Репозиторій ЧДТУ

ЗМІСТ 
 
Резюме…………………………………………………………………………....  
Резюме…………………………………………………………………………....  
ВСТУП.................................................................................................................... 
РОЗДІЛ 1. ОГЛЯД АНАЛОГІВ КОНЦЕПЦІЇ SMART-АУДИТОРІЙ У 
ВИЩИХ НАВЧАЛЬНИХ ЗАКЛАДАХ............................................................. 
1.1 Теоретичні аспекти SMART-аудиторій………………………..…………. 
1.2 Аналіз сучасних вимірювальних систем у вищих навчальних закладах. 
1.3 Інноваційні підходи до створення автоматизованих лабораторних 
стендів………………………………………………………………...…...……... 
1.4 Оцінка функціонування існуючих систем автоматизації в теплицях…... 
Висновки до розділу 1 ........................................................................................... 
РОЗДІЛ 2. ТЕХНОЛОГІЧНА АРХІТЕКТУРА………..…………………..... 
2.1 Архітектура SMART-аудиторії на кафедрі приладобудування, 
мехатроніки та комп’ютеризованих технологій ЧДТУ……………………….. 
2.2 Розробка структурної схеми для SMART-аудиторії……………………….. 
2.3 Технічні складові автоматизованої SMART-аудиторії……………………. 
2.4 Автоматизація лабораторного стенду та його структурна схема…………. 
2.5 Технічна частина автоматизованого лабораторного стенду………………. 
2.6 Методологія………………………………………………………………….. 
Висновки до розділу 2 ........................................................................................... 
РОЗДІЛ 3. РОЗРОБКА АЛГОРИТМІВ СИСТЕМ КЕРУВАННЯ………..  
3.1 Розробка алгоритму керування SMART-аудиторією……………………… 
3.2 Розробка алгоритму керування лабораторним стендом…………………… 
3.3 Розробка алгоритму керування голосовим асистентом…………………… 
Висновки до розділу 3 ........................................................................................... 
РОЗДІЛ 4. ЕКСПЕРЕМЕНТАЛЬНА ЧАСТИНА…………………….…….. 
4.1 Розробка схеми електричного підключення………………………………... 
4.2 Алгоритм роботи лабораторного стенда "Теплиця"……………………….. 
4.3 Алгоритм роботи голосового асистента……………………………………. 
Висновки до розділу 4 ........................................................................................... 
ВИСНОВКИ.......................................................................................................... 
СПИСОК ВИКОРИСТАНОЇ ЛІТЕРАТУРИ……………………………….. 
ДОДАТОК А Схема моделі "SMART-аудиторії"…………………...………… 
ДОДАТОК Б Структурна схема "SMART-аудиторії" ……………..………… 
ДОДАТОК В Функціональна схема теплиці…………………………………..  
ДОДАТОК Г Структурна схема лабораторного стенду………………………  
ДОДАТОК Ґ Схема опрацювання голосової команди………………………... 
ДОДАТОК Д Схема електричного підключення для теплиці……...………… 
ДОДАТОК Е Лістинг програми для лабораторного стенда………….………. 
ДОДАТОК Є Лістинг програми для голосового асистента………………..…. 
ДОДАТОК Ж Акт впровадження........................................................................ 
ДОДАТОК З Датчики, прилади та системи - 2023: Десята Міжнародна 
науково-технічна конференція, Черкаси, 12-14 вересня 2023 р. : тези 
доповідей .………………………………………………………………………... 
ДОДАТОК Д Презентація кваліфікованої роботи…………………………….. 
 
ВСТУП 
 
Актуальність обраної теми дослідження. У сучасному світі, де 
стрімко розвиваються технології та виникають нові виклики, вища освіта має 
адаптуватися до змін, щоб ефективно готувати студентів до вимогливого та 
конкурентного ринку праці. В цьому контексті велику актуальність отримує 
використання розумних технологій, починаючи зі SMART-аудиторій та 
закінчуючи розумними лабораторіями, як інструменту для оптимізації 
навчального процесу. 
Швидкий технологічний розвиток породжує високий попит на нові 
знання та навички. Розумні лабораторії, починаючи з ініціативи SMART-
аудиторій, можуть надати студентам можливість працювати з передовими 
технологіями та отримувати актуальні практичні навички. 
Впровадження розумних лабораторій є частиною широкого процесу 
інновацій у вищій освіті, покладаючи в основу розвитку технологічно 
вдосконалених навчальних просторів. Це сприяє створенню динамічних та 
стимулюючих навчальних середовищ, які відповідають потребам сучасного 
суспільства та починаються з концепції SMART-аудиторій. 
Студенти, які мають можливість працювати з розумними 
технологіями, випускаються з вищим рівнем готовності до викликів 
майбутнього, що створює передумови для поширення концепції розумних 
лабораторій. Це забезпечує їхню конкурентоспроможність та успіх у 
сучасному світі, де розумна лабораторія стає еволюційним кроком після 
SMART-аудиторій. 
Використання розумних лабораторій, розширюючи концепцію 
SMART-аудиторій, дозволяє індивідуалізувати навчання, адаптуючи його до 
індивідуальних потреб студентів. Це підвищує ефективність навчання та 
сприяє розвитку критичного мислення в контексті розумних технологій. 
 
