Αυτοματοποιημένο Σύστημα Ενυδρειοπονίας

Abstract

Τα τελευταία χρόνια, η τεχνολογία έχει γίνει αναπόσπαστο κομμάτι της καθημερινότητας του ανθρώπου. Ευφυή συστήματα έχουν αναπτυχθεί για διάφορες δραστηριότητες από τις οποίες δεν θα μπορούσε να λείπει ο πρωτογενής τομέας της καλλιέργειας. Έχει γίνει πληθώρα μελετών και κατασκευών, τόσο για την παρακολούθηση, όσο και για την αυτοματοποίηση των γεωργικών διαδικασιών που αποσκοπούν στην οικολογική, χωρίς περιττές σπατάλες νερού, καλλιέργεια φυτών. Όλες αυτές οι μελέτες και κατασκευές έχουν σαν κοινό γνώμονα την φιλοσοφία του Διαδικτύου των Πραγμάτων (Internet of Things, IoT), με γενική ιδέα τον αυτοματισμό σε όλα τα πιθανά πεδία και εφαρμογές. Σκοπός της παρούσας εργασίας είναι η υλοποίηση ενός αυτοματοποιημένου συστήματος ενυδρειοπονίας με την χρήση αισθητήρων και του IoT και η απεικόνιση των δεδομένων σε μία εφαρμογή Android. Στόχος του συστήματος είναι η καταγραφή των περιβαλλοντολογικών συνθηκών και η αυτόματη δράση των μηχανισμών. Για την βέλτιστη λειτουργία του συστήματος, προτείνετε μια κάθετη ενυδρειοπονική εγκατάσταση για εξοικονόμηση χώρου, με μία αντλία που κυκλοφορεί το νερό από τις δεξαμενές με τα ψάρια και ηλεκτρονικές βάνες που το διοχετεύουν στα φυτά. Τέλος, το νερό επιστρέφει φιλτραρισμένο πίσω στις δεξαμενές με αποτέλεσμα την εξοικονόμηση υδάτινων πόρων, την βιολογική παραγωγή λαχανικών και την αρμονική συμβίωση φυτών και ψαριών. Χρησιμοποιήθηκαν ανακυκλώσιμα υλικά για το στήσιμο της κατασκευής και εγκαταστάθηκαν οι αισθητήρες για την συγκομιδή των ζητούμενων μετρήσεων. Τοποθετήθηκαν τρεις αισθητήρες υγρασίας εδάφους, ένας αισθητήρας θερμοκρασίας και υγρασίας περιβάλλοντος DHT11 και ένας αδιάβροχος αισθητήρας θερμοκρασίας νερού DS18B20. Οι αισθητήρες επικοινωνούν με έναν μικροελεγκτή WeMos D1R2 ο οποίος έχει προγραμματιστεί σε γλώσσα Sketch, έτσι ώστε να ελέγχει όλους τους αυτοματισμούς του συστήματος. Τα δεδομένα από τις μετρήσεις των αισθητήρων αποστέλλονται μέσω του ESP8266 στην βάση δεδομένων στο Firebase, και τέλος, απεικονίζονται στην οθόνη του κινητού μέσω μιας εφαρμογής Android, προγραμματισμένη σε γλώσσα Java, για ανάγνωση από τον χρήστη. Στο τελευταίο κεφάλαιο παρουσιάζονται τα συμπεράσματα της έρευνας και της κατασκευής. Το αυτοματοποιημένο σύστημα ενυδρειοπονίας που αναπτύχθηκε, αφορά τον αυτοματισμό στον τομέα της καλλιέργειας, αλλά και την επιτυχημένη ανάπτυξη των φυτών χωρίς την ανθρώπινη παρέμβαση, σπατάλη υδάτινων πόρων και χρήση χημικών ουσιών, και οδηγεί στο συμπέρασμα ότι στο μέλλον παρόμοιες τεχνικές θα παίξουν κυρίαρχο ρόλο στον τομέα της καλλιέργειας.

In recent years, technology has become an integral part of everyday life. Intelligent systems have been developed for various activities with the field of agriculture being one of them. Numerous studies and constructions have been carried out, both for monitoring and for automation of the agricultural processes that aim at the ecological, without unnecessary waste of water, cultivation of plants. All of these studies and constructions are based on the philosophy of the Internet of Things (IoT), with the general idea of automation in all possible fields and applications. The purpose of this paper is to implement an automated hydration system using sensors and the IoT and to display data in an Android application. The aim of the system is to record the environmental conditions and do all the necessary actions automatically. For optimal system operation, a vertical aquaponic facility is recommended to save space, with a pump that circulates water from the fish tanks and electronic valves that channel it to the plants. Finally, the water returns filtered back to the tanks resulting in water savings, organic vegetable production and harmonious coexistence of plants and fish. Recyclable materials were used to set up the construction and sensors were installed to collect the required measurements. Three soil moisture sensors, a DHT11 ambient temperature and humidity sensor and a DS18B20 waterproof water temperature sensor were installed. The sensors communicate with a WeMos D1R2 microcontroller which is programmed in Sketch language, to control all system automations. The data from the sensor measurements is sent via ESP8266 to Firebase database, and finally, displayed on the mobile screen via an Android application, programmed in Java, for reviewing by the user. The last chapter presents the conclusions of the research and construction. The automated aquaponics system that was developed, led to the automation in the field of cultivation, but also the successful development of plants without human intervention, waste of water resources and use of chemicals, and leads to the conclusion that in the future similar techniques will play a dominant role in the field of agriculture.