مشروع المزرعة الذكية

مشروع المزرعة الذكية

مقدمة:

شرح المشروع وما هي فوائده.

يتمثل المشروع في تغذية مزرعة باستخدام الطاقة الشمسية وتحسين عامل الاستطاعة والتحكم بها عن طريق الانترنت. يهدف هذا المشروع إلى توفير طاقة نظيفة ومستدامة لتشغيل المزارع وتحسين كفاءة الإنتاج وتخفيض التكاليف والتلوث البيئي.

تستخدم المزارع كميات كبيرة من الطاقة الكهربائية لتشغيل أجهزة الري والإضاءة والتهوية والتدفئة وغيرها من المعدات الزراعية. ومع ذلك، يتطلب استخدام الطاقة الكهربائية توليد الطاقة باستخدام مصادر غير متجددة وتسبب انبعاثات ضارة بالبيئة.

باستخدام الطاقة الشمسية كمصدر لتشغيل المزارع، يتم الحصول على طاقة نظيفة ومجانية من الشمس. وبما أن الطاقة الشمسية هي مصدر طاقة متجدد، فإن استخدامها لتغذية المزارع يجعل العملية مستدامة بشكل كبير.

علاوة على ذلك، يساعد استخدام الطاقة الشمسية في تحسين كفاءة الإنتاج وخفض التكاليف. يمكن توفير المزيد من الطاقة وتقليل تكاليف التشغيل والصيانة. كما يمكن تحسين الكفاءة الطاقوية للمزرعة بشكل عام.

أخيراً، يوفر المشروع فوائد بيئية كبيرة. إذ أنه يساهم في تخفيض انبعاثات الكربون والتلوث البيئي، مما يعود بالفائدة على البيئة والمجتمع بشكل عام.

أهداف المشروع.

يهدف مشروعنا الى تطوير نظام تغذية مزرعة يعتمد على الطاقة الشمسية ويتيح التحكم به عن بعد عبر الإنترنت. وتهدف أهداف المشروع إلى:

1- تحسين كفاءة استخدام الطاقة وتقليل استهلاك الوقود الأحفوري في المزرعة.

2- توفير نظام تغذية مزرعة مستدام وصديق للبيئة يحسن جودة الهواء ويقلل التلوث البيئي.

3- توفير نظام يساعد على تحسين إنتاجية المزرعة وتقليل التكاليف والصيانة.

4- توفير نظام يتيح التحكم في عوامل الإضاءة والتهوية والري والتدفئة وغيرها من المعدات الزراعية بشكل فعال ومريح عن بعد عبر الإنترنت.

5- تعزيز الوعي بأهمية استخدام الطاقة الشمسية في التنمية المستدامة وتشجيع استخدامها في الزراعة.

سيرفر MQTT:

MQTT هو اختصار لـ “Message Queuing Telemetry Transport”، وهو بروتوكول اتصال خفيف الوزن يستخدم على نطاق واسع في تطبيقات الإنترنت الأشياء (IoT). يتم استخدام MQTT لتبادل الرسائل بين الأجهزة المختلفة عبر شبكة TCP/IP.

تعتمد فكرة MQTT على نموذج النشر/الاشتراك (Publish/Subscribe)، حيث تتكون الشبكة من وحدات مستخدمة تسمى “الناشرين” (Publishers) و”المشتركين” (Subscribers) و”الوسيط” (Broker). يقوم الناشر بنشر رسائل على مواضيع (Topics) معينة، ويقوم المشترك بالاشتراك في المواضيع التي يهتم بها لاستقبال الرسائل ذات الصلة. يقوم الوسيط بتوجيه الرسائل بين الناشرين والمشتركين المناسبين بناءً على المواضيع المشترك فيها.

تعمل الرسائل في MQTT بطريقة بسيطة وخفيفة. تتألف الرسالة من رأس (Header) يحتوي على معلومات التحكم ومحتوى الرسالة نفسها. يتم تعيين كل رسالة لموضوع محدد وتحمل قيمة (Payload) التي تحمل البيانات الفعلية المراد نقلها.

بالنسبة لإعداد الخادم MQTT، يجب تثبيت وتكوين برنامج الوسيط (Broker) على الخادم الذي تعمل عليه. هناك العديد من خوادم MQTT المتاحة، بما في ذلك Mosquitto و HiveMQ و EMQ X وأكثر من ذلك. يمكنك اختيار الخادم الذي يناسب احتياجاتك ونظام التشغيل الذي تستخدمه.

بمجرد تثبيت وتكوين الوسيط، يمكنك استخدام NodeMCU وتحميل برنامج له للاتصال بالخادم MQTT. يمكنك استخدام مكتبة MQTT مثل “PubSubClient” لإجراء عمليات النشر والاشتراك والتفاعل مع الوسيط MQTT من خلال NodeMCU.

عند الاتصال بالخادم MQTT باستخدام NodeMCU، يمكنك بسهولة نشر الرسائل على المواضيع المناسبة والاشتراك في المواضيع لاستقبال الرسائل المنشورة من الأجهزة الأخرى.

  شريحة NodeMCU:

الشكل ‏4‑2 شريحة NodeMCU

شريحة NodeMCU هي عبارة عن لوحة تطوير قائمة على متحكم مدمج ESP8266. تم تطويرها خصيصًا لتسهيل برمجة وتطوير تطبيقات الإنترنت الأشياء (IoT) بسهولة وفعالية. تتميز شريحة NodeMCU بقدرتها على الاتصال بالإنترنت وتبادل البيانات مع السحابة أو الخوادم البعيدة، وذلك باستخدام اتصال Wi-Fi المدمج.

شريحة NodeMCU تُعتبر نظامًا مضمنًا (Embedded System)، وهي تدخل تحت تصنيف الأنظمة المضمنة بسبب طبيعتها الخاصة وقدرتها على تنفيذ وظائف محددة بشكل مستقل. إليك شرحًا لكيفية اعتبار NodeMCU كنظام مضمن:

1. المعالج المدمج: شريحة NodeMCU تحتوي على معالج مدمج ESP8266 الذي يعمل كوحدة المعالجة المركزية للنظام. يحتوي هذا المعالج على الموارد اللازمة لتنفيذ البرامج والتحكم في عمليات النظام والتفاعل مع الأجهزة الأخرى.

2. الذاكرة: تحتوي NodeMCU على ذاكرة برنامج وذاكرة وصول عشوائي (RAM) لتخزين الشفرات والبيانات الضرورية أثناء تشغيل النظام. هذه الذاكرة تكفي لتنفيذ تطبيقات الإنترنت الأشياء البسيطة إلى المتوسطة.

3. التوصيلات: تتضمن NodeMCU مجموعة من المنافذ والمخارج التناظرية والرقمية ومنافذ الاتصال مثل GPIO وSPI وI2C وUART. تسمح هذه التوصيلات بالتفاعل مع مجموعة متنوعة من الأجهزة الخارجية مثل حساسات البيئة والشاشات والمحركات وأجهزة الاتصال اللاسلكية وغيرها.

4. الاتصال بالشبكة: تُعتبر القدرة على الاتصال بالشبكة أحد العناصر الرئيسية لأنظمة الإنترنت الأشياء، ويوفر NodeMCU وحدة Wi-Fi مدمجة تسمح بالاتصال بالشبكة المحلية والاتصال بالإنترنت. يمكن استخدام هذه القدرة لتبادل البيانات مع الخوادم البعيدة وخدمات السحابة وتنفيذ التحكم عن بُعد.

5. البرمجة: يمكن برمجة شريحة NodeMCU باستخدام العديد من لغات البرمجة مثل لغة Arduino والتي تستخدم لبرمجة المتحكمات القائمة على Arduino. يمكن تطوير تطبيقات مختلفة باستخدام مجموعة متنوعة من المكتبات والأدوات المتاحة.

باستخدام شريحة NodeMCU كنظام مضمن، يمكنك بناء تطبيقات الإنترنت الأشياء بسهولة والتحكم في الأجهزة المختلفة. إنها خيار شائع للهواة والمطورين الذين يرغبون في بناء نماذج وأنظمة بسيطة في مجال الإنترنت الأشياء.

واجهة التطبيق:

الشكل ‏5‑2 واجهة التطبيق

لدينا على الواجهة الأزرار التالية:

Auto: تفعيل او إيقاف تفعيل الوضع التلقائي.

Humidity:  قيم الرطوبة في التربة.

Fan: تشغيل \ إيقاف المروحة.

Pump: تشغيل \ إيقاف المضخة.

Lamp: تشغيل \ إيقاف الانارة.

Temperature: درجة الحرارة.

LDR: شدة الضوء.

للحصول على تفاصيل أكثر تواصل مع المهندس عبد الغني الحمدي

فيديو العرض التقديمي

المراجع:

1. F. Kreith and J. F. Kreider, “Principles of Solar Engineering,” 3rd ed. CRC Press, 2015.
2. M. Green, “Solar Cells: Operating Principles, Technology, and System Applications,” 2nd ed. Prentice Hall, 2017.
3. B. Norton, “Renewable Energy: A Practical Guide for Beginners,” 2nd ed. McFarland & Company, 2017.
4. M. R. Islam, “Internet of Things (IoT): Architecture, Protocols, and Applications,” CRC Press, 2017.
5. B. K. Johnson and K. M. Johnson, “Fundamentals of Sustainable Engineering,” 2nd ed. CRC Press, 2017.
   1. Mellit and M. Benghanem, “Artificial Intelligence Techniques for Photovoltaic Applications,” Springer, 2018.
6. S. A. Kalogirou, “Solar Energy Engineering: Processes and Systems,” 2nd ed. Academic Press, 2013.
7. J. A. Duffie and W. A. Beckman, “Solar Engineering of Thermal Processes,” 4th ed. Wiley, 2013.
8. C. D. Jansen and R. J. van de Braak, “Solar Energy Materials and Solar Cells,” Elsevier, 2016.
9. J. A. S. Herrera, “Sustainability Engineering: A Design Guide for the Chemical Process Industry,” Wiley, 2016.
10. https://electronics-go.com/active-reactive-and-apparent-power/