Розумні лабораторії, наслідуючи SMART-аудиторії, створюють 
мостик між освітою та промисловістю, забезпечуючи студентам можливість 
працювати з технологіями, які вони зустрінуть у своїй професійній 
діяльності. Таким чином, перехід від SMART-аудиторій до розумних 
лабораторій відкриває шлях до більш інтегрованого та розширеного 
використання передових технологій у вищій освіті. 
Отже, впровадження розумних лабораторій в навчальний процес 
вищих навчальних закладів, на базі попередньо реалізованих SMART-
аудиторій, не лише відповідає вимогам сучасності, але й створює умови для 
покращення якості освіти та формування конкурентоздатних фахівців. 
Мета та поставлені перед дослідженням завдання. Провести аналіз 
можливостей та переваг впровадження розумної лабораторії в навчальний 
процес, з особливим акцентом на її застосування в сучасних вищих 
навчальних закладах, а також розробка та апробація SMART-аудиторії з 
метою вдосконалення навчального процесу. 
Для досягнення визначеної мети важливо вирішити наступні 
завдання: 
1. Ретельно проаналізувати сучасний стан використання розумних 
лабораторій в освітньому процесі. 
2. Розробити автоматичну вимірювальну систему для                        
SMART-аудиторії. 
3. Провести математичне моделювання та експериментальні 
дослідження для оцінки ефективності системи. 
4. Проаналізувати отримані результати та запропонувати шляхи 
подальшого вдосконалення системи. 
Об'єкт дослідження – SMART-аудиторії на кафедрі 
приладобудування, мехатроніки та  комп’ютеризованих технологій ЧДТУ. 
Предмет дослідження – автоматизований лабораторний стенд, 
призначений для студентів, із спеціалізацією на тепличних технологіях. 
Методи досліджень. Для створення та оптимізації SMART-аудиторій 
використовувалися різні методи дослідження. Використано методи 
імітаційного моделювання з використанням детермінованих моделей для 
експериментів у віртуальному середовищі. Проведено фізичні експерименти 
на дослідних зразках для збору практичних даних та валідації розроблених 
технічних рішень. Для експертного аналізу було залучено фахівців у галузі 
приладобудування, мехатроніки та комп’ютеризованих технологій для 
отримання експертної думки та консультацій. Статистичний аналіз 
проводився за рахунок використання методів теорії ймовірності та 
математичної статистики для обробки даних, отриманих під час 
експериментів. 
Наукова новизна отриманих результатів. Розробка має наукову 
новизну, оскільки воно спрямоване на розкриття потенціалу розумних 
лабораторій у вищій освіті, їх вплив на навчальний процес та розвиток 
сучасних технологій в освіті. 
Практична цінність отриманих результатів проявляється в кількох 
ключових аспектах. По-перше, розроблені та експериментально перевірені 
моделі та технічні рішення для SMART-аудиторій та розумних лабораторій 
можуть слугувати основою для подальшого впровадження в освітній процес. 
Їхнє впровадження підвищить якість навчання, забезпечуючи студентам 
доступ до передових технологій та навичок. 
По-друге, отримані результати можуть бути використані для розробки 
стандартів та рекомендацій щодо впровадження розумних технологій у 
вищій освіті. Це сприятиме уніфікації підходів до створення інноваційних 
навчальних середовищ, що, в свою чергу, позитивно позначиться на 
загальному розвитку освіти. 
По-третє, розроблені методи та технології можуть бути застосовані в 
інших областях, виходячи за межі вищої освіти, наприклад, у промисловості 
чи дослідницьких лабораторіях. Це сприятиме технологічному прогресу та 
інноваціям, розширюючи сфери застосування розумних технологій. 
Тому, отримані результати мають конкретний практичний вигляд у 
вигляді функціональних моделей та технічних рішень, що можуть бути 
використані для покращення освітнього процесу, створення нових стандартів 
та сприяння технологічному розвитку в різних сферах. 
Особистий внесок здобувача у дане дослідження виявився 
визначальним у формулюванні та структуруванні основних завдань, 
проведенні експериментальних досліджень, апробації розроблених моделей 
на лабораторному стенді та науковому аналізі літературних джерел. Автор 
особисто забезпечив валідацію та достовірність результатів, взаємодіяв з 
експертами галузі та активно приймав участь у науковій спільноті, сприяючи 
високому рівню наукової рефлексії та ефективному завершенню 
магістерської роботи. 
Апробація результатів роботи. Основні результати дослідження 
були представлені та обговорені під час міжнародної науково-технічної 
конференції: Х Міжнародній науково-технічній конференції  «Датчики, 
прилади та системи – 2023» (Черкаси, 2023). 
Публікації. Основний зміст магістерської наукової роботи викладено 
у вигляді друкованої публікації, а саме - у тезах доповіді на міжнародній  
науково-технічних конференції. 
Структура й обсяг роботи. Магістерська наукова робота включає в 
себе вступ, чотири розділи, висновки, список використаних джерел, додатки.  
РОЗДІЛ 1 
ОГЛЯД АНАЛОГІВ КОНЦЕПЦІЇ SMART-АУДИТОРІЙ У 
ВИЩИХ НАВЧАЛЬНИХ ЗАКЛАДАХ 
 
