Разработка системы автоматического полива комнатных растений

Ручной полив комнатных растений часто держится на привычке и приблизительных оценках: почва может казаться «сухой», но фактическое состояние влаги внутри горшка запаздывает относительно наблюдений. В результате даже при добрых намерениях растения периодически пересыхают или оказываются в переувлажнённой среде, что отражается на их росте и здоровье. При этом бытовые устройства с фиксированным расписанием не умеют подстраиваться под скорость высыхания и конкретные условия помещения. Сейчас эта проблема особенно заметна, когда уход распределяется между несколькими людьми и требуется удалённый контроль без постоянного присутствия владельца.

Цель проекта – создать систему автоматического полива комнатных растений, в которой решение о включении полива опирается на измеряемую влажность почвы и на модель её изменения во времени. Для достижения цели нужно сформировать функциональную модель контура «датчики → микроконтроллер → исполнительные узлы → приложение», задать требования к данным измерений и управлению. Далее требуется исследовать, как электрические параметры почвы связаны с процессом высыхания, и получить математическую зависимость «состояние почвы – время». После этого следует разработать правила управления (от порогов до сценариев с прогнозом), проверить их риски пересушивания/переувлажнения и спроектировать клиентское приложение на Unity для настройки параметров и отображения показаний в реальном времени.

Объект исследования – процесс изменения влажности почвы в горшке после полива в условиях бытового выращивания растений. Предмет исследования охватывает связь электрических параметров почвы с её состоянием, а также использование этой зависимости для формирования управляющих воздействий (порогов, интервалов и сценариев полива) в системе автоматизации.

Теоретическая основа строится на обзоре подходов к поливу (таймерный, датчиковый и IoT-ориентированный) и на анализе принципов работы датчиков влажности почвы, чтобы обосновать выбор измеряемого электрического сигнала. Для построения модели высыхания применяется математическое описание процесса и подбирается вид зависимости, согласованный с экспериментальными данными. Экспериментальная часть опирается на постановку измерений электрического сопротивления/сигнала датчика в процессе высыхания образцов и на обработку данных методами минимизации функционала наименьших квадратов. На этой модели затем формируются алгоритмы управления и сравниваются сценарии работы системы: ручной, автоматический по датчикам и комбинированный с использованием прогноза изменения состояния почвы.

В первой части проект связывает бытовую потребность в стабильном уходе с технической логикой автоматизации: рассматривается, почему роль полива как фактора здоровья растений требует адаптации к фактической влажности, а не к расписанию. На этом фоне формируется схема системы, где измерения влажности почвы поступают в микроконтроллер, а управление насосом или клапаном зависит от параметров поливных сценариев, заданных пользователем через приложение.

Дальнейшая линия проекта сосредоточена на измерительной и модельной стороне. Анализируются электрические принципы датчиков влажности (резистивные и др.), а затем предлагается математическое описание процесса высыхания через зависимость электрического параметра от времени. Практически эта зависимость подтверждается экспериментально: получают эмпирические ряды «сопротивление/сигнал – время» и подбирают коэффициенты модели с помощью минимизации наименьших квадратов, чтобы обеспечить достаточную точность для последующего управления.

После получения модели проект переходит к управлению и интерфейсу. Разрабатываются правила полива – от пороговых срабатываний до сценариев, использующих прогноз изменения состояния почвы по построенной зависимости – и оцениваются риски пересушивания и переувлажнения при разных режимах. Завершает работу проектирование сетевого клиентского приложения на Unity: в нём реализуются визуализация растений и датчиков, настройка параметров полива и обмен данными с микроконтроллером для удалённого доступа и многопользовательских сценариев.