SmartGrow
Inteligentny system IoT do monitorowania i zarządzania warunkami środowiskowymi w szklarni
Cele biznesowe: • Zwiększenie efektywności upraw poprzez automatyczne sterowanie warunkami środowiskowymi (temperatura, wilgotność, oświetlenie). • Redukcja kosztów operacyjnych dzięki optymalnemu wykorzystaniu wody i energii. • Zapewnienie ciągłego, zdalnego dostępu do danych o stanie szklarni w czasie rzeczywistym. • Stworzenie skalowalnej platformy IoT, możliwej do dalszego rozwoju i integracji. Zadania: • Zaprojektowanie i implementacja oprogramowania mikrokontrolera ESP32 obsługującego czujniki środowiskowe i urządzenia wykonawcze. • Stworzenie backendu w technologii FastAPI z bazą danych PostgreSQL i integracją protokołu MQTT. • Implementacja modułów AI/ML wspierających automatyczne decyzje sterujące. • Opracowanie aplikacji mobilnej w Kotlin (Jetpack Compose) umożliwiającej zdalny podgląd i sterowanie systemem. • Zaprojektowanie i wykonanie obudowy urządzenia w technologii druku 3D. Rezultaty: • Działający, kompletny system IoT składający się z urządzenia pomiarowego, backendu i aplikacji mobilnej. • Pełna komunikacja pomiędzy urządzeniem, a serwerem z wykorzystaniem MQTT i TLS. • Automatyczne sterowanie parametrami środowiskowymi na podstawie danych. • Możliwość zdalnej obsługi i wizualizacji danych w aplikacji mobilnej. Metryki i weryfikacja (KPI): • Dokładność pomiarów czujników: ±2% dla wilgotności, ±0,5°C dla temperatury. • Średni czas odpowiedzi systemu < 1 sekundy. • 99% bezawaryjnego działania w ciągu 7-dniowych testów ciągłych. • 100% zgodności przesyłanych danych z bazą (brak utraty pakietów MQTT).
Kontekst: Branża rolnictwa precyzyjnego i automatyki szklarniowej rozwija się dynamicznie, jednak wiele małych i średnich gospodarstw nadal korzysta z przestarzałych, manualnych metod kontrolowania warunków upraw. Brakuje im zintegrowanych, przystępnych cenowo rozwiązań IoT, które umożliwiałyby automatyczne monitorowanie i sterowanie parametrami środowiskowymi, takimi jak temperatura, wilgotność, oświetlenie czy poziom wody. Problemy użytkowników: Obecnie osoby zajmujące się uprawą w szklarni muszą ręcznie kontrolować warunki upraw, co jest czasochłonne, nieefektywne i podatne na błędy ludzkie. Wahania temperatury lub wilgotności często nie są wykrywane na czas, co może prowadzić do strat w plonach. Dodatkowo, brak automatyzacji utrudnia optymalne wykorzystanie zasobów – wody i energii. Ograniczenia istniejących rozwiązań: Dostępne na rynku systemy są często drogie, zamknięte technologicznie lub wymagają specjalistycznej konfiguracji. Brakuje elastycznych, modułowych rozwiązań, które użytkownik mógłby samodzielnie skalować i integrować z własnym wyposażeniem. Ponadto wiele systemów nie zapewnia wygodnego zdalnego dostępu. Przykłady problemów: • Brak automatyzacji procesów nawadniania i wentylacji. • Uciążliwa obsługa ręczna i wysokie ryzyko błędów w sterowaniu parametrami.
Końcowe produkty: • Aplikacja mobilna SmartGrow (Android) do zdalnego monitorowania i sterowania systemem. • Urządzenie IoT oparte na mikrokontrolerze ESP32 z zestawem czujników środowiskowych. • Backend (API) oparty na FastAPI z bazą PostgreSQL i modułami AI/ML. Narzędzia wspierające: • Skrypty testowe do weryfikacji komunikacji MQTT i działania sensorów. • Panel administracyjny do wizualizacji danych pomiarowych. • Repozytorium Docker z konteneryzacją wszystkich usług (backend, baza danych, broker MQTT). Charakterystyka: System SmartGrow umożliwia inteligentne zarządzanie środowiskiem uprawowym w szklarni. Dzięki zintegrowaniu warstw sprzętowej (IoT), serwerowej (backend z AI/ML) i mobilnej (aplikacja użytkownika) zapewnia pełną automatyzację i zdalną kontrolę procesów. Docelowe środowisko wdrożeniowe to lokalne urządzenie łączące się z backend w chmura z dostępem przez szyfrowane połączenia TLS, zapewniająca bezpieczeństwo i wysoką dostępność systemu.
Użytkownicy końcowi: Właściciele szklarni i producenci roślin — zyskują narzędzie, które automatyzuje monitorowanie i kontrolę warunków uprawowych. Zwiększa to wydajność produkcji, redukuje koszty eksploatacji i pozwala reagować na zmiany środowiskowe w czasie rzeczywistym. Zespoły wewnętrzne: nie dotyczy Organizacje zewnętrzne: nie dotyczy Społeczności: Projekt przyczynia się do rozwoju zrównoważonego rolnictwa, ograniczając zużycie wody i energii. Może stanowić inspirację dla lokalnych inicjatyw ekologicznych i innowacyjnych rozwiązań agrotechnicznych.