 
1.1 Теоретичні аспекти SMART-аудиторій 
 
У сучасному освітньому середовищі, що стрімко трансформується під 
впливом технологічних інновацій, концепція SMART-аудиторій стає 
ключовою для оптимізації навчального процесу. Теоретичні аспекти цього 
підходу визначаються комплексом концепцій та технологій, спрямованих на 
створення інтерактивного, ефективного та інтелектуального середовища для 
навчання. 
SMART-аудиторії є інтегрованими навчальними просторами, 
обладнаними передовими інформаційними та комунікаційними 
технологіями. Їхня основна мета полягає в створенні інтерактивного 
середовища, де традиційне навчання поєднується із сучасними засобами, 
сприяючи активній участі студентів у навчальному процесі. 
Технічні аспекти SMART-аудиторій включають інтерактивні дошки, 
аудіо- та відео системи, системи автоматизації освітнього процесу. 
Використання цих засобів дозволяє забезпечити ефективну комунікацію між 
викладачем та студентами, сприяти взаємодії та обміну ідеями. 
Теоретичні засади SMART-аудиторій базуються на педагогічних 
принципах, що акцентують на індивідуалізації, активній участі, та 
практичному застосуванні отриманих знань. Застосування цих принципів 
сприяє підвищенню ефективності освітнього процесу та розвитку критичного 
мислення студентів [1]. 
SMART-аудиторії використовують інноваційні технології, такі як 
розпізнавання жестів, використання віртуальної реальності та інші, що 
сприяють покращенню взаємодії та залученню студентів до навчального 
процесу. 
Оцінка ефективності впровадження SMART-аудиторій в вищих 
навчальних закладах базується на аналізі покращень у якості навчання, 
стимулюванні активності студентів та підвищенні їхньої академічної 
успішності. 
SMART-аудиторії передбачають системний підхід до навчання, що 
полягає у використанні комплексу методів та засобів для досягнення 
максимальної ефективності. Інтеграція різноманітних інструментів дозволяє 
підтримувати різноманітні стилі навчання студентів. 
Однією з ключових теоретичних концепцій SMART-аудиторій є 
акцент на взаємодії та співпраці. Системи обміну інформацією та 
інтерактивність примикають до культури співпраці, розвиваючи навички 
командної роботи серед студентів.  
SMART-аудиторії визнають студентів як активних учасників 
навчального процесу. Цей орієнтований на студентів підхід стимулює 
самостійність, ініціативу та розвиток критичного мислення. Використання 
технологій у SMART-аудиторіях сприяє створенню умов для розвитку 
креативності студентів. Інтерактивні завдання та проекти заохочують 
творчий підхід до вирішення завдань. 
Багато з нас чули про концепцію "розумного будинку", але не всі 
повністю розуміють, що під цим терміном розуміється. Загалом вважається, 
що це система домашньої автоматизації, яка об'єднує пристрої, принципи та 
протоколи для ефективного управління щоденними обов'язками вдома. 
"Розумний будинок" використовує спеціальні датчики, пристрої та елементи 
для прийняття рішень, забезпечуючи безпеку, затишок та зручне управління 
в будинку. Це важлива тема, оскільки вона допомагає організувати 
правильність безпеки, забезпечити затишок вдома, простоту управління та 
відповідність сучасним нормам телекомунікаційного світу для будинку. 
SMART-аудиторії у вищих навчальних закладах можуть поєднувати в собі 
дві різні концепції понять розумного будинку та розумної лабораторії, що 
використовують сучасні технології для поліпшення різних аспектів життя. 
Розумний будинок забезпечує комфорт, безпеку та енергоефективність у 
житловому просторі через системи автоматизації. Розумні лабораторії 
використовуються для оптимізації дослідницьких просторів, застосовуючи 
технології Internet of Things та аналітику для збору та аналізу даних. Смарт 
аудиторія спрямована на оптимізацію навчального процесу, використовуючи 
інтерактивні технології. Хоча ці концепції і спрямовані на різні сфери, такі як 
освіта, домашнє життя та наукові дослідження, але вони можуть 
використовувати подібні технології. 
SMART-аудиторії як сучасні навчальні простори, обладнані різними 
технологіями для покращення процесу навчання. Їхні різновиди можуть 
включати: 
– інтерактивні SMART-аудиторії. Обладнані інтерактивними дошками, 
сенсорними екранами та іншими технологіями для активної участі учнів у 
навчальному процесі. Дозволяють вчителям та учням взаємодіяти з 
відомостями, використовуючи різні цифрові засоби; 
– відділені SMART-аудиторії. Спеціалізовані приміщення для 
конкретних предметів або груп предметів, обладнані відповідними 
технологіями для поглибленого вивчення; 
– мобільні SMART-аудиторії. Обладнані портативними технічними 
засобами, які дозволяють проводити заняття в різних місцях навчального 
закладу або навіть за його межами; 
– STEM-орієнтовані SMART-аудиторії. Спрямовані на вивчення 
предметів зі спеціалізованих областей науки, технологій, інженерії та 
математики (STEM). Використовують високотехнологічне обладнання для 
стимулювання наукових досліджень та практичних експериментів; 
– медіа-центри SMART-аудиторії. Зорієнтовані на розвиток навичок 
медіа-та інформаційної грамотності. Мають спеціальне обладнання для 
роботи з мультимедійними ресурсами та виробництва мультимедійного 
контенту; 
– дистанційні SMART-аудиторії. Спрямовані на організацію 
дистанційного навчання та використання віддалених засобів зв'язку для 
взаємодії вчителів і учнів; 
– спеціалізовані SMART-аудиторії для осіб з особливими потребами. 
Адаптовані для використання людьми з різними видами обмежень або 
особливостей [2].  
Кожен тип SMART-аудиторії спрямований на певні цілі та може бути 
адаптований до конкретних вимог навчального процесу. 
 
 
1.2 Аналіз сучасних вимірювальних систем у вищих навчальних 
закладах 
 
Сучасна вища освіта знаходиться під великим впливом технологічних 
змін, що породжує ростучу потребу в ефективних вимірювальних системах. 
Аналіз сучасних вимірювальних систем у вищих навчальних закладах є 
важливою складовою для розуміння та вдосконалення освітнього процесу.  
В тенденціях в сучасних вимірювальних системах автоматизації та 
інтеграції зараз спостерігається нахил до повного автоматизованого 
вимірювання, що дозволяє не лише збільшити швидкість вимірювань, а й 
зменшити ймовірність помилок через інтеграцію систем.  
Вимірювальні системи стають більш підключеними завдяки Інтернету 
Речей (IoT), що дозволяє збирати та аналізувати дані в реальному часі. За 
останні роки вимірювальні системи в вищих навчальних закладах перейшли 
до інтенсивного використання сенсорів та технологій Інтернету Речей. Це 
дозволяє отримувати реальні дані в режимі часу, створюючи можливість для 
більш точного аналізу та дослідження. 
Більш як половина представників лідерів у сфері IoT (53%) належать 
до п'яти промислових галузей з великою концентрацією виробництва: товари 
споживання, наука про життя, виробництво, нафта і газ, а також комунальні 
послуги. Це випливає головним чином з інвестицій у Індустрію 4.0, коли 
виробники та ця група підприємств, які спеціалізуються в виробництві (а 
також транспорт та логістика), рано прийняли виклик інвестування в ІoT, 
впроваджуючи сенсори, пристрої впливу та виробниче обладнання з 
числовими розширеними процесами для створення "розумних" виробничих 
середовищ. Відсотки популярності в різних галузях зображені на                   
рис. 1.2.1 [3]. 
Рисунок 1.2.1 – Інтернет речі в різних галузях 
 
За статистикою від Statista, кількість підключених пристроїв Інтернету 
речей (IoT) становить близько 15,14 мільярда на 2023 рік, що приблизно 
вдвічі перевищує загальну кількість населення світу (вісім мільярдів). За 
інформацією Finance Online, передбачається, що ця кількість буде зростати 
річно і досягне понад 25 мільярдів. 
Оскільки IoT є частиною Всесвітньої мережі, вона стає вразливою, і 
тому активно розробляються різні методи захисту для IoT. В майбутньому 
можна очікувати виникнення потужніших, безпечніших та більш захищених 
пристроїв IoT. Серед великих гравців, що займаються розробкою "розумних 
пристроїв", виділяються Amazon, Google та Auriga. Ці компанії ведуть 
передові розробки в галузі IoT і планують збільшити фінансування у 
майбутньому. Важливо зауважити, що IoT не обмежується лише "розумними 
будинками". Значну частку складають так звані "розумні міста", що означає 
цілі мегаполіси, які використовують передові технології для поліпшення 
умов життя, зменшення шкідливих викидів та інших позитивних змін. На 
рис. 1.2.2 представлено розподіл IoT на різні сегменти. 
 
