بخشی از مقاله
چکیده
ک شاورزی یکی از مهمترین نیازهای ان سان در جوامع ب شری ا ست. امروزه با گ سترش جمعیت، ب شر نیازمند به ا ستفاده از روشهایی نوین برای افزایش بهرهوری در صنعت کشاورزی است. درگذشته از روشهای طبیعی و سنتی برای افزایش بهرهوری استفاده میشد اما امروزه با پیشرفتفنّاوری میتوان از روشهایی استفاده کرد که علاوه برافزایش تولید محصولات، سلامت محیطزیست را نیز حفظ کند.
در این مقاله، ابتدا سیستمی برای یک گلخانه پیشنهاد میشود که علاوه بر هو شمند سازی آن، با ا ستفاده از سی ستمعاملی مختص اینترنت ا شیا و همچنین روشهای ارتباطی منا سب، سرعت، امنیت و دقت را در سیستم مدیریت گلخانه افزایش و توان مصرفی را نیز کاهش میدهد. در بخش دیگری از مقاله نیز روشهایی نوین در کشاورزی بر اساس پردازش تصاویر دیجیتال و بینایی ماشین برای سنجش تراکم محصولات کشاورزی در بخشهای مختلف زمین کشاورزی و همچنین تشخیص و حذف علفهای هرز توسط رباتها پیشنهاد میشود.
-1 مقدمه
در آغاز هزاره سوم، در دنیایی جدید و پی شرفته با فراوانی امکانات و گ ستردگی فناوری روبرو ه ستیم که برای زندگی در چنین دنیایی نیاز به مدیریت جدید و همچنین سبک جدیدی از زندگی است. جامعهای ایده آل است که بتواند امنیت، آسایش و زندگی بهتر را برای افراد جامعه فراهم نماید. هوشمند سازی شهر یکی از مهمترین راهکارها برای زندگی بهتر و همچنین آسایش شهروندان جامعه است.
شهر هوشمندٌ در ادبیات مدیریتی، بهعنوان یک کلان سیستم هوشمند شناختهشده ا ست که به صورت هو شمند مدیریت می شود و دارای معیارهای ا صلی زندگی هو شمند ازجمله اقت صاد هو شمند، حمل نقل هوشمند، محیط هوشمند، شهروندان هوشمند، روش زندگی هوشمند، سلامت و مراقبتهای بهداشتی هوشمند و در آخر یک مدیریت اداری هوشمند باشد. شهر هوشمند مکانی ممتاز برای توسعه پایدار اقتصادی و صنعتی است که در آن به مسائلی مانند ترافیک، مصرف انرژی، آلودگی، محیطزیست، تخریب سرزمین، بهروزرسانی و بهینهسازی زیرساختهای شهری و بهبود کیفیت زندگی پرداخته میشود.
طی سالهای اخیر با رشدفنّاوری و معرفی واژگانی همچون اینترنت اشیاء و بسترهای مبتنی بر آن، سعی شده است تا مدیریت شهرها به سیستمهای امن کامپیوتری سپرده شود تا افزایش دقت، کارایی، دسترسی سادهتر و کاهش هزینه حاصل گردد. هدف اینترنت اشیاءٌ که از آن بهعنوان چهارمین انقلاب صنعتی دنیا نیز یاد میشود، توانمندسازی اشیاء برای اتصال در هر زمان و در هر مکانی، با هر چیزی و هر شخصی است که از هر مسیر یا شبکه و خدمتی بهصورت ایده آل استفاده میکند.
در حقیقت باوجود چنین فناوری میتوان به دنیایی اندیشید که در آن از طریق جمعآوری و تحلیل گسترده دادهها، زندگی هوشمندتری را رقم زد. امروزه با پیشرفت فناوری و همچنین افزایش جمعیت شهری شاهد گسترش روزافزون صنعت کشاورزی هستیم. طبق آمار منتشرشده از سوی بخش غذا و کشاورزی سازمان ملل متحد نیاز جهانی برای تولید محصولات کشاورزی در سال 2050 نسبت به سال 2006 با رشدی معادل ٪70 روبرو خواهد بود.[1,2]
بنابراین کشاورزان برای افزایش توانایی خود در تولید محصولات نیازمند به روی آوردن به ک شاورزی هو شمند2 و استفاده از اینترنت اشیاء در مزارع و باغات خود میباشند. در حقیقت کشاورزی هوشمند بر استفاده از اطلاعات و فناوری ارتباطات در چرخه مدیریت مزارع تأکید میکند.[3] همانطور که م شهود ا ست تلاش برای هو شمند سازی صنعت ک شاورزی شامل مزارع هو شمند و گلخانههای هو شمند گامی بلند در جهت هوشمند سازی شهرها است.
