Алгоритм разработки программного обеспечения беспроводной системы мониторинга температуры сельскохозяйственных объектов

При проектировании цифровых систем наиболее сложным и не поддающимся автоматизации является процесс разработки программного обеспечения, который занимает 85…95% от общей трудоемкости. В статье рассматривается пример разработки программного обеспечения для реализации бюджетной беспроводной системы мониторинга температуры объектов АПК с использованием нелицензируемых ISM-диапазонов радиочастот. Используемый алгоритм восходящего программирования позволяет снизить порог входа по приобретению знаний в области структурного программирования. Приведены примеры простого тестирования программных модулей с использованием интегрированной среды разработки IDEArduino. Созданы экспериментальные образцы передающей и принимающей подсистем, необходимые для разработки, отладки и исследования программного обеспечения. Аппаратное обеспечение реализовано на базе платформы Arduino, приемопередатчиков (трансиверов) NRF24L01+PA+LNA и цифровых датчиков температуры DS18B20. Радиус обмена данными между передающей и принимающей подсистемами в условиях прямой видимости при максимальной мощности передатчика и скорости передачи данных 250 Кбит/с составил 800…900 м. При передаче 8 байт полезных данных, то есть текущей температуры двух датчиков с интервалом в 1 с, средний потребляемый передающей подсистемой ток составил 22 мА.

1. Adli H.K., Remli M.A., Wan Salihin Wong K.N.S., Ismail N.A., González-Briones A., Corchado J.M., Mohamad M.S. Recent Advancements and Challenges of AIoT Application in Smart Agriculture: A Review. Sensors. 2023;23(7). https://doi.org/10.3390/s23073752

2. Водянников В.Т., Эдер А.В. Цифровизация АПК: оценка и перспективы внедрения в аграрном секторе экономики страны // Агроинженерия. 2024. Т. 26, № 2. С. 49-56. https://doi.org/10.26897/2687-1149-2024-2-49-56

3. Хоар Ч.А.Р. Программирование как инженерная профессия // Микропроцессорные средства и системы. 1984. № 4. C. 53-60. Микропроцессорные средства и системы, 1984, № 04.djvu

4. Ершов А.П. Программирование – вторая грамотность // Проблемы информатики. 2015. № 4 (29). С. 71-85. EDN: EDN: VSQHJN

5. Блохина С.Ю., Блохин Ю.И. Интеллектуальное земледелие на основе Интернета вещей // Земледелие. 2020. № 7. С. 7-15. EDN: FPNLYB

6. Holtorf L., Titov I., Daschner F., Gerken M. UAV-Based Wireless Data Collection from Underground Sensor Nodes for Precision Agriculture. AgriEngineering. 2023;5(1):338-354. https://doi.org/10.3390/agriengineering5010022

7. Многоканальный микроконтроллерный измерительный преобразователь для зондов систем мониторинга влажности почвы емкостными датчиками: Патент RU2818484 C1, МПК G01R27/26(2006.01) / А .В. Вострухин, М.А. Мастепаненко, И.Н. Воротников, Е.А. Вахтина; заявл. 18.12.2023; опубл. 02.05.2024, Бюл. № 13. EDN: RVENHO

8. Vostrukhin A., Mastepanenko M., Vorotnikov I., Vakhtina E. Multichannel measuring converter for monitoring soil moisture with capacitive sensors. Innovations in Sustainable Agricultural Systems. 2024;2:12-20. https://doi.org/10.1007/978-3-031-72556-2_2

9. Вечерков В.В., Абдураимов С.Р., Дунаева Е.А. Разработка комплексной агрометеостанции, основанной на микроконтроллере Arduino // Известия сельскохозяйственной науки Тавриды. 2023. № 33 (196). С. 105-114. EDN: NVOBPM

10. Катаев Ю.В., Костомахин М.Н., Пестряков Е.В., Петрищев Н.А., Саяпин А.С. Дистанционный контроль частоты вращения коленчатого вала двигателя трактора с использованием алгоритма машинного обучения // Агроинженерия. 2023. Т. 25, № 5. С. 34-39. https://doi.org/10.26897/2687-1149-2023-5-34-39

11. Родионов И.А., Елохин А.П., Рахматулин А.Б., Улин С.Е., Маджидов А.И., Шустов А.Е. Особенности передачи информации по радиоканалу в режиме реального времени при использовании беспилотного дозиметрического комплекса // Глобальная ядерная безопасность. 2023. № 1 (46). С. 5-13 https://doi.org/10.26583/gns-2023-01-01

12. Vostrukhin A., Vakhtina E., Bondar S., Tomashik L. Microcontroller metering converter of capacitance with voltage-controlled RC generator. Engineering for Rural Development. 2018;17:877-882. https://doi.org/10.22616/ERDev2018.17.N055

13. Vostrukhin A., Vakhtina E. Temperature sensor resistance conversion to binary code using pulse width modulation. Engineering for Rural Development. 2019;18:1269-1274. https://doi.org/10.22616/ERDev2019.18.N037

14. Вострухин А.В., Мастепаненко М.А., Вахтина Е.А. Энергосберегающий асинхронный интерфейс для беспроводных датчиков // Вестник Томского государственного университета. Управление, вычислительная техника и информатика. 2023. № 63. С. 92-102. EDN: MCGNMX