Главная страница
Навигация по странице:

  • Аннотация — В статье представлен прибор для непрерывного мониторинга температуры, влажности почвы, СО 2 .

    		•

    Статья Солдатов Степанов. Прибор для непрерывного контроля температурного воздействия на объекты окружающей среды


    Скачать 0.53 Mb.
    НазваниеПрибор для непрерывного контроля температурного воздействия на объекты окружающей среды
    Дата18.02.2023
    Размер0.53 Mb.
    Формат файлаdocx
    Имя файлаСтатья Солдатов Степанов.docx
    ТипДокументы
    #942865

    Прибор для непрерывного контроля температурного воздействия

    на объекты окружающей среды

    Степанов В.Е., Солдатов С.Н., Семенов С.О.

    Северо-Восточный федеральный университет им М.К. Аммосова, Физико-технический институт

    Якутск, Российская федерация



    Аннотация — В статье представлен прибор для непрерывного мониторинга температуры, влажности почвы, СО2.

    Ключевые слова — температурная доза, термопара, микроконтроллер Arduino mega 2560, GPRS.

    1. Введение


    Для измерения температуры среды применяются широко известные термоэлектрические датчики, например хромель-алюмелевые термопары, вырабатываемые в них микротоки калибруются с температурой спая, с помощью эталонных терморезисторов. Они позволяют регистрировать мгновенные значения температуры в месте расположения датчика. Однако в метеорологии, в научных исследованиях биологических объектов и сельскохозяйственных культур используются среднесуточные и среднегодовые максимальные и минимальные значения температуры окружающей среды. При всей прикладной значимости такого традиционного подхода к измерению влияния погоды на растительность и ландшафты здесь утрачивается интегральная информация о влиянии непрерывного воздействия температуры на исследуемые объекты.

    1. Температурная доза


    Непрерывное воздействие температуры на объекты обеспечивается введением нового понятия локальной температурной дозы[1]. В точке расположения термодатчика через заранее заданные интервалы времени измеряется текущее значение температуры, которое меняется в зависимости от погоды. Строится график, где по оси ординат y откладываются значения температуры U, а по оси абсцисс x значения интервалов времени, прошедших с момента начала измерения. Пусть измерения выполнены за интервал от момента t1 момента t2. Тогда температурная доза D определяется как площадь между осью x и графиком U(t), и равна следующему интегралу

    D = ∫t1t2U(t)dt. (1)

    Скорость роста растений, скорость таяния льда и грунта и другие физические характеристики объектов зависят непрерывно от текущего значения температуры внешней среды. Эту зависимость можно экспериментально измерять при использовании понятия температурной дозы [2].

    1. Прибор для непрерывного мониторинга


    Дистанционный автоматический мониторинг температуры, влажности грунта, СO2 тепличных хозяйств, существенно бы облегчил уход за посаженными культурами. С этой целью изготовлено устройство для автоматической бесперебойной регистрации температуры, влажности грунта и СО2, которое передает по GPRS каналу на смартфон, компьютер в любую точку земли, где есть интернет.

    Устройства мониторинга, это специальное устройство собственной разработки, предназначенное для мониторинга и слежения за урожаем теплиц, путем беспроводного обмена данными GPRS. Модуль состоит из трех частей:

    1. Электроника;

    2. Питание;

    3. Программное обеспечение С++;

    Модуль также имеет несколько датчиков, для обеспечения несколькими типами данными и мониторинга:

    1. Термопара;

    2. Датчик температуры воздуха (терморезистор);

    3. Датчик газа СО2;

    4. Датчик влажности почвы.

    Само устройство состоит из микроконтроллера Arduino Mega 2560, плата имеет 54 цифровых выхода/выходов, 14 ШИМ (широкоимпульсная модуляция), 16 аналоговых входов и 4 UART порты с кварцевым генератором на 16 Мгц. Микроконтроллер обрабатывает всю информацию, также имеет вспомогательный микроконтроллер GPRS Shield, который обеспечивает беспроводной обмен данными между модулем и телефоном. Частотный диапазон работы 1900 Мгц, телефон в данной работе, является приемником, результаты получаем в виде графика (рис.1.). Технические характеристики GPRS Shield:

    • Диапазон напряжений 4,8-5,2В;

    • В обычном режиме ток достигает 450 мА, максимальный ток в импульсном режиме 2 А;

    • Поддержка 2G;

    • Мощность передачи: 1 Вт 1800 и 1900 МГц, 2 Вт 850 и 900 МГц;

    • Имеются встроенные протоколы TCP и UDP;

    • GPRS multi-slot class 10/8;

    • Рабочая температура от -30С до 75С.

    Блок питания устройства обеспечивает бесперебойность работы. Его основным элементом, является солнечная панель, которая постоянно заряжает аккумулятор с характеристиками 12 вольт 10 ампер (120W). Зарядка аккумулятора управляется контроллером,. обеспечивающим зарядку и своевременную остановку зарядки и от перегрузки устройства.

    Программное обеспечение написано на языке С++ в микроконтроллере Arduino mega 2560, цель программы, это транслирование и отправка данных через GPRS сеть на геоинформационный сервис “Народный мониторинг”.

    Народный мониторинг - геоинформационный сервис по отображению на карте мира и контролю данных от микроконтроллеров.

    Данный прибор позволяет связать полученные экспериментальные данные с теорией температурной дозы[1].
    Библиографический список

    1. [1]Cтепанов В.Е., Наумова К.А. “Теория радиационно-индуцированной температурной дозиметрии для теплообмена неравновесных состояний и ее приложения”, Современные проблемы физики и технологий. V-я Международная молодежная научная школа-конференция, 18-23 апреля 2016 г.: Тезисы докладов. Часть 2. М.: НИЯУ МИФИ, 2016.- 372 с.

    2. [2]Cтепанов В.Е., Наумова К.А. “Теория радиационно-индуцированной температурной дозиметрии и ее применение в теплотехнике” XXIII Международная конференция студентов, аспирантов и молодых ученых по фундаментальным наукам «Ломоносов-2016». Секция «Физика». Сборник тезисов. – М.Физический факультет МГУ, 2016. -264 с.






    Рис.1 Результаты мониторинга

    написать администратору сайта