Návrh a implementace bezdrátového měřicího systému půdní vlhkosti

Lukáš Herudek

Diplomová práce

Design and Implementation of Wireless Soil Moisture Measuring System

Anotace:

Tato práce se zabývá návrhem a realizací bezdrátového systému umožňujícího měření půdní vlhkosti v několika hloubkách současně v rámci jednoho instalačního místa. Navržený půdní senzor využívá kapacitní princip měření, k přenosu dat je využita bezdrátová síť LoRa. Půdní sonda se skládá z hlavní řídicí jednotky a různého počtu senzorů, které je možno umístit do různých hloubek dle potřeby. Tělo sondy tvoří polypropylenová trubka o průměru 50 mm, spodní koncovku tvoří plastový hrot. Horní část je možno uzpůsobit dle potřeby, zejména dle velikosti použitého fotovoltaického panelu a antény. Oba díly byly navrženy a přizpůsobeny pro výrobu pomocí 3D tisku. Naměřená data jsou přes bránu bezdrátové sítě LoRa odesílána protokolem MQTT do centrálního bodu, serveru komunity The Things Network (MQTT broker), který data předává do databáze InfluxDB. Následná vizualizace, zobrazující již zpracovaná, lidsky srozumitelná data, je provedena pomocí nástroje Grafana. Propojení datových uzlů zajišťuje program vytvořený pomocí nástroje Node-RED. Pro zpracování, ukládání a vizualizaci dat je využit mikropočítač RasperryPi verze 3B+. Nad rámec zadání práce byly vytvořeny i další zařízení (pro kalibraci a testování sítě LoRa, kontrolér závlahového systému), pomocné přípravky (půdní vrták, pomocná plošina) nebo i počítačový program pro usnadnění konfigurace řídicích jednotek sond půdní vlhkosti.

Abstract:

This work deals with the design and implementation of a wireless system for measuring soil moisture in different depths simultaneously within a single installation spot. The designed soil sensor uses a capacitive principle. The soil moisture probe consists of a control board and a various number of soil sensors, whose measuring depth can be adjusted according to the current needs. The probe body is made from a polypropylene pipe of a 50 mm diameter. Both pipe ends were designed to be manufactured by 3D printers. The collected data are sent via LoRa wireless network. The LoRa gateway uses MQTT protocol for communication with the central point – the server of The Things Network (MQTT broker) which transfers the data to the InfluxDB database. The visualization of the collected values is done via Grafana. The connection of the data nodes is done by Node-RED. The processing, collection and data visualization is done via RaspberryPi 3B+ single-board computer. In addition to the original scope, other devices were constructed, such as the calibration and LoRa tester device, irrigation controller and soil auger with a supporting platform. Also, a computer program for easier probe configuration was created.

Klíčová slova

Půdní vlhkost, kapacitní senzor, LoRa, The Things Network, MQTT, InfluxDB, Grafana, Node-RED

Keywords

Soil moisture, capacitive sensor, LoRa, The Things Network, MQTT, InfluxDB, Grafana, Node-RED

Jazyk práce: čeština

Datum vytvoření / odevzdání či podání práce: 30. 4. 2021

Obhajoba závěrečné práce

• Obhajoba proběhla 3. 6. 2021
• Vedoucí: Radovan Hájovský
• Oponent: Adam Remeš

VŠB – Technická univerzita Ostrava

Fakulta elektrotechniky a informatiky

Magisterský studijní program:
Řídicí a informační systémy