan ogohlantirish xabari
Ushbu parametrlarni boshqarish masofadan va simsiz ravishda Blynk ilovasi orqali amalga oshiriladi, bu foydalanuvchiga tugmani bosish va jihozlarni yoqish/o'chirish imkonini beradi.
Tizim ThingSpeak bulut serverida GPRS yoqilgan sensor tugunlaridan o'lchangan atrof -muhit sensori ma'lumotlarini to'playdi. Sensor tugunining ma'lumotlarini Internetga ulangan noutbuk / mobil telefon yordamida istalgan joydan kuzatish mumkin. ThingSpeak platformasi qabul qilingan sensor ma'lumotlaridan issiqxona muhitining o'simliklar o'sishiga ta'sirini tahlil qilishi mumkin. Tahlil qilish orqali u o'simliklar o'sishi uchun mos keladigan issiqxona muhitini aqlli boshqarish imkonini beradi. Issiqxona muhitini nazorat qilish va xabar almashish uchun mobil ilovani amalga oshirish uchun yengil va tezkor Blynk IoT platformasidan foydalanish ishlab chiqilgan tizimning asosiy xususiyati hisoblanadi. Blynk platformasi sensorli tugun, Blynk serveri/dasturiy ta'minoti va mobil telefon bilan ko'p tomonlama ulanish imkonini beradi. Haqiqiy vaqtda sug'orish ehtiyojlari mobil telefonda o'rnatilgan Blynk ilovasidagi xabarlar orqali qabul qilinadi. Issiqxonadagi ventilyator, chiroqlar va su g'orish nasosi Blynk mobil telefon ilovasi orqali sensor tuguniga GPRS uzatish orqali muvaffaqiyatli boshqariladi. Hisoblash va telekommunikatsiya texnologiyalari hali ham dunyoning ko'plab mintaqalarida qishloq xo'jaligida qo'llanilishi uchun keng qo'llanilmagan. Qishloq joylarga yuqori tezlikdagi mobil aloqa va internet xizmatlarini ko'rsatish bo'yicha o'tkazish qobiliyatini oshirish ushbu hududlarda asta-sekin mavjud bo'lib bormoqda.
ADABIYOTLAR
1. Goense D., "LOFAR-Agro Fighting phytophtora using micro-climate." Available at: http://www.lofar.org/Agriculture.htm, 2005.
2. W. Zhang, G. Kantor, and S.Singh, "Integrated wireless sensor / actuator networks in an agricultural application", Proc. 2nd ACM Int'l Conf. Embedded Networked Sensor Systems (SENSYS 04), ACM Press, 2004, pp. 317.
3. Rahul Belsare, Komal Deshmukh, "Smart green house automation", International Journal of Computer Science and Engineering Technology, Vol. 4, 2014, pp. 1127-1129.
4. Roop Pahuja, H.K. Verma, Moin Uddin, "A wireless sensor network for Greenhouse climate control", IEEE PERVASIVE Computing, Vol. 12, 2013, pp. 49-58.
5. Ravi Kishore Kadali, Vishal Jain, Sumit Karagwal, "IoT based smart Greenhouse," IEEE Region 10 Human Technology Conference, December 21-23, 2016, Agra, India.
6. Stefan Koprda, Zoltan Balogh, Dusan Hruby, Milan Turcant "Proposal of the irrigation system using low-cost arduino system as part of a smart home," IEEE 13th Intenational
Mexanika va Texnologiya ilmiy jurnali 5-jild, 3-son, 2024 Maxsus son
AVTOMOBIL VA QISHLOQXOJALIKMASHINALARI
Symposium on Intelligent systems and Informatics, September 17-19, 2015, Subotica, Serbia, pp. 229-233.
7. Nattapol Kaeward, Saiyan Saiyod, "Sensor data collection and irrigation control on vegetable crop using smartphone and wireless sensor networks for smart farm," IEEE Conference on Wireless Sensors(ICWiSE), 26-28 October, 2014, Subang, Malaysia, pp.106-112.
8. Sekulic, P Djukanovic, S Djurovic, "Detection of downey mildew in grapevine leaves using support vector machine," Proceedings of the 21st Information Technology IT'16 Conference, February 2016, Zabljak, Montenegro, pp.169-172.
Mexanika va Texnologiya ilmiy jurnali
5-jild, 3-son, 2024 Maxsus son
