GARD-EN – koniec problemów z podlewaniem roślin!

Ten inteligentny domowy ogród sam mierzy wilgotność gleby, kontroluje nasłonecznienie, a w razie potrzeby… włącza pompę i podlewa kwiaty. Nawet wtedy, gdy właściciel jest tysiące kilometrów od domu! Pomysłowi studenci stworzyli wynalazek zgodnie z ideą DIY (do-it-yourself), żeby ... stale nie zapominać o podlewaniu własnych kwiatów. Inżynierska wprawka, opracowana w kole naukowym, to dla nich wstęp do naukowej i technologicznej kariery zawodowej.

 

 

“GARD-EN czyli Grupa Autonomicznych Roślin Doniczkowych - Elementarna Nakładka” to pomysł Anny Kraśnieńskiej, studentki (obecnie już absolwentki) fizyki technicznej na Politechnice Krakowskiej i Mateusza Górnisiewicza, absolwenta studiów inżynierskich na  PK (obecnie studenta Politechniki Śląskiej). W ramach prac w Kole Naukowym Fizyków "KWARK" stworzyli autonomiczny ogród domowy, sprawdzający stan roślin przy pomocy indywidualnych czujników zamontowanych na osłonkach i sterowany za pomocą jednego kontrolera. System do zarządzania roślinnością w domu pozwala na monitorowanie na żywo stanu roślin. Parametry np. i natężenie światła czy wilgotność gleby można sprawdzać w stworzonej przez młodych wynalazców, specjalnie zaprogramowanej do tego aplikacji dostępnej z poziomu przeglądarki internetowej, a następnie – na podstawie takiego monitoringu –  podlać kwiatka, dzięki podłączonemu do niego zbiornikowi z wodą i pompy  Do jednego centrum sterowania można podłączyć wiele pojedynczych podstawek z kwiatkami i zarządzać nimi po podłączeniu się do sieci, w której znajduje się urządzenie. A na koniec za pomocą jednego przycisku na serwerze da się podlać wybraną doniczkę.

 

Na system składają się dwa rodzaje urządzeń. Jednostka nadrzędna jest "mózgiem" całego systemu, tzn. zajmuje się przyjmowaniem poleceń od aplikacji oraz przekazywaniem własnych poleceń do właściwych doniczek i pompy wody. Jednostki podrzędne, czyli doniczki, są wyposażone w czujniki natężenia światła oraz wilgotności gleby. Ich głównym zadaniem jest pomiar parametrów i przesłanie wyników do jednostki sterującej – mówi mgr inż. Anna Kraśnieńska, współautorka rozwiązania z Politechniki Krakowskiej.

 

 

Kwiaty pod kontrolą online

 

 

Prace nad systemem studenci zaczęli  od prostej doniczki z czujnikami wilgotności gleby i natężenia światła, sterowanej przez Arduino Uno, łatwo dostępne narzędzie do tworzenia systemów wbudowanych. Konstruktorzy eksperymentalnie ustalili parametry, które później przenieśli do systemu jako poziomy odpowiedniego nawodnienia i nasłonecznienia wyrażone w procentach. – Pomiar natężenia światła odbywa się przy pomocy fotorezystora, który podaje wartość napięcia w przedziale od 0 do 5 V w zależności od intensywności padającego na niego światła. Z kolei czujnik wilgotności mierzy poziom rezystywności materiału, w którym jest ulokowany. Podobnie jak czujnik natężenia światła, zwraca wartość w postaci napięcia w przedziale od 0 do 5 V – tłumaczy Anna Kraśnieńska.

 

 

Pomiary z tych czujników były reprezentowane za pomocą diod zamontowanych w układzie. Potem studenci stworzyli możliwość obsługi kilku doniczek jednocześnie, korzystając z różnych czujników, w tym precyzyjnych, odpornych na korozję sond wilgotności oraz własnoręcznie zrobionych czujników światła na bazie diod LED. W rozwiązaniu pojawił się też graficzny interfejs stworzony w Pythonie, ułatwiający kontrolę nad systemem z poziomu laptopa.

 

 

– W aktualnym etapie zastosowanie mikrokontrolera ESP32 umożliwiło komunikację doniczek przez Wi-Fi, a także integrację z serwerem WWW – mówi Anna Kraśnieńska. Dzięki temu użytkownik może sprawdzać odczyty i sterować systemem z dowolnego urządzenia w tej samej sieci. Każda doniczka wyposażona jest w czujniki, które co godzinę (lub na żądanie) przesyłają dane do bazy. Na koniec studenci dodali do swojego rozwiązania funkcję podlewania kwiatków – woda ze zbiornika trafia do wybranej doniczki dzięki pompie sterowanej przez jednostkę centralną. Wszystkie funkcje działają równolegle dzięki wbudowanemu do mikrokontolerów systemowi czasu rzeczywistego (z ang. Real Time Operating System - RTOS), zaprogramowanemu w języku C.