Рисунок 1.2.2 – Глобальна частка ринку інтернет речей 
 
Зростаюча кількість сенсорів у вимірювальних системах дозволяє 
отримувати детальні та точні дані, необхідні для якісного навчання студентів. 
Сучасні вимірювальні системи у вищих навчальних закладах 
стикаються з декількома проблемами та викликами. Зокрема, наявність 
різноманітних вимірювальних систем може призвести до проблем 
стандартизації даних, що ускладнює обробку та порівняння результатів. 
Підвищена зв'язність та доступність може створити проблеми з безпекою 
даних, зокрема вимірювальних результатів та особистих інформаційних 
даних студентів [4].  
Впровадження новітніх вимірювальних систем може ставити під 
велике фінансове навантаження на вищі навчальні заклади. Запровадження 
сучасних вимірювальних систем часто залежить від фінансових можливостей 
вищого навчального закладу. Розвиток більш доступних та ефективних 
технологій може вирішити цю проблему. 
Важливо враховувати, що впровадження нових технологій повинно 
супроводжуватися відповідним навчанням викладачів та студентів для 
максимальної ефективності. 
Захист особистих даних та результатів вимірювань стає ключовою 
проблемою, і розробка ефективних методів кіберзахисту важлива для 
успішної імплементації. 
 Забезпечення безпеки та збереження конфіденційності є критичним 
аспектом впровадження сучасних вимірювальних систем у вищі навчальні 
заклади.  
Системи, що збирають та обробляють особисті дані студентів та 
викладачів, повинні відповідати високим стандартам безпеки. Кожен етап 
збору, передачі та збереження даних повинен бути захищений швидкісними 
та надійними засобами шифрування. 
Застосування IoT та мережевих технологій у вимірювальних системах 
може створити нові потенційні вразливості. Забезпечення захисту від 
несанкціонованого доступу до мережевих пристроїв та системи в цілому є 
ключовим завданням. 
 В контексті зростаючої загрози кібератак, важливо розробляти 
ефективні заходи забезпечення кібербезпеки. Вимірювальні системи повинні 
бути стійкими до різноманітних атак, таких як витік даних, DDoS-атаки, та 
інші. 
Системи повинні використовувати ефективні механізми ідентифікації 
та автентифікації, забезпечуючи лише визначеним користувачам доступ до 
важливих функцій та даних. 
Забезпечення принципу найменших можливостей та контролю над 
правами доступу важливо для попередження несанкціонованого 
використання системи. Розробка системи управління доступом, що враховує 
різні рівні привілеїв, є необхідною. 
Засоби аудиту та моніторингу повинні бути реалізовані для виявлення 
непередбачуваних або підозрілих активностей. Регулярне аудитування 
системи дозволяє оперативно виявляти потенційні загрози та реагувати на 
них. 
Розробка планів та процедур реагування у випадку кіберінцидентів є 
важливим елементом безпеки. Швидка реакція та відновлення роботи 
системи допомагають мінімізувати можливі наслідки. 
Ефективна система безпеки та конфіденційності є запорукою 
успішного впровадження вимірювальних систем у вищих навчальних 
закладах.  
Розуміння та врахування цих аспектів важливо для забезпечення 
надійності та захищеності отриманих даних, забезпечуючи сприятливий 
клімат для використання сучасних технологій у навчанні та дослідженнях. 
Аналіз сучасних вимірювальних систем підкреслює їхню 
перспективність та важливість для вищої освіти. За наявності відповідних 
стратегій впровадження та управління, ці системи можуть стати ключовим 
інструментом у навчанні та дослідженнях. 
 
1.3 Інноваційні підходи до створення автоматизованих 
лабораторних стендів 
 
Інноваційні підходи до створення автоматизованих лабораторних 
стендів розкривають можливості для покращення навчального процесу та 
розвитку студентів у вищих навчальних закладах. 
Створення автоматизованих лабораторних стендів включає в себе 
використання передових технологій, таких як сенсорні елементи, IoT 
(інтернет речей), та програмні засоби для оптимізації процесу вивчення. В 
сучасному освітньому середовищі інтеграція передових технологій у 
створення автоматизованих лабораторних стендів відіграє визначальну роль 
у поліпшенні навчального процесу та підвищенні ефективності навчання. 
Однією з ключових складових інноваційних лабораторних стендів є 
використання сенсорних технологій. Сенсори, вбудовані у лабораторне 
обладнання, дозволяють студентам здійснювати вимірювання та 
спостереження в реальному часі. Наприклад, сенсори температури, вологості, 
тиску можуть бути використані для створення практичних завдань та 
експериментів [6]. 
Застосування концепції Інтернету Речей розширює можливості 
лабораторних стендів. Обладнання, яке підключене до мережі, може 
передавати дані в хмарне сховище, що надає студентам можливість вивчати 
та аналізувати дані з будь-якого місця та в будь-який час. Це робить навчання 
більш гнучким та доступним. 
Розробка програмного забезпечення для моделювання та віртуальних 
експериментів є важливим компонентом інноваційних лабораторних стендів. 
Студенти можуть виконувати експерименти в віртуальному середовищі, що 
дозволяє їм навчатися та вдосконалювати навички, не ризикуючи реальним 
обладнанням. 
Ще однією важливою тенденцією є інтеграція штучного інтелекту 
(ШІ) у лабораторні стенди. Системи ШІ можуть аналізувати та оптимізувати 
процеси вимірювань, а також надавати індивідуальний зворотний зв'язок 
студентам на основі їхньої продуктивності та розвитку [7]. 
Технології AR та VR можуть створювати оточення з поглибленням 
для студентів, дозволяючи їм взаємодіяти з лабораторним обладнанням та 
проводити експерименти у віртуальному середовищі, що робить навчання 
більш захопливим та ефективним [8]. 
Загальний підхід до використання цих технологій у лабораторних 
стендах розширює можливості навчання, роблячи його більш інтерактивним, 
доступним та відповідним сучасним вимогам до освіти. 
Інноваційні підходи сприяють створенню індивідуальних шляхів 
навчання для кожного студента, враховуючи його особисті потреби та 
практичні навички. Індивідуалізація в навчанні є ключовим аспектом, який 
отримує нові розміри завдяки інноваційним лабораторним стендам. 
Застосування сучасних технологій дозволяє перейти від традиційного 
колективного підходу до більш індивідуалізованого навчання. 
Інноваційні лабораторні стенди, здатні враховувати індивідуальні 
особливості студентів, надають можливість персоналізованого підходу до 
навчання. Системи аналізу та оцінки здатні враховувати рівень знань, 
інтереси та швидкість вивчення, що сприяє оптимізації навчання для кожного 
студента окремо. 
За допомогою віртуальних експериментів та програмного 
забезпечення для індивідуального моделювання, студенти можуть вибирати 
завдання, що відповідають їхнім індивідуальним потребам та академічним 
цілям. Це стимулює самостійність та саморегуляцію у процесі навчання. 
Лабораторні стенди, які використовують технології розширеної 
реальності та віртуальної реальності, можуть створювати індивідуальні 
віртуальні середовища для кожного студента. Це дозволяє створювати 
завдання та експерименти, які враховують індивідуальні особливості 
студентів. 
Системи зворотного зв'язку та оцінювання, інтегровані у лабораторні 
стенди, надають можливість персоналізованої оцінки. Студенти отримують 
детальний зворотний зв'язок про свої досягнення та конкретні аспекти, які 
потребують уваги. 
Інноваційні лабораторні стенди дозволяють студентам самостійно 
визначати темп та обсяг вивчення матеріалу. Це особливо важливо для 
студентів із різними темпами навчання та рівнями підготовки. 
Індивідуалізація через інноваційні лабораторні стенди створює 
сприятливе навчальне середовище, де кожен студент може розвивати свій 
потенціал та досягати успіху, зокрема враховуючи його унікальні риси та 
потреби. 
Розвиток технологій впливає на функціональність лабораторних 
стендів, роблячи їх більш гнучкими та адаптивними до змін у вимогах до 
навчання. 
Розширення функціональності лабораторних стендів є ключовим 
напрямком інновацій у сфері вищої технічної освіти. Це охоплює 
впровадження передових технологій та методів, спрямованих на покращення 
якості навчання та розвитку студентів. 
Розширення функціональності включає в себе інтеграцію 
інтерактивних систем, таких як сенсорні панелі, жестикуляція та голосове 
керування. Це сприяє активнішому взаємодії студентів з лабораторними 
стендами та підвищує рівень задієності. 
Застосування технологій розширеної та віртуальної реальності 
дозволяє створювати оточення для навчання з поглибленням. Студенти 
можуть взаємодіяти з віртуальним обладнанням та проводити експерименти 
в умовах, що відтворюють реальні сценарії. 
Розширена функціональність передбачає можливість дистанційного 
керування лабораторними стендами через мережу Інтернет. Це дозволяє 
студентам з різних місць отримувати доступ до лабораторних занять та 
виконувати експерименти. 
Розширена функціональність включає автоматизовану систему збору 
та аналізу даних. Студенти можуть отримувати детальні вимірювання та 
результати експериментів в режимі реального часу, сприяючи глибшому 
розумінню матеріалу. 
Функціональність лабораторних стендів може бути розширена 
використовуючи підхід інтеграції завдань, що охоплюють різні галузі. Це 
дозволяє студентам застосовувати знання з різних областей на практиці та 
розвивати комплексне мислення. 
Розширення функціональності передбачає мультимедійну підтримку, 
включаючи відео-інструкції, анімації та інтерактивні сценарії. Це полегшує 
вивчення складних концепцій та забезпечує наочність матеріалу. 
Розширення функціональності лабораторних стендів стає ключовим 
елементом інноваційного навчання, підвищуючи ефективність та 
привабливість технічної освіти [9]. 
 
