Номер 3, страница 99 - гдз по физике 8 класс учебник Пёрышкин

3. «Моя умная теплица» (возможная форма: презентация, реферат, макет).

Проект «Моя умная теплица» представляет собой разработку автоматизированной системы для выращивания растений, которая самостоятельно поддерживает оптимальные условия микроклимата. Ниже представлено развернутое описание проекта, которое можно использовать для подготовки реферата, презентации или создания макета.

Концепция и актуальность проекта

Основная идея проекта — создать полностью или частично автономную теплицу, управление которой осуществляется с помощью микроконтроллера на основе данных, получаемых от различных датчиков. Система призвана минимизировать участие человека в процессе ухода за растениями, обеспечивая их всем необходимым для здорового роста и развития: светом, водой, теплом и вентиляцией.

Актуальность проекта обусловлена несколькими факторами:

• Рациональное использование ресурсов: автоматический полив и освещение по необходимости значительно снижают расход воды и электроэнергии.
• Повышение урожайности: поддержание идеальных условий 24/7 способствует более быстрому росту и обильному плодоношению растений.
• Доступность: такая система позволяет заниматься растениеводством даже очень занятым людям или тем, кто часто уезжает.
• Образовательная ценность: создание «умной теплицы» является отличной практикой в области программирования, электроники и биологии.

Ответ: Концепция проекта заключается в создании автоматизированной теплицы для эффективного выращивания растений с минимальным вмешательством человека, что актуально ввиду необходимости экономии ресурсов и повышения урожайности.

Архитектура системы «Умная теплица»

Система состоит из трех основных блоков: управляющего центра, датчиков (органов чувств) и исполнительных устройств (органов действия).

1. Управляющий центр (мозг): В качестве контроллера может выступать платформа Arduino или микрокомпьютер Raspberry Pi. Он получает, обрабатывает информацию с датчиков и отдает команды исполнительным механизмам.
2. Датчики (сенсоры):
   • Датчик температуры и влажности воздуха (DHT11/DHT22): измеряет параметры микроклимата внутри теплицы.
   • Датчик влажности почвы: погружается в грунт и определяет необходимость полива.
   • Датчик освещенности (фоторезистор или модуль с люксметром): определяет уровень естественного света и решает, нужно ли включать искусственное освещение.
   • Датчик уровня воды: устанавливается в резервуаре для полива и сигнализирует о необходимости пополнить запасы воды.
3. Исполнительные устройства (актуаторы):
   • Система полива: небольшой водяной насос, подключенный к системе шлангов (чаще всего используется капельный полив для экономного расхода).
   • Система вентиляции: сервопривод для открытия/закрытия форточки или кулер (вентилятор) для принудительной циркуляции воздуха.
   • Система освещения: светодиодные фитолампы, которые включаются при недостатке солнечного света.
   • Система подогрева: небольшой нагревательный элемент (например, резистивный или инфракрасный), включающийся при падении температуры ниже заданного порога.

Ответ: Архитектура системы включает центральный контроллер (например, Arduino), набор датчиков (температуры, влажности, света, уровня воды) и исполнительные механизмы (полив, вентиляция, освещение, обогрев).

Алгоритм работы и логика управления

Контроллер работает по циклическому алгоритму, в котором заданы пороговые значения для каждого параметра.

1. Контроллер считывает показания со всех датчиков.
2. Сравнивает полученные данные с заданными в программе оптимальными значениями (например, температура 20-25°C, влажность почвы 60-70%).
3. На основе сравнения принимает решение:

• Если влажность почвы ниже порога → включить насос для полива на определенное время.
• Если температура выше порога → включить вентилятор или открыть форточку.
• Если температура ниже порога → включить обогреватель.
• Если освещенность ниже порога (и текущее время соответствует "дню") → включить фитолампы.

Для более "умного" управления можно учитывать комплексные факторы. Например, интенсивность полива может зависеть не только от влажности почвы, но и от температуры воздуха. Расчет потребляемой энергии для освещения можно провести по формуле:

$E = P \cdot t$

где $E$ – потребленная энергия (в кВт⋅ч), $P$ – мощность лампы (в кВт), $t$ – время работы (в часах). Это позволяет оценить экономическую эффективность системы.

Ответ: Алгоритм работы основан на циклическом опросе датчиков и сравнении их показаний с заданными пороговыми значениями, после чего контроллер активирует необходимые исполнительные устройства для поддержания оптимальных условий.

Формы реализации проекта (презентация, реферат, макет)

Данный проект можно представить в нескольких форматах:

• Презентация:
  Структура может включать слайды: титульный лист, актуальность и цели, схема устройства "умной теплицы", подробное описание каждого компонента, блок-схема алгоритма работы, демонстрация преимуществ, выводы и перспективы развития (например, добавление удаленного управления через интернет).
• Реферат:
  Письменная работа с более глубоким теоретическим обоснованием. Структура: введение (цели, задачи, актуальность), основная часть (глава 1: обзор существующих решений; глава 2: проектирование аппаратной части; глава 3: разработка программного обеспечения и алгоритма), заключение (выводы, результаты), список литературы.
• Макет:
  Наиболее наглядная форма. Создается миниатюрная модель теплицы (например, из оргстекла или прозрачного пластикового контейнера) с установленными реальными компонентами: контроллером, датчиками, насосом, светодиодами и вентилятором. Макет позволяет вживую продемонстрировать работу всех систем: например, полить землю, чтобы насос отключился, или посветить фонариком на датчик света, чтобы фитолампы погасли.

Ответ: Проект можно представить в виде презентации со схемами и описанием, подробного реферата с теоретическим обоснованием или действующего физического макета, демонстрирующего работу всех автоматизированных систем.