 

 

– W praktyce wygląda to następująco: Wciśnięcie przycisku "pomiar" lub "podlej" w aplikacji powoduje wysłanie zapytania HTTP do jednostki sterującej. Zapytanie jest analizowane i w zależności od rodzaju zapytania wykonywana jest akcja. "Podlej" uruchamia pompę wody na określony czas, aby wlać określoną ilość wody do roślin. "Pomiar" korzysta z protokołu ESP-NOW i wysyła żądanie do wszystkich doniczek w sieci, aby zebrały wartości z czujników i zwróciły je do jednostki sterującej. Po zwróceniu, wartości przesyłane są za pomocą zapytania HTTP do aplikacji – tłumaczy inż. Mateusz Górnisiewicz.

 

 

Efekt studenckiej pomysłowości? Inteligentny, modularny zestaw roślin doniczkowych, które – połączone w system – można monitorować, oceniać warunki rozwoju, komunikować się z nimi bezprzewodowo i podlewać rośliny. Taki domowy ogród, który myśli za nas.

 

 

Pamięć niezawodna? Ta zawarta w technologii

 

Rynek zna już systemy tego typu stosowane w ogrodach, zarówno przydomowych jak i tych prowadzonych na skalę przemysłową. Wynalazcy przyznają, że nie analizowali rynku pod kątem dostępności rozwiązań stanowiących de facto zbiór urządzeń (doniczek) skorelowanych ze sobą przez sieć WiFi, ale też nie było ich celem, aby dokonywać przełomu. – Nasz system zrodził się ze znanej wielu z nas potrzeby, że dobrze by było przestać zapominać o podlewaniu roślinek... – przyznaje Anna Kraśnieńska. Interfejs to rozwiązuje dzięki mechanizmowi powiadomień wysyłanych do aplikacji o tym, że któraś roślina (lub wszystkie) wymagają jakiegoś działania. – Jeśli mamy naładowany telefon i dostęp do Internetu, dzięki “GARD-EN” możemy podlewać swoje rośliny z dowolnego miejsca na świecie - mówi młoda inżynierka.

 

 

Oprócz prostoty obsługi inną zalet opracowanego przez Annę i Mateusza systemu “GARD-EN” jest jego uniwersalność. Można go zastosować do dowolnego typu roślin doniczkowych. – W najgorszym przypadku trzeba ręcznie dobrać parametry dotyczące poziomu wilgotności gleby oraz natężenia światła – mówi Mateusz Górnisiewicz.

 

 

Studencki projekt został zrealizowany w ramach Koła Naukowego Fizyków “KWARK”, działającego przy Katedrze Fizyki na Wydziale Inżynierii Materiałowej i Fizyki Politechniki Krakowskiej (opiekunem jest dr inż. Paweł Karbowniczek). To inżynierska wprawka do świata Internet of Things (IoT), z którym absolwenci uczelni technicznej będą mieli do czynienia w prawdziwej pracy zawodowej.

 

 

– Chcieliśmy wypróbować swoje pomysły niskobudżetowo, przy wykorzystaniu tanich i prostych narzędzi, po które można sięgnąć w otwartym dostępie. Doniczki miały być bezprzewodowe, zasilane z wbudowanych akumulatorów, zawory z wodą do każdej zostały doprowadzone osobno, aby ułatwić podlewanie – mówi Anna Kraśnieńska, obecnie już absolwentka PK. – Nasz pomysł można rozwijać – produkować doniczki do systemów wykorzystując druk 3D, miniaturyzować czujniki oraz podstawki, aby były bardziej przyjazne do użytkowania. Do sterowania całym projektem można stworzyć aplikację na telefon z bazą roślin wraz z danymi o ich potrzebach nasłonecznienia i wilgotności – podpowiada.

 

 

Wyzwanie mogą podjąć następcy wynalazców z Koła KWARK. Jego celem jest propagowanie wiedzy z zakresu fizyki i nauk technicznych, zachęcanie do podjęcia własnych poszukiwań w działalności naukowej. Często owocuje to naukową drogą zawodową – wielu z byłych członków Koła to  doktoranci Szkoły Doktorskiej PK i pracownicy Wydziału Inżynierii Materiałowej i Fizyki PK czy Instytutu Fizyki Jądrowej Polskiej Akademii Nauk w Krakowie. Taką drogę chce podjąć Anna Kraśnieńska – planuje w przyszłości pracę naukową,  związaną z fizyką jądra atomowego. Mateusz Górnisiewicz pracuje już w branży IT i chce nadal rozwijać swoje kompetencje w elektronice cyfrowej i systemach wbudowanych.

« powrót