Универсальная система кормления животных с мониторингом состояний

Приступив к анализу имеющихся аппаратных решений в сфере кормления сухопутных домашних животных, было выяснено, что отсутствуют системы, способные к адаптации количества выдаваемого корма. Однако, такие системы применяются для кормления аквариумных рыб, что позволило не создавать радикально новую схему, а преобразовать уже имеющееся решение. В основе такой системы лежит шнеко-роторный механизм (Приложение 4, рис.1), позволяющий подать необходимое количество корма, измеренное с помощью тензометра, установленного под зоной кормления, с высокой точностью. Собранная конструкция (Приложение 4, рис. 2) состоит из резервуара, из которого путем воздействия гравитации на шнеко-ротор подается корм, равномерно высвобождаемый в зону кормления питомца.

При создании корпуса микроконтроллера Orange Pi, используемого в данном проекте, была поставлена задача придать эстетичный внешний вид с сохранением пригодности к сервисному обслуживанию и доступу ко всем портам и интерфейсам устройства. Также, в верхней панели корпуса (Приложение 4, рис.3) предусмотрено технологическое отверстие для более эффективного отвода тепла от микроконтроллера, поскольку, имея закрытый корпус и находясь под нагрузкой, необходимой для нашего проекта, которая включает в себя управление раздаточным механизмом, работу с видеокамерой и передачей данных на сервер, работоспособность прибора может снизиться из-за ухудшения воздушного охлаждения процессора.

Для моделирования компонентов использовались САПР Autocad 2021 R.47.0.0 и программа для 3D-моделирования Blender 3D 2.82a, для тестирования смоделированных компонентов и пригодности их к производству была применены программа Print 3D, входящая в пакет стандартных приложений ОС Windows 10.

8. Создание веб-приложения

Веб-приложение для обеспечения пользователя опцией мониторинга и настройки системы должно выполнять определенные функции:

Ознакомить пользователя с разработанной системой питания и ее преимуществами;

Обеспечивать трансляцию видеопотока с камеры наблюдения;

Отображать актуальные данные с тензодатчика;

Производить выгрузку существующего режима питания питомца;

Предоставлять пользователю возможность изменения режима питания;

Использовать адаптивную верстку.

8.1 Frontend веб-приложения

На основании описанных выше требований к функциональности была выполнена верстка существующего веб-приложения, состоящая из главной страницы (Приложение 5) и личного кабинета (Приложение 6). При верстке сайта были задействованы такие языки, как HTML и CSS, а также был использован фреймворк Bootstrap 4 [22]. К основным преимуществам использования данного фреймворка можно отнести:

Адаптивность;

Кросс-браузерность;

Единство стилей;

Понятный код.

А теперь опишем подробнее каждый пункт из преимуществ использования данного фреймворка. Адаптивная верстка меняет дизайн страницы в зависимости от поведения пользователя, платформы, размера экрана и ориентации девайса, что является неотъемлемой частью современной веб-разработки. Она позволяет существенно экономить и не создавать новый дизайн для каждого разрешения, а менять размеры и расположение отдельных элементов. Сайты, сделанные с использованием Bootstrap, будут одинаково отображаться во всех современных браузерах. Элементы Bootstrap смотрятся гармонично между собой и позволяют создавать страницы и сайты в едином стиле. Bootstrap позволяет писать качественный и понятный код, который легко поймет другой разработчик, что значительно упрощает разработку в команде.

С помощью данного фреймворка был разработан адаптивный и интуитивный интерфейс веб-приложения. Основными достоинствами которого стали: ситуативное отображение порядка элементов в зависимости от размера экрана, быстрая навигация по основной странице, раскрытие и свертывание взаимозаменяемых элементов, проверка корректности вводимых данных и т. д.

Дизайн веб-приложения был выполнен в зеленом цвете. По мнению психологов среди множества доступных цветов именно природные оттенки действуют на человека наиболее благотворно. Зеленый цвет символизирует природу, способствует ощущению гармонии и внутреннего счастья, освежает и расслабляет пользователей веб-приложения, оставляя у большинства чувство легкого вдохновения. Поэтому он был выбран основной цветовой темой веб-приложения. Зеленый цвет и его мягкие оттенки воспринимаются максимально органично при использовании в дизайне.