 
1.4 Оцінка функціонування існуючих систем автоматизації в 
теплицях. 
 
Теплиця – це спеціалізована структура, яка призначена для 
забезпечення оптимальних умов температури, вологості, та світла для 
рослинного вирощування. Ця структура має на меті створення унікального 
мікроклімату, сприятливого для росту та розвитку рослин, що робить її 
ефективним засобом для регулювання урожайності та забезпечення 
постійного доступу до сезонно необхідних сільськогосподарських культур. 
Існує кілька видів теплиць, спроектованих для різних цілей та умов 
вирощування рослин. До основних типів теплиць належать: 
– фольгові теплиці. Виготовлені з металевого каркасу та плівки або 
фольги. Економічний та легкий варіант для вирощування рослин; 
– плівкові теплиці. Схожі на фольгові теплиці, але використовують 
плівку як покриття. Забезпечують хороше розсіювання світла та добру 
теплоізоляцію; 
– скляні теплиці. Мають скляні стіни та дах для максимального 
проникнення світла. Забезпечують ефективну ізоляцію, але можуть бути 
вартісними у встановленні; 
– теплиці з полікарбонату. Виготовлені з прозорих листів 
полікарбонату, які об'єднують високу стійкість та хорошу теплоізоляцію. 
Застосовуються для різноманітних видів рослин; 
– теплиці-тунелі. Мають аркову конструкцію та плівку або 
полікарбонат як матеріал покриття. Економічний варіант для тимчасового 
вирощування та захисту рослин; 
– літні теплиці. Призначені для вирощування рослин влітку та захисту 
від негоди. Можуть мати регульовану систему вентиляції; 
– гідропонічні теплиці. Орієнтовані на вирощування рослин в 
гідропонічних системах, де корені рослин знаходяться в воді, а не в грунті; 
– вертикальні ферми. Використовують вертикальний простір для 
вирощування рослин, що дозволяє ефективно використовувати обмежену 
площу; 
– теплиці для екзотичних рослин. Створені для вирощування рідкісних 
або екзотичних рослин, які вимагають специфічних умов. 
Кожен тип теплиці має свої переваги та недоліки, і вибір залежить від 
кліматичних умов, типу рослин, які ви вирощуєте, та бюджетних обмежень. 
Крапельний полив, застосований згідно із технологією малооб'ємного 
зрошення, невід'ємна для комплексів овочевих, квіткових та розсадних 
культур, а також для поливу рідким розчином з поверненням використаного 
розчину.  
Сучасні теплиці не уможливлюються без використання системи 
крапельного поливу, яка є основою для точного подання рослинам 
визначеної кількості добрив та води у потрібний момент з урахуванням 
відповідних пропорцій. 
Ця технологія передбачає встановлення комплексу інженерних систем 
та мереж, які автоматично забезпечують рослини необхідними рідкими 
добривами. Управління всім технічним обладнанням здійснюється за 
допомогою комп'ютерної програми, яка дозволяє ефективно контролювати 
процеси поливу в реальному часі, а також аналізувати архівні дані та вносити 
необхідні корективи [10]. 
Система крапельного поливу включає кілька компонентів:  
–  підготовка води; 
–  підготовка розчину; 
–  магістральний трубопровід і крапельна мережа. 
До додаткових компонентів можна віднести системи: 
– повторного використання дренажу; 
– підготовку маточних розчинів для розчинення сухих добрив у воді. 
Аеропоніка представляє собою метод вирощування рослин, який 
використовує повітря або туман, виключаючи використання ґрунту чи 
агрегатного середовища. За даними дослідницької програми NASA, якщо 
виробники вибирають аеропоніку, це може призвести до зменшення витрат 
води на 98%, витрат добрив на 60% та витрат пестицидів на 100%, при цьому 
збільшуючи врожайність своїх культур на 45-75%. 
Кілька досліджень розглядають аеропоніку як сільськогосподарську 
практику, яка виконується в закритих, повністю контрольованих камерах, 
усуваючи зовнішні фактори порівняно з традиційним сільським 
господарством. Це означає, що вона не залежить від великомасштабного 
землекористування і може бути впроваджена будь-де, незалежно від 
поточних кліматичних умов, таких як сезон дощів чи зима. 
Для автоматизованого приготування поживного розчину, планування 
та проведення крапельного поливу в тепличному виробництві 
використовують розчинний вузол, який зображено на рисунку 1.4.1.  
 