مدیریت تولیدات در گلخانهها نیازمند به تصمیمگیری در مقیاسهای زمانی متفاوت است.[4] این تصمیمها بهطور عمده مربوط به شرایط رشد محصولات زراعی، دوره کشت و کنترل محیط درونی است. تنظیم شرایط محیطی داخل گلخانه با استفاده از روشهای غیرفعالَ مانند ذخیرهسازی انبوه، لولههای دفن شده، تهویه طبیعی، دستگاههای سایه، سرمایش تبخیری و گرمایش زمینگرمایی و یا استفاده از ماشینآلات مکانیکی و الکتریکی مانند پمپهای حرارتی و فنها امکانپذیر است.[5]
در این مقاله سیستمی برای مدریت گلخانهها پیشنهادشده است که دارای پاسخی سریع و تناوبی است و از طرفی به علت وجود حجم وسیعی از دادههای ورودی در گلخانهها برای مدیریت و زمانبندی درست فرایندها یک سیستمعامل خاصمنظوره با توان مصرفی کم و امنیت بالا برای مدیریت گلخانهها پیشنهاد میشود.[6] از دیگر ویژگیهای سیستم پیشنهادی استفاده از پروتکل Zigbee برای ارتباط میان اجزای مختلف گلخانه است.[7]
در انتها نیز روشهایی نوین بر اساس پردازش تصاویر دیجیتال و بینایی ماشین مطرح می شود که با بومی سازی آنها میتوان کشاورزی هوشمند و درنتیجه شهری هوشمند داشت. در سیستم پیشنهادی روشی برای تشخیص علف هرز موجود در مزارع و حذف آنها بهصورت خودکار و همچنین استخراج اطلاعات آماری از مزارع در راستای داشتن زمین زراعی با محصولات یکنواخت ارائه میشود.[8]
-2 پیادهسازی سختافزاری
-2,1 حسگرها
در این بخش از مقاله به دنبال آن هستیم که سیستمی برای پیادهسازی گلخانههای هوشمند بهعنوان نمونه آزمایشگاهی پیشنهاد دهیم. برای کنترل شرایط محیطی گلخانه از حسگرهایی مانند SHT11 برای کنترل رطوبت و حرارت محیط، MG812 برای تشخیص گاز کربن دیاکسیدٌ و از حسگر نورٍ برای تنظیم نور محیط استفادهشده است. علاوه بر حسگرهای ذکرشده برای سنجش رطوبت خاک میتوان از حسگر YL69 استفاده کرد. با توجه به عملکرد آن لازم است ابتدا حسگر بهطور دقیق کالیبره شود. رابطه محاسبهشده برای کالیبراسیون سنجش رطوبت در رابطه 1 آمده است.
-2,2 هسته پردازشی
در سی ستم پی شنهادی از ARM Cortex M4 بهعنوان ه سته مرکزی برای پردازش اطلاعات دریافتی از حسگرها استفاده شده است. به علت امکانات مناسب و همچنین توان مصرفی پایین پیشنهاد میشود که از میکرو STM32L476VGT6 ا ستفاده شود. با توجه به تعداد زیاد ح سگرها و حجم بالای دادههایی که به سی ستم مرکزی منتقل میشوند، برای مدیریت و زمانبندی درست فرآیندها پیشنهاد میشود تا از یک سیستمعامل خاصمنظوره استفاده شود.
در این سی ستم ق صد داریم تا از پلتفرم آزاد و متنباز مبتنی بر اینترنت ا شیاء برای پردازندههای Cortex-M به نام mbed ا ستفاده شود که دارای سیستمعاملی بلادرنگَ باقابلیت تأمینفنّاوریهای ارتباطاتی از قبیل - Bluetooth Low Energy, - Thread, 6LoWPAN, Ethernet and WiFi و رمزنگاری دادهها بهصورت End to End برای امنیت بالا در ارتباطات بیسیم است. در این سیستمعامل با استفاده از قابلیت mbed cloud میتوان سیستمی یکپارچه و مرتبط با پایگاه داده بهصورت ابری طراحی کرد.
-2,3 ارتباط بیسیم و پیادهسازی نرمافزاری
برای ارتباط بخش کنترل مرکزی با حسگرها استفاده از پروتکل ارتباط سطح بالا، با امنیت بالا و کممصرف Zigbee پیشنهاد میشود. این پروتکل با استاندارد شماره 802 15 4 برای ارتباط با نرخ ارسال داده پایین است که با کمک آن میتوان بیش از 64000 وسیله را بهطور بیسیم از طریق شبکه به هم وصل نمود. در جدول شماره 1 به مقایسه انواع روشهای ارتباطی بیسیم در برد کوتاه پرداخته شده است. همچنین برای آگاهی از وضعیت گلخانه و کنترل از راه دور نرمافزارهایی برای تلفنهای هوشمند و کامپیوترهای دستک تاپ طراحیشده است که گلخانهدار در صورت نیاز میتواند از طریق اینترنت به سیستم وصل شده و روند اجرای فرایندها را تغییر دهد.
