Программное обеспечение для автоматизированной системы управления фермой

The software for an automated control system for a farm

Grigory Volkov

student of the magistracy, Mari State University, Russian Federation, Yoshkar-Ola

Ksenia Nazarova

student of the magistracy, physics and mathematics faculty, Mari State University, Russian Federation, Yoshkar-Ola

Vladimir Izikov

doctor of Technical Sciences, Professor, Volga State Technical University, Russian Federation, Yoshkar-Ola

Аннотация. В данной статье рассматривается разработка программного обеспечения автоматизированной системы управления фермой. Данное ПО используется для объединения всех модулей в единую автоматизированную систему. Также оно предназначено для контроля фермой, что в свою очередь уменьшает воздействие человека на процесс работы. Управляющие устройства предприятия выполнены на платах Arduino. Автоматизация животноводческих ферм остается актуальной проблемой на сегодняшний день, так как основные программой продукты представлены зарубежными фирмами и имеет немалую стоимость. Поэтому необходимо изготовить отечественный аналог, который будет иметь приемлемую стоимость не только для крупных, но и для малых ферм.

Abstract. In this article, software engineering of an automated control system for a farm is considered. Given ON it is used for combination of all modules in the uniform automated system. In addition, it is intended for monitoring by a farm that in turn reduces impact of the person on work process. Actuation devices of the enterprise are executed on Arduino plateaus. Automation of livestock farms remains a current problem today as the main the program products are presented by foreign firms and has considerable cost. Therefore, it is necessary to make a domestic analog, which will have acceptable cost not only for large-scale farms, but also for small.

Ключевые слова: автоматизированная система управления; модульность; микроконтроллер Arduino; сортировочные ворота; мони­торинг веса; температура тела животного; учет численности; радиометка; индивидуальная подкормка; измерение объема надоя; определение жирности молока; контроль температуры и влажности помещения.

Keywords: automated management system; modularity; Arduino microcontroller; sorting gate; weight monitoring; body temperature of an animal; accounting of number; radio tag; individual top dressing; measurement of volume of milk yield; determination of fat content of milk; monitoring of temperature and humidity of the room.

В основе проекта автоматизированной системы управления животноводческой фермы лежит принцип модульности. Суть этого принципа заключается в том, что каждый модуль разрабатывается, калибруется и в дальнейшем, может быть модернизирован без нарушения работоспособности системы в целом. Управляющие устройства систем выполнены на микроконтроллерных платах Arduino. Данные платы имеют небольшую цену и широко распространены на рынке. Также Arduino имеет встроенный язык программирования микроконтроллера и интегрированную среду разработки, представляемою бесплатно, что дает широкие возможности разработки и гибкость программной составляющей. Под эти микроконтроллеры написано большое количество программных библиотек для работы с открытыми компонентами. Автоматизированная система управления фермой состоит из следующих функциональных блоков:

·      система сортировочных ворот [1];

·      система мониторинга веса каждого отдельного животного, совмещая с системой сортировочных ворот [1];

·      система мониторинга температуры тела животных [2];

·      система учета численности вошедших и вышедших на ферму животных про помощи радиометок;

·      система индивидуальной подкормки микроэлементами и витаминами [3];

·      система измерения индивидуального объема надоенного молока у каждой особи [4];

·      система погашения пены молока ультразвуком во время доения [4];

·      система индивидуального определения жирности молока у каждой особи в процессе доения [4];

·      система круглосуточного контроля температуры и влажности помещения фермы, совмещая с системой вентиляции;

·      система управления базами данных.

Рассмотрим подробно базу данных, представленную на рисунке 1.

Рисунок 1. ER-диаграмма базы данных

Таблица, в которой хранится информация о животном, состоит из уникального идентификатора, который однозначно определяет одну строку таблицы под одну особь. Также к этому идентификатору привязан идентификатор радиометки, так как ушную бирку можно снять и переместить на другое животное. В будущем можно добавлять еще поля для увеличения информативности таблицы.

Следующая таблица отвечает за хранение надоя. В этой таблице к идентификатору животного приписывается количество молока, полученного с каждого надоя, и жирность. Данные заполняются при каждом доении. Это необходимо, для сбора статистических данных, на основании которых можно делать выводы.

Таблица информации о весе имеет привязку по идентификатору к особи. В эту таблицу записывается информация о каждом взвешивании для того, чтобы можно было отследить вес животного. Таблица под­кормки содержит информацию о том, какие микроэлементы и витамины были даны и в какой период. Информация о прививках хранит данные, какие прививки, когда и кому были сделаны. На основе этих трех таблиц можно отследить были какие-либо изменения при смене подкормки, при проведении профилактических мероприятий.

Таблица информации о подкормке хранит уникальный иденти­фикатор, наименование подкормки и ее состав. Таблица о прививках содержит данные о идентификаторе прививки, ее наименование, срок, в который она должна быть сделана, и период, на который она рассчитана. Эти таблицы необходимы для того, чтобы можно было получить полные данные, какие прививки и какие подкормки влияют на животных благоприятно, а какие - нет.

Таким образом, мы получаем не сложную базу данных, которая имеет все необходимые на начальном этапе данные. С ее помощью можно наглядно представить деятельность фермы за любой период. На основе данных можно автоматизировать работу таких систем, как сортировочные ворота, подкормка, проведение профилактик и т. д. Данные система должна давать увеличение производительности труда, возможная экономия на заработной плате за счет уменьшения количества работников, уменьшение отрицательного влияния человеческого фактора в деятельности предприятия, так можно будет восстановить, какие действия производились с особью.