 
 
 
Рисунок 1.4.1 – Зовнішній вигляд розчинного вузла для 
крапельного поливу 
 
Цей пристрій дозволяє налаштовувати індивідуальний подачу 
поживного розчину для окремих сегментів теплиці в залежності від графіку 
поливу або витрати розчину. За допомогою різноманітних програм можна 
оптимально планувати полив протягом доби, враховуючи різні критерії, такі 
як час, рівень сонячної радіації, температура, вологість повітря або стан 
субстрату. Система автоматичного дозування рідких мінеральних добрив, що 
керується комп'ютером, забезпечує готування збагачуючих розчинів з точно 
визначеною концентрацією поживних елементів. Параметри поживного 
розчину підтримуються на стабільному рівні завдяки постійному подвійному 
контролю електропровідності (EC) і рН розчину, а також регулюванню 
подачі маточних розчинів і поливальної води. Крім того, передбачено 
контроль витрати маточних розчинів. Система автоматизованого дозування 
повністю керується комп'ютером і дозволяє автоматично змінювати склад 
поживного розчину кожного разу під час поливу. Для систем крапельного 
поливу з використанням повторно використовуваного дренажу розчинний 
вузол дозволяє автоматично змішувати дренаж з чистою водою з 
врахуванням встановленого співвідношення (контроль EC). Щоденно 
комп'ютер розраховує загальний час поливу та витрати робочого розчину за 
день, час поливу та витрати розчину через кожен клапан, а також проводить 
усереднення параметрів (EC, рН та температури) поживного розчину, який 
пройшов через кожен клапан поливу. 
Робочий принцип цього вузла гарантує створення поживного розчину 
із точно визначеною концентрацією (EC) та оптимальним значенням рН 
шляхом змішування води із двома чи більше маточними розчинами та 
кислотою. Якісне та безперервне змішування води із маточними розчинами 
та кислотою відбувається у регульованих ежекційних змішувачах. Комп'ютер 
відслідковує параметри поживного розчину та утримує їх на встановленому 
рівні. Програмування завдань поливу має простий інтерфейс на російській 
мові, не вимагає спеціальних знань і може бути освоєне за кілька годин, що 
дозволяє ефективно організувати збалансоване живлення рослин. Розчинний 
вузол виступає як "серце" системи крапельного поливу та може керувати всім 
процесом, від підготовки води, нагрівання та фільтрації, до контролю 
вологості та температури повітря та субстрату в теплиці. 
Досягнення високих результатів у вирощуванні овочів, квітів, розсади 
та салату в теплицях безпосередньо залежить від забезпечення рослин 
оптимальними умовами росту та розвитку. Однією з ключових умов є чітко 
збалансований мікроклімат. Кілька років тому управління мікрокліматом 
можна було виконувати вручну, але з появою великої кількості інженерних 
систем у теплиці, а також із зростанням вимог до якості підтримки 
мікроклімату, сьогодні жодна промислова теплиця не обходиться без системи 
автоматичного управління. 
Сучасна теплиця включає безліч виконавчих інженерних систем, які 
дозволяють управляти мікрокліматом теплиці. 
Система опалення. Основне завдання системи опалення полягає в 
підтриманні заданої агрономом температури. Зазвичай система опалення 
теплиці складається з декількох окремих контурів (систем). Регулювання 
температури повітря відбувається за допомогою зміни температури води в 
контурах, що здійснюється за допомогою змішувального клапана, який 
змішує в необхідних пропорціях воду від теплоносія (прямий теплоносій) з 
водою, що повернулася з теплиці (зворотний теплоносій); 
Система віконної вентиляції. Для провітрювання повітря всередині 
теплиці у даху передбачені віконця, площа яких становить до 30% від 
загальної площі теплиці. Відкриття та закриття вікон здійснюється за 
допомогою моторизованих редукторів; 
Система затінення. Практично всі нові проекти теплиць обладнуються 
системою затінення, оскільки вона дозволяє економити до 30% теплових 
ресурсів і захищає рослини від сонячних опіків. Принцип її роботи полягає в 
тому, що спеціальний полімерний матеріал розгортається і розгортається над 
рослинами, відсікаючи тим самим світло. Згортання та розгортання 
здійснюється за допомогою спеціальних мотор-редукторів; 
Система додаткового внесення CO2. Важливим параметром 
мікроклімату, поряд з температурою та вологістю, є концентрація 
вуглекислого газу в повітрі. Це пов'язано з тим, що вуглець є основним 
будівельним матеріалом для рослин і процесу фотосинтезу (виробництва 
сухої речовини) без CO2 неможливий. Найбільш економічним рішенням є 
використання відходів газів котельні для додаткового внесення, і в більшості 
тепличних комплексів це саме відбувається. Але в деяких випадках 
доводиться використовувати рідкий вуглекислий газ для додаткового 
внесення, що є більш дорогим рішенням; 
Система додаткового освітлення. Сучасна інтенсивна технологія 
вирощування овочів передбачає встановлення системи освітлення. А для 
вирощування квітів система додаткового освітлення взагалі є необхідною 
умовою. Основне завдання системи - забезпечити певний рівень освітленості 
для вирощування у ті моменти, коли природного світла недостатньо. Рівні 
додаткового освітлення коливаються в діапазоні від 120Вт/м2 до 250ВТ/м2; 
Система рециркуляції повітря. Для забезпечення обміну повітря в 
теплиці в верхній її частині встановлюються вентилятори. При їх включенні 
вони забезпечують рух повітря, вирівнювання теплового поля та 
прискорення конвертованого теплообміну; 
Автоматична система управління мікрокліматом. Призначена для 
зв'язку всіх вищезазначених систем в єдине ціле, в єдиний процес із 
централізованим управлінням. Системи опалення та вентиляції, затінення та 
додаткового освітлення, CO2 та рециркуляція, усе працює під управлінням 
спеціального комп'ютера, який відповідає за те, щоб режим мікроклімату в 
теплиці точно відповідав завданню агронома [11]. 
 
