農業用ハウス環境制御総合実習
種別
総合実習
開講期
2024/9/2（月）～9/13（金）（土日除）
（10日間、４コマ/日、40コマ・60時間相当）
講師
九州工業大学・西田准教授、安川准教授、石井教授
内容
■実習概要：
本実習はスマート農業用IoTデバイスやロボットを開発するための基礎技術を習得し，センサデータの取得からアクチュエータの制御までの一連のシステム開発，プログラミング技術について学ぶ． スマート農業をはじめとしたIoT関係の研究開発で注目されているマイコンM5Stackを使用し，実習前半においてハウス内の土壌水分量や室温などのデータ取得や，画像処理を用いた果実等の認識方法，LoRawWAN装置を用いたクラウドデータベースへのアップロードする方法について演習を行う．実習後半は，農業用ハウスに作成したIoTデバイスを設置し，灌水や窓の開閉等，温度や水分量の制御を行う．
■日程：
※授業時間：10:00～17:00（12:00～13:00は昼休憩）
1日目（月） ： オリエンテーション （4コマ）
Arduinoを用いた基本プログラムの演習 （4コマ）
2日目（火） ： Arduinoを使ったDCモータ制御の演習 （4コマ）
3日目（水） ： Arduinoを使ったLoRaWAN通信に関する演習 （4コマ）
4日目（木） ： Arduinoを使ったネットワーク通信に関する演習 （4コマ）
5日目（金） ： Arduinoを使った画像処理演習 （4コマ）
6日目（月） ： スマート農業のためのIoTデバイスの開発 （4コマ）
7日目（火） ： スマート農業のためのIoTデバイスの開発 （4コマ）
8日目（水） ： スマート農業のためのIoTデバイスの開発 （4コマ）
9日目（木） ： スマート農業のためのIoTデバイスの開発 （4コマ）
10日目（金） ： 成果発表会 （4コマ）
■講師およびTA：
教員 ：石井和男，安川真輔，西田祐也
ポスドク ：片山大悟
TA ：野口和宏（D1），桑田凱斗（M2），佐藤光（M1），中鶴優斗（M1），長石一輝（M1）
■場所：
1F MAX（前半の授業），学研都市内 農業実習用ハウス（後半の演習）
■人数・班構成：
参加者10名程度，コンテスト3～4班構成
■機材：
ノートパソコン，演習用マイコン一式，LoRaWAN接続機器
１）メカトロニクス演習：
メカトロニクス実習では主に組み込みマイコンArduino，その周辺回路，およびLoRa通信について3部構成に分けて講義および実習を行う．第1部では，初めてマイコンを扱う学生のためにデジタルI/O，A/D変換，PWM出力などArduinoの基本的な関数の使い方やLEDライト点灯回路など基本的な回路を学ぶ．第2部では，nチェンネルエンハンスメント型FETを用いたDCモータドライバー回路を作成し，Arduinoを使ったモータの制御方法について学ぶ．モータドライバーからはモータの角速度を計測できるため，ローパスフィルターについて学ぶ．受講者はArduinoとモータドライバーによりPID制御を実装し，フィードバック制御について学ぶ．第3部ではIIJのサービスを利用したLoRa通信について学ぶ．センサデータをLoRaサーバーにアップロードする方法，LoRaサーバーからLoRaデバイスが接続されたArduinoにコマンドを送る方法について学ぶ．
２）組み込み画像処理演習：
組み込み画像処理実習は2部構成になっており，Arduinoおよび画像処理ライブラリーを使う．第1部では，農作物の検出に必要なカラーオブジェクトの検出，ノイズフィルター，エッジ抽出，円検出などの基本的な画像処理について学ぶ．第1部の最後で受講者は球形の物体をトラッキングするプログラムを開発し，画像モジュールに実装する．屋外環境では日射量の強さが変化するため，屋外で撮影した農作物の見た目（色見）は天候や時間によって大きく変化する．第2部では，画像鮮明化処理の方法について学ぶ．
３）システム構築演習および成果発表会
メカトロニクス実習および組み込み画像処理実習を終えた受講者は，複数のグループに分かれシステム構築実習を行う．各グループは，実習で学んだ技術を活用し，農業に役立つIoTシステムを開発し，その開発目的，コンセプト，機能，性能について発表する．学生は教師が提供した窓開閉モジュールおよび散水モジュールを使用でき，IoTモジュールを使ってハウス内の温度の制御や，畝の水分を制御可能である．グループの発表を聞いた教員は，有用性，完成度，操作性，発表の質，デモンストレーションの質によって評価する．
■レポート：実習終了後1週間以内に，各人の担当分をレポートに作成して提出．
集合場所・時間
・初日集合時間： 2024/9/2 13:00 （ただし，インターンシップ生は午前中集合．別途連絡）
・初日集合場所：生命体工学研究科 1F MAX
・2日目以降実習時間：（別途連絡）
・コンテスト日時： 2024/9/13（時間は別途連絡）
・コンテスト場所： （別途連絡）
・他総合実習コンテスト見学：（時間は別途連絡）
