پایش و کنترل موتورها در کشاورزی هوشمند با استفاده از اینترنت اشیا، سیگنال آکوستیک و کنترل PID

این مقاله به منظور بهبود بهره وری در صنعت کشاورزی، یک روش سخت افزاری-نرم افزاری جهت پایش محیطی و همچنین پایش و کنترل برخط تجهیزات کاربردی در کشاورزی و گلخانه ارایه می دهد. روش ارایه شده شامل دو بخش هست، بخش اول مربوط به جمع آوری داده های دما و رطوبت محیطی با استفاده از اینترنت اشیا و ارسال آنها به صورت برخط روی فضای ابری هست. این داده ها به صورت شبکه های از حسگرهای بیسیم کم مصرف به صورت تلهمتری جمع آوری شده و برای پایش وضعیت مورد استفاده قرار می گیرند. نرخ ارسال داده به صورت برخط از طریق سایت قابل تنظیم هست، همچنین این حسگرها در دو نوع با نمایشگر کم مصرف و بدون نمایشگر طراحی شده و داده ها از طریق سایت قابل مشاهده و ذخیره سازی به صورت ۵ سال هستند. در گام دوم از پایش و کلاس بندی داده های فرکانس بالای آکوستیک مبتنی بر تلفن هوشمند برای تشخیص عیوب و پایش برخط موتورها استفاده می شود. در این خصوص از الگوریتم های یادگیری ماشین بهبود یافته و شبکه های عصبی عمیق CNN-LSTM به منظور کلاس بندی داده های موتورهای کشاورزی استفاده می شود. یک ساختار کنترلی که در نرم افزار متلب شبیه سازی شده به منظور کنترل سرعت موتور سالم و معیوب ارایه می شود. در این ساختار عالوه بر کنترل کننده تناسبی-مشتق گیر-انتگرال گیر PID، از یک ساختار به روز کنترل بهینه مبتنی بر قیود انرژی و حالت استفاده شد. نتایج نشان داد که پایش وضعیت مبتنی بر سنسورهای ارایه شده عالوه بر هزینه کم، توانست داده ها را به صورت برخط انتقال دهد، همچنین الگوریتم های تشخیص عیب به صورت موثر روی دو مجموعه داده تست شد. الگوریتم های یادگیری ماشین برای مجموعه داده های کوچک و شبکه CNN-LSTM برای مجموعه داده های پیچیده مناسب هست. لایه های Dropout و Attention در این ساختار نتایج مناسبی نداشت و استفاده بهینه از لایه های CNN و LSTM. منجر به نتایج مناسبی شد.

کلیدواژه ها:

کشاورزی ، سخت افزاری-نرم افزاری ، پایش و کنترل ، اینترنت اشیا ، CNN-LSTM