 
Висновки до розділу 1 
 
Розділ 1 магістерської дослідження дозволяє глибше розуміти 
теоретичні аспекти SMART-аудиторій, аналіз сучасних вимірювальних 
систем у вищих навчальних закладах та інноваційні підходи до створення 
автоматизованих лабораторних стендів. Це формує теоретичний фундамент 
для подальших розділів дослідження, де буде розглянуто розробку 
автоматичної вимірювальної системи, алгоритми моделювання та 
експериментальні дослідження. 
РОЗДІЛ 2 
ТЕХНОЛОГІЧНА АРХІТЕКТУРА 
 
 
2.1 Архітектура SMART-аудиторії на кафедрі приладобудування, 
мехатроніки та комп’ютеризованих технологій ЧДТУ 
 
В сучасному університетському середовищі ключовим аспектом є 
створення навчальних просторів, які відповідають вимогам інноваційного 
навчання. Архітектура SMART-аудиторії визначається як системний підхід 
до організації простору, обладнаного сучасними технологічними засобами, з 
метою оптимізації навчального процесу. Тому для більш детального 
дослідження обрано кафедру приладобудування, мехатроніки та 
комп’ютеризованих технологій ЧДТУ, зовнішній вигляд якої зображено на 
рис. 2.1.1. 
Рисунок 2.1.1 – Кафедра приладобудування, мехатроніки та 
комп’ютеризованих технологій 
 
Модель SMART-аудиторії на кафедрі приладобудування, мехатроніки 
та комп’ютеризованих технологій складається із різноманітних модулів та 
систем, таких як: 
– система контролю якості повітря; 
– система безпеки; 
– системи освітлення; 
– система освітлення коридора; 
– система оповіщення; 
– система медіа; 
– системи додаткового підігріву аудиторії; 
– GSM-модуль для віддаленого прийому інформації та керування 
вихідними сигналами. 
При проектуванні моделі за допомогою програмного середовища 
«Home Plan Pro», було створено модель розумної лабораторії для кафедри 
приладобудування, мехатроніки та комп’ютеризованих технологій ЧДТУ, що 
зображено на рис. 2.1.2 
Рисунок 2.1.2 – Схема моделі "SMART-аудиторії" на кафедрі 
приладобудування, мехатроніки та комп’ютеризованих технологій 
 
 
 
 
 
2.2 Розробка структурної схеми для SMART-аудиторії 
 
Для визначення основних функціональних зв'язків між складовими 
виробу та його призначенням було створено структурну схему системи 
керування SMART-аудиторією. 
Основною метою структурної схеми є відтворення загальної 
організації пристрою та взаємозв'язків між його блоками та елементами, як 
показано на рис. 2.2.1. 
 
Рисунок 2.2.1 – Структурна схема SMART-аудиторії на кафедрі 
приладобудування, мехатроніки та комп’ютеризованих технологій 
 
До компонентів системи управління конвеєром входять наступні 
пристрої: 
– автоматика; 
– HUB; 
– ПЛК Kinco; 
– панель Kinco; 
– Wi-Fi роутер; 
– камери; 
– MODBUS; 
– інфрачервоні датчики; 
– сесорний перемикач; 
– дистанційний перемикач; 
– реле із віддаленим керуванням; 
– датчик звуку; 
– LED стрічка; 
– розетки; 
– вентилятор; 
– двигуни; 
– комбінований датчик; 
– датчик температури. 
 
 
2.3 Технічні складові автоматизованої SMART-аудиторії 
 
Для забезпечення безперебійної роботи автоматизованої                   
SMART-аудиторії на кафедрі приладобудування, мехатроніки та 
комп’ютеризованих технологій потрібно забезпечити систему автоматичним 
захистом, пристроєм захисного вимкнення та реле контролю напруги, які 
зображені на рис. 2.3.1. 
Рисунок 2.3.1 – Автоматичний захист, пристрій захисного 
вимкнення та реле контролю 
Автоматичний захист та пристрій захисного вимкнення є важливими 
компонентами у багатьох системах та електричних пристроях. Основна їхня 
мета – забезпечити безпеку обладнання, уникнути пошкоджень внаслідок 
перевантажень чи інших небезпечних ситуацій. 
Автоматичний захист може виявляти перевантаження в лінії живлення 
та автоматично відключати живлення, щоб запобігти перегріву та можливому 
пошкодженню електричних компонентів. 
Якщо в схемі стається коротке замикання, автоматичний захист 
негайно відключає живлення, захищаючи обладнання та зменшуючи ризик 
виникнення пожежі. 
Пристрій захисного вимкнення, такий як RCCB (Residual Current 
Circuit Breaker), виявляє незворотні та навіть незначні течії струму до землі, 
автоматично вимикаючи живлення для запобігання ураженню електричним 
струмом та можливому ураженню людини. 
Деякі пристрої захисного вимкнення можуть також реагувати на 
надмірну температуру чи інші умови, що можуть виникнути при 
неправильному використанні обладнання. 
Реле контролю напруги - це електричний пристрій, призначений для 
моніторингу рівня напруги в електричній мережі та виклику відповідних дій 
при перевищенні або зниженні напруги до певних порогових значень. Це 
важливий елемент в системах автоматизації та безпеки електропостачання. 
Інфрачервоні (ІЧ) датчики (рис. 2.3.2) є технологічними пристроями, 
призначеними для вимірювання та виявлення інфрачервоного 
випромінювання, яке є невидимим для людського ока. Ці датчики знаходять 
застосування в різноманітних областях через свої унікальні властивості. 
Рисунок 2.3.2 – Інфрачервоні датчики 
ІЧ датчики використовуються для виявлення руху чи присутності 
об'єктів у приміщеннях чи на відкритих площах. Це застосування широко 
використовується в системах безпеки, автоматизованих освітлювальних 
системах та інших системах "SMART-аудиторій". 
Датчики звуку (рис. 2.3.3) є пристроями, призначеними для 
вимірювання або виявлення акустичних сигналів у навколишньому 
середовищі. Вони перетворюють звукові хвилі в електричний сигнал і 
використовуються в різних сферах завдяки своїм унікальним властивостям. 
 
Рисунок 2.3.3 – Датчик звуку 
 
Датчики звуку входять в склад систем безпеки та відеоспостереження, 
реагуючи на звукові сигнали або шуми та сповіщаючи про можливі 
надзвичайні ситуації. 
В системах автоматизації розумних приміщеннях та інших системах 
контролю середовища датчики звуку можуть використовуватися для 
виявлення шумів, гучності та інших параметрів навколишнього середовища. 
У деяких випадках, датчики звуку можуть використовуватися як 
сенсори для інтерактивних систем, що реагують на звукові команди чи 
торкання. 
Вентилятори (рис. 2.3.4) є електричними або механічними 
пристроями, призначеними для створення витяжки або обміну повітря в 
приміщенні чи області. Вони знаходять широке застосування в різних сферах 
через свою здатність забезпечувати циркуляцію повітря та охолодження.  
 
