باغبان خودکار

هدف این پروژه طراحی و ساخت سیستم خودکاری است که تا حد امکان نیاز به نظارت انسانی را کاهش داده و با بهبود شرایط نگهداری گیاه و هماهنگ با نیاز آن در میزان مصرف انرژی و مواد مصرفی مانند کود و سموم، موجب افزایش بهره‌ وری و کاهش ضایعات گردد.

بخش پروژه های دانش آموزی - مهدی رحمانی

دوازدهمین دوره از پروژه ‌های دانش آموزی تبیان نیز با یاری خداوند و حضور پر شور شما دوستان و علاقمندان به پایان رسید اما کار ما هنوز تمام نشده است! این دوره نیز همچون سال ‌های گذشته دوستان بسیاری با ثبت طرح ‌ها و ایده ‌های خلاقانه خود در منوی "پیشنهاد موضوع" ما را در ارتقای تنوع پروژه ‌ها یاری نموده اند. هم چون گذشته بر آن شدیم تا با گردآوری این ایده ‌های جالب ، علاوه بر قدر دانی از این دوستان نوآور، زمینه ای را برای ایده بروری سایر پژوهشگران علاقمند فراهم آوریم. فراموش نکنید که ما همیشه منتظر طرح ‌های جدید شما عزیزان هستیم.

نام ایده: باغبان خودکار

نام ارائه دهنده/دهند گان: سام مسلمی، ایلیا دارایی، ارشیا آزادی فر، محمدرضا جاویدی، امین حسین پورشاد

زمینه و نوع پروژه: کشاورزی

درجه سختی: متوسط

نام مدرسه: نورعلوی

مقدمه

در آینده‌ ای نزدیک بخش عمده ‌ای از روند زندگی بشر و فعالیت‌ های روزمره ‌اش توسط ربات‌ ها انجام ‌پذیر خواهد بود و ضرورت پیشتاز بودن در زمینه ساخت ربات‌ ها در تمام عرصه‌ های زندگی بیش از پیش نمود یافته است. سیستم باغبان خودکار نیز نمونه‌ ای است از کاربردهای بسیار زیاد ربات ‌ها در زندگی روزمره ما که دستگاهی ساده و مقرون به صرفه و در سطح آزمایشگاهی نیز برای نمایش برخی از توانمندی ‌های گسترده این سیستم ساخته شده است که در نمایشگاه برای ارائه به بازدید کنندگان عرضه خواهد شد و در حقیقت آغاز مسیری پیچیده برای ساخت سیستم‌ های خودکار خدمت ‌رسان خواهد بود.

هدف

هدف این پروژه طراحی و ساخت سیستم خودکاری است که تا حد امکان نیاز به نظارت انسانی را کاهش داده و با بهبود شرایط نگهداری گیاه و هماهنگ با نیاز آن در میزان مصرف انرژی و مواد مصرفی مانند کود و سموم، موجب افزایش بهره‌ وری و کاهش ضایعات گردد.

روش

دانش آموزان سیستم باغبان را بر اساس 4 واحد اصلی زیر طراحی کردند.

سیستم مورد بحث به صورت کلی دارای 4 واحد اصلی می ‌باشد:

بخش پرورش دهنده (یا واحد کنترل شده)

دستگاه‌ های کنترل کننده (خروجی‌های سیستم)

بخش فرماندهی (واحد کنترل اصلی)

حسگرهای دستگاه (یا ورودی‌های سیستم)

سنسورها یا حسگرهای سیستم وظیفه جمع‌ آوری اطلاعات محیط کشت را بر عهده دارند و بسته به نوع و تعداد گیاهان ممکن است تغییر کنند. به عنوان مثال برای پرورش نوعی از گیاه نیاز به سنسور رطوبت سنج خاک، رطوبت سنج هوا، نور سنج و دماسنج می‌ باشد، اما برای پرورش نوعی دیگر از گیاهان کنترل رطوبت هوا اهمیتی ندارد. در نمونه آزمایشگاهی دانش آموزان از سنسور دما و نور و رطوبت خاک به عنوان ورودی‌ های سیستم استفاده کردند که میزان دما و نور و رطوبت را توسط ولتاژ آنالوگ به واحد کنترل اصلی دستگاه اطلاع دهد.

واحد کنترل اصلی دستگاه وظیفه دارد با توجه به میزان اطلاعات ورودی دستگاه و تنظیمات اولیه دستگاه که توسط کارشناس کشاورزی و با توجه به نوع و نیاز گیاهان زیر کشت مشخص شده است، خروجی‌ های دستگاه را کنترل نماید. به عنوان نمونه دمای محیط مطابق با محاسبات کارشناس کشاورزی برای کشت نوعی گیاه می‌ بایست که همیشه 20 درجه سانتی گراد نگه‌ داشته شود، در این شرایط اگر دما کمتر از این مقدار باشد واحد کنترل اصلی دستگاه با توجه به نشانگر سنسور دما خروجی مربوط به گرمکن را فعال می‌ نماید تا دمای محیط را به میزان مطلوب برساند؛ و اگر سنسور دما مقدار دمای محیط را بیشتر از میزان مطلوب نشان دهد، واحد کنترل اصلی فرمان فعال شدن هواکش‌ ها و خنک‌کننده‌ های محیط را صادر می ‌کند تا با کاهش دمای محیط، آن را به میزان مطلوب که قبلا توسط کارشناس تنظیم شده است برساند.

خروجی‌ های سیستم عبارت هستند از دستگاه‌ هایی که توسط واحد کنترل اصلی فرماندهی می ‌شوند مانند گرمکن، هواکش‌ ها، پمپ ‌های آبیاری، دستگاه ‌های تنظیم نور ورودی، پخش‌ کننده ‌های سموم یا کود و ....

بخش پرورش دهنده می ‌تواند یک گلدان باشد یا یک مزرعه، اما می ‌بایست با توجه به شرایط نگهداری گیاه قابل کنترل شدن باشد. به عنوان مثال اگر قرار است دمای هوای محیط گلدان همیشه مقدار ثابتی باشد نمی ‌توان گلدان را در فضای باز قرار داد، چرا که در فضای باز امکان کنترل دمای هوای گلدان وجود ندارد.

برای نمایش چگونگی عملکرد سیستم پیشنهادی، یک نمونه آزمایشگاهی طراحی و ساخته شد. این نمونه به ابعاد حدودی 40 سانتیمتر در 30 سانتی متر و به ارتفاع حدود 35 سانتیمتر می ‌باشد و روی پلکسی‌ گلاس با ضخامت 4 میلی متر توسط دستگاه برش لیزر بریده شده است.

در واحد کنترل اصلی به خاطر این که عموما ولتاژ خروجی سنسورها آنالوگ می‌ باشد از مقایسه کننده‌ های ولتاژ آنالوگ استفاده شده است به طوری که مقدار ولتاژ سنسور که نشان ‌دهنده میزان نور یا دما یا رطوبت می ‌باشد با مقدار از پیش تنظیم شده توسط کارشناس مقایسه می‌ شود و اگر این مقدار کمتر یا بیشتر باشد سبب می‌ شود خروجی فعال یا غیر فعال شود و خروجی مقایسه کننده هم به یک رله فرمان می ‌دهد تا گرمکن یا هواکش یا پمپ آب‌پاش و.... را فعال نماید. این بخش توسط نرم‌افزار قدرتمند Altium طراحی شده و از LM358 به عنوان مقایسه کننده استفاده شده است. در این بخش می ‌توان از میکروکنترلر نیز استفاده نمود که در نمونه اولیه و به منظور سهولت عملکرد و پرهیز از پیچیدگی زیاد دستگاه از قرار دادن میکروکنترلر و برنامه نویسی برای این بخش اجتناب شده است.

نمونه اولیه ی طرح ساخته شده:

مهارت های کسب شده

1. روش ایده یابی (بارش مغزی)

2. مهارت کار در آزمایشگاه (رعایت نکات ایمنی)

3.  آشنایی با مهارت کاربرد ابزار و وسایل مورد نیاز

4.  آشنایی با پروپوزال نویسی

5. آَشنایی با مقاله نویسی

6. آشنایی با تهیه پاورپوینت

7. آشنایی با نحوه جستجوی اطلاعات

8. آشنایی نحوه فیش برداری

9. مهارت ساخت پوستر علمی

10. مهارت انجام کارگروهی

تنظیم کننده: محبوبه همت