8.2 Backend веб-приложения

Ни одно нажатие кнопки на обошлось без написания функции на языке JavaScript. Стоит отметить, что большинство описанных событий использует синтаксис библиотеки jQuery, преимущественно используемой для взаимодействия JavaScript и HTML. Программный код (Приложение 7) реализует такие события, как отправку HTTP запросов на REST-сервер, отработку событий нажатия кнопок, преобразование данных из формата JSON в HTML и обратно, изменение отображения взаимозаменяемых элементов на странице, транслирование видео потока, сортировку данных перед отправкой, обработку введенной со страницы информации, отображение на клиенте полученного от REST-сервера ответа, создание и удаление элементов на странице и т. д.

Данный программный код поддерживает интерфейс изменения клиентом режима кормления питомца, а именно внесение нового времени поворота сервопривода или удаление выбранной строки из расписания. Помимо этого, в личной кабинете возможно внести персональную информацию о домашнем питомце или исправить ее при необходимости.

Отдельного внимания заслуживает программный код обработки формы обратной связи (Приложение 8). Вся информация отправляется на Яндекс почту: hse-feeder@yandex.ru и выглядит полученная информация подобным образом (рис. 13):

Рис. 13. Отображение результата отправки формы на почте.

Теоретически данная форма выполняет роль онлайн заказа для новых пользователей пожелавших приобрести разработанную систему питания. Вход в личный кабинет, в данном случае, будет осуществляться посредством распространенной в современное время авторизацией пользователя путем ввода логина и пароля. Для существующей стадии разработки продукта в этом нет острой необходимости.

Заключение

Проведенные исследования и выполненная работа по созданию универсальной системы питания привели к пониманию того, что в индустрии домашних животных гораздо больше возможностей развития, чем мы думали, для создания простых, но эффективных решений с помощью современных технологий. Поскольку наш продукт в теории ориентирован на коммерческое использование, все лучшие практики, полученные в ходе разработки, потенциально могут быть использованы в других подобных проектах в этой отрасли, что приведет к расширению и открытию новых возможностей, таких как подключение к Интернету вещей и внедрение в системы “умных домов”, что могло бы позволить повысить автономность и эффективность работы устройства.

Исходя из проделанной работы и полученных результатов, можно сделать выводы:

Система питания может стоить меньше и быть качественней, чем существующие аналоги;

В современном мире достаточно много вариантов для выбора используемых технологий и способов взаимодействия различных компонентов системы;

На рынке представлен богатый выбор необходимой для реализации поставленной задачи элементной базы;

Самую большую трудность составляет настройка процесса коммуникации и взаимодействия элементов системы;

Современные технологии способны поддержать реализацию задуманной идеи.

Предполагаемые результаты были достигнуты в той мере насколько это возможно в нынешней ситуации. В ходе проведенных работ были получены:

Сравнительный анализ существующих технических решений;

Принцип работы системы питания и ее элементов;

Схемы взаимодействия компонентов и передачи данных;

Список элементной базы, отвечающей необходимым характеристикам;

Перечень программных средств, способный предоставить требуемую функциональность;

Веб-приложение и обслуживающие его программы;

Модели элементов, составляющих конечный продукт;

Учитывая полученные результаты, разработанная универсальная система кормления домашних животных может стать полезным бытовым прибором во многих домах. Этот продукт сможет еще раз доказать, что умственная работа упрощает физический труд. Значительные преимущества от системы питания будут ощущаться не только людьми, но и их домашними животными. Ценность данной работы заключается в том, что она направлена на обеспечение домашних животных питанием в той же степени, как и здоровьем, и безопасностью. В будущем развитие таких технологий позволит создать полноценный набор ухода за домашними животными с минимальным участием человеческих ресурсов. Предполагается, что в скором времени процесс автоматизации сможет легко заменить примитивные ежедневные процедуры ухода за домашними животными. Это означает, что разработанная система имеет большие перспективы на будущее.

Список используемых источников

Приложение

Программный код на микрокомпьютере Orange Pi One

Программный код на REST-сервере

Программный код реализации RTSP-сервера

3D-модели устройства подачи корма, его комплектующих и корпуса микроконтроллера

Рис.1 Подвижная часть шнеко-роторного механизма, расположенная внутри горизонтальной трубки

Рис.2 Устройство подачи корма в собранном виде, без прикрепленного сервопривода

Рис.3 Корпус микроконтроллера в собранном виде

Frontend основной страницы веб-приложения

Frontend личного кабинета веб-приложения

Backend веб-приложения

Программный код работы формы обратной связи

Размещено на Allbest.ru