 
Рисунок 2.3.4 – Вентилятор 
 
Вентилятори використовуються в системах вентиляції для виведення 
використаного повітря та вводження свіжого повітря в приміщення. Це 
особливо важливо для забезпечення здоров'я та комфорту в закритих 
приміщеннях. 
Вентилятори входять в склад кондиціонерів повітря, де вони 
допомагають розподілювати прохолоджений чи обігрітий повітря по 
приміщенню. 
Вентилятори використовуються для охолодження електронічного 
обладнання, такого як комп'ютери, сервери та інші пристрої, які можуть 
нагріватися під час роботи. 
Датчики температури та комбіновані датчики, які вимірюють 
температуру повітря, вологість та яркість освітлення (рис.2.3.4), знаходять 
широке застосування в різних галузях, від промисловості та будівництва до 
домашніх та офісних систем автоматизації.  
Рисунок 2.3.4 – Датчик температури та комбінований датчик 
 
Їх основне завдання яке вони виконують в системах розумних 
приміщень це клімат контроль. 
Двигун - це механічний пристрій, який перетворює одну форму 
енергії в іншу, зазвичай в рухову енергію. В розумних приміщеннях 
використовуються різноманітні типи двигунів, які працюють в парі з 
інтелектуальними системами для автоматизації різних функцій та 
покращення комфорту користувачів.  
Електричні двигуни можуть використовуватися для автоматизованого 
відкривання та закривання вікон та дверей, а також для регулювання жалюзі 
чи зовнішніх штор. Електричні приводи використовуються для 
автоматичного керування шторами та жалюзі для регулювання освітлення та 
захисту від сонця. 
Світлодіодні стрічки, це гнучкі стрічки, на яких розташовані 
світлодіоди. Вони широко використовуються для освітлення, декору та 
підсвічування в різних областях. Світлодіоди є енергоефективними та 
витрачають менше електроенергії порівняно з іншими джерелами світла. 
Вони використовуються для освітлення приміщень або для декорування 
інтер’єру. 
Реле – це електричний або електромеханічний пристрій, який 
використовується для управління електричними схемами та вимикачами. 
Реле дозволяє одному електричному колу керувати іншим електричним 
колом, яке може бути відокремлене фізично чи електрично. 
Реле працює на основі електромагнітного принципу. Воно включає в 
себе котушку та перемикач (контакт), який виконує відкриття або закриття 
контакту за умови активації котушки електричним струмом. Існує безліч 
різновидів реле, кожне з яких призначене для конкретних завдань і 
використовується в різних галузях техніки та промисловості. До основних 
належать: електромеханічні реле, твердотільні реле, теплові реле, реле часу. 
ПЛК, або програмований логічний контролер (англ. Programmable 
Logic Controller), такі як ПЛК Kinco, що зображено на рис. 2.3.5, є 
спеціалізованим комп'ютерним пристроєм, який використовується для 
автоматизації та керування різними технологічними процесами та системами. 
Вони грають ключову роль у промислових автоматизованих системах та 
навчальних, таких як виробництво, електроенергетика, розумні приміщення і 
багато інших. 
Рисунок 2.3.5 – ПЛК Kinco 
 
ПЛК програмуються за допомогою спеціалізованих мов 
програмування, таких як ладдерна логіка (Ladder Logic), структурний текст 
(Structured Text), функціональні блоки (Function Block Diagram) та інші. 
Панель оператора (Operator Panel) - це пристрій, який 
використовується для взаємодії оператора або користувача з 
автоматизованою системою або обладнанням. Ця панель може бути 
частиною системи управління, яка включає в себе програмовані логічні 
контролери (ПЛК), сенсори, приводи та інші компоненти для керування та 
моніторингу процесів. 
Modbus – це відкритий протокол зв'язку, який використовується для 
передачі інформації між пристроями в автоматизованих системах та 
обладнанні промисловості. Цей протокол розроблений для спрощення 
комунікації між різними пристроями в системах автоматизації та контролю. 
Він є протоколом зв'язку між пристроями, і його можна використовувати для 
передачі даних між різними пристроями, такими як датчики, реле, ПЛК 
(програмовані логічні контролери) та інші. 
Камери відеоспостереження, часто називаються відеокамерами або 
CCTV-камерами, є важливим елементом систем безпеки та 
відеоспостереження. Вони застосовуються в різних сферах для 
відслідковування подій, забезпечення безпеки та надання візуальної 
інформації.  
 
 
2.4 Автоматизація лабораторного стенду та його структурна схема 
 
Лабораторний стенд є спеціально обладнаним простором, 
призначеним для проведення практичних експериментів та навчальних 
досліджень у конкретній галузі науки або техніки. Це технічно обладнане 
місце, де студенти можуть застосовувати теоретичні знання на практиці, 
взаємодіяти з реальними пристроями та системами, а також розвивати 
необхідні навички для своєї майбутньої професійної діяльності. 
Лабораторні стенди надають студентам можливість безпосередньо 
застосовувати теоретичні знання в практичних завданнях. Це сприяє 
кращому розумінню та усвідомленню матеріалу. 
Студенти можуть проводити різноманітні експерименти, тестувати 
гіпотези та спостерігати за реальними процесами. Це розширює їхнє 
розуміння та навички в конкретній області. 
Лабораторні стенди дозволяють викладачам та студентам здійснювати 
дослідження, що сприяє розвитку нових технологій та відкриттю нових знань 
у відповідній галузі. 
Функціонально-системний аналіз (ФСА) допомагає ідентифікувати 
основні функції системи або процесу. Цей аналіз дозволяє виявити 
взаємозв'язки між різними елементами системи та їх функціями.  
ФСА може застосовуватися в різних галузях, включаючи інженерію, 
інформаційні технології, управління проектами, бізнес-аналіз та інші. 
Основна ідея полягає в розгляді системи як єдності взаємопов'язаних 
елементів та функцій, щоб забезпечити її ефективну роботу та вирішення 
конкретних завдань. 
Тому щоб краще зрозуміти принцип дії теплиці і макету 
лабораторного стенда в цілому, розроблено функціональну схему, що 
зображена на рис. 2.4.1. 
 
 
 
Рисунок 2.4.1 – Функціональна схема теплиці 
 
Модель лабораторного стенда для студентів "Теплиця" на кафедрі 
приладобудування, мехатроніки та комп’ютеризованих технологій 
складається із різноманітних систем, таких як: 
– моніторинг та регулювання параметрів системи; 
– автоматичний полив та освітлення; 
– взаємодія з GSM модулем; 
– спостереження за безпекою; 
– кліматичний контроль в теплиці. 
Для розуміння основних функціональних зв’язки між частинами 
лабораторного стенду та його призначенням, потрібно розробити структурну 
схему діючого макету теплиці. 
Головним завданням структурної схеми є відображення загальної 
структури лабораторного стенду, його зав’язