Συντάχθηκε 09-03-2015 07:34
από Esthir Gelasaki
Email συντάκτη: egelasaki<στο>tuc.gr
Ενημερώθηκε:
-
Ιδιότητα: υπάλληλος.
ΠΟΛΥΤΕΧΝΕΙΟ ΚΡΗΤΗΣ
Σχολή Ηλεκτρονικών Μηχανικών και Μηχανικών Υπολογιστών
Πρόγραμμα Μεταπτυχιακών Σπουδών
ΠΑΡΟΥΣΙΑΣΗ ΜΕΤΑΠΤΥΧΙΑΚΗΣ ΔΙΑΤΡΙΒΗΣ
Κωνσταντόπουλος Χρήστος
με θέμα
Ενεργειακά αυτόνομος αισθητήρας για φυτά με ραδίοφωνο οπισθοσκέδασης
Self-Powered Plant Sensor for Scatter Radio
Τρίτη 10 Μαρτίου 2015, 17μμ
Αίθουσα 2042, Κτίριο Επιστημών, Πολυτεχνειούπολη
Εξεταστική Επιτροπή
Επίκουρος Καθηγητής Ευτύχιος Κουτρούλης (επιβλέπων)
Αναπληρωτής Καθηγητής Άγγελος Μπλέτσας
Αναπληρωτής Καθηγητής Αντώνιος Δεληγιαννάκης
Περίληψη
Σε διάφορες εφαρμογές στον τομέα της γεωργίας, (π.χ. θερμοκήπια, αμπέλια, κλπ) απαιτείται να συγκεντρωθούν αυτόματα πληροφορίες σχετικά με περιβαλλοντικές μεταβλητές, όπως η υγρασία του εδάφους και του αέρα, καθώς και η θερμοκρασία στην περιοχή των φυτών, με χαμηλό κόστος και υψηλή επεκτασιμότητα. Έτσι, τα δίκτυα αισθητήρων, που εκτείνονται σε μια ευρεία περιοχή και συγκεντρώνουν περιβαλλοντικά δεδομένα για την παρακολούθηση του μικροκλίματος, είναι απαραίτητα για την εφαρμογή βέλτιστων τεχνικών διαχείρισης των καλλιεργειών. Το πεδίο των φυτικής ηλεκτρο-φυσιολογίας ερευνά τη συσχέτιση των περιβαλλοντικών μεταβλητών με τα ηλεκτρικά σήματα που παράγονται από διαφορετικούς τύπους φυτών. Οι υπάρχουσες έρευνες στη μέτρηση των ηλεκτρικών σημάτων που παράγονται από τα φυτά διεξάγονται με τη χρήση εξοπλισμού υψηλού κόστους, όπως εργαστηριακά πολύμετρα και συστήματα συλλογής δεδομένων, προκειμένου να εκτελεστεί η διαδικασία επεξεργασίας και απόκτησης δεδομένων που απαιτείται. Η παρούσα εργασία εισάγει για πρώτη φορά στην υπάρχουσα ερευνητική βιβλιογραφία ένα νέο χαμηλού κόστους και αυτοτροφοδοτούμενο ασύρματο αισθητήρα κόμβου που ανήκει σε ένα μεγάλης κλίμακας δίκτυο οπισθοσκέδασης και ταυτόχρονα τροφοδοτείται με παρασιτικό τρόπο από τα φυτά, καθώς είναι και σε θέση να αποκτήσει και να διαβιβάζει τα σημάτων από κάθε φυτό. Επιπλέον, στο πλαίσιο της παρούσας εργασίας, διάφορα πειραματικά πρωτότυπα του προτεινόμενου κόμβου αναπτύχθηκαν και χρησιμοποιήθηκαν για τη συλλογή των μετρήσεων των ηλεκτρικών σημάτων που παράγονται από πολλαπλά φυτά αβοκάντο. Τα πειραματικά αποτελέσματα αποδεικνύουν την επιτυχή λειτουργία του προτεινόμενου κόμβου WSN, καθώς δείχνουν την συσχέτιση των ηλεκτρικών σημάτων του φυτού με την ηλιακή ακτινοβολία και την άρδευση των φυτών. Έτσι, το προτεινόμενο σύστημα μπορεί να χρησιμοποιηθεί σε υψηλής ακρίβειας γεωργικές εφαρμογές για τον αυτοματοποιημένο προγραμματισμό άρδευσης, τον έλεγχο των συνθηκών περιβάλλοντος φυτών κ.λ.π., βασιζόμενο σε δεδομένα που προκύπτουν άμεσα από τα φυτά.
Abstract
In agriculture applications (e.g. greenhouses, vineyards etc.) it is required to automatically gather information about environmental variables such as soil and air humidity, as well as temperature in the vicinity of plants within the same field, with low-cost and high-scalability. Thus, sensor networks that are extending over a broad area and gather environmental data for microclimate monitoring, are indispensable for the application of optimal crop management techniques. The field of plant electro-physiology investigates the correlation of environmental variables with the electrical signals that are produced by diverse types of plants. Existing research in measurement of electrical signals generated by plants has been conducted using high-cost equipment, such as laboratory multi-meters and data-loggers, in order to perform the signal-conditioning and data acquisition operations required. This thesis introduces for first time in the existing research literature a novel low cost and self-powered sensor node that belongs to a large-scale scatter radio network and simultaneously is powered in a parasitic way to the plants, as well as is able to acquire and transmit these types of signals from each plant. Furthermore, in the context of this thesis, several experimental prototypes of the proposed node were developed, as well as used to gather measurements of electrical signals that are generated from multiple Avocado plants. The experimental results demonstrate the successful operation of the proposed WSN node, as well as indicate the correlation of plants signals with solar irradiation and plant irrigation events. Thus, the proposed system can be employed in precision agriculture applications for automated irrigation scheduling, control of the plant ambient conditions etc. based on data derived directly by the plants.
