Автономный робот для определения параметров почвы

Автономный робот на ардуино для определения параметров почвы агробот на arduino

В данной статье разберем проект  автономного робота на arduino агробота на подвижной платформе, который определяет влажность почвы и передает по радиосигналу на удаленный пульт.

Для определения оптимальных сроков выполнения тех или иных арго операций (например, посев или вспашка или же искусственный полив), необходимо знать  влажность почвы. Для оптимального внесения минеральных удобрений, известкования необходимо достаточно точно химические параметры почвы, такие как кислотность,  например. Большие сельхоз хозяйства обладают большим количеством агроплощадей, которые могут  находиться достаточно далеко друг от друга. В данной ситуации параметры почвы могут существенно различаться для различных полей. Поэтому необходим тщательный мониторинг состояния почвы в разрезе каждого поля. Более того необходимы многократные замеры и усреднение даже в рамках одного поля, для того чтобы исключить случайные ошибки.  Именно поэтому стало актуальным разработка автономного робота(агробота), который в автоматизированном режиме(без участия оператора) мог бы  замерять параметры почвы.  Разработка данного агробота и стало целью данного проекта.
Различные компании разрабатывают роботов для сельского хозяйства, в основном эти работы сконцентрированы надо созданием беспилотных тракторов и комбайнов а также сборщиков урожая. Например АгроБот, Avrora Robotics, Россия ACV, Case IH (CNH Industrial NV), Нидерланды AT400, Autonomous Tractor, США. Для замеров параметров почвы и построения карт полей используются беспилотники, например квадрокоптеры и беспилотники фирмы Precision Hawk. Данные беспилотники позволяют строить точные трехмерные карты полей, отслеживать  уровень созревания урожая. Но они обладают и рядом недостатков. Они не могут измерять физические и химические параметры почвы, время их автономной работы существенно ограничено, они дороги  в случае поломки могут быть безвозвратно потеряны(разбиться). Исходя из анализа существующих систем,   выдвигаются требования к агроботу. А именно возможность измерять физические и химические параметры почвы, возможность длительной работы в автономном режиме, безопасность,  надежность робота. Именно поэтому был разработан агробот на основе гусеничной высокопроходимой платформы.
Цель проекта: Разработка прототипа автономного робота, который позволял бы замерять параметры почвы.
Агробот состоит из двух систем. Первая система отвечает за замеры данных почвы и хранение и отражение на дисплее, вторая система отвечает за подвижную платформу.
Системы связаны между собой с помощью светового сигнала (который может заменен и на радио сигнал в будущем). Разбивка на две системы сделана специально для того,  чтобы блок замера с датчиками можно было устанавливать на любые подвижные платформы и сельхозагрегаты.
Опишем принцип работы систем.
Подвижная платформа на arduino.
Состоит из непосредственно из гусеничной переднеприводной платформы, в которую установлены электро двигатели с редукторами повышающими мощность. Управление двигателями осуществляется с помощью микроконтроллера  Arduino и реле. Согласно заложенной программе микроконтроллер посылает сигналы на реле и те подают питание на электродвигатели. Такая система позволит управлять любыми мощными двигателями.
Для связи с системой замера используется светодиод(который может легко заменен на радиомодуль).  Для осуществления очередного замера платформа останавливается и посылает световой сигнал для активации системы замера параметров почвы.

Рис.1  Схема управления платформой.
Система замера параметров почвы почвы на arduino.
Состоит из манипулятора, который доставляет датчик до почвы, микроконтроллера, датчика влажности почвы (в дальнейшем планируется подключение других датчиков, например датчика кислотности почвы).  Через фоторезистор система получает управляющий сигнал на осуществление замера почвы от подвижной платформы.  Опускается манипулятор с датчиком влажности, осуществляется замер, значения суммируются, потом вычисляется среднее арифметическое и выводится на дисплей. Таким образом, когда плафторма возварщается к агроному, агроном видит на дисплее среднее значение влажности по всему полю. Сбор и отражение информации можно настроить программным способом, например выводить не среднее значение, а значение по каждой точке замера.

Рис 2. Схема системы замера параметров почвы
Система приёма информации о параметрах почвы
Состоит из радио модуля, микроконтроллера, пьезодинамика и дисплея. 
Когда система замера отправляет значение с датчика на систему приема, то значение выводится на экран

Система была запрограммирована в среде Arduino IDE
Преимущества системы автоматизированного мониторинга параметров почвы агробот
Универсальность возможность закрепления многих видов датчиков. Возможность установки системы замера на различные подвижные платформы.
Компактность легкость в транспортировке
Автономность  системы, возможность работы без участия оператора.

Список литературы по робототехнике и arduino
Большая книга экспериментов для школьников/под ред. А. Мейяни; пер.: Э.И. Мотылева. – М.: Росмэн-Пресс, 2007. – 260 с.
Улли Соммер – Программирование микроконтроллерных плат Arduino Freeduino 2012г.
Чарльз Платт -Электроника для начинающих «БХВ-Петербург» 2012 г.

Познакомиться с другими проектами  по робототехнике и компьютерному моделированию

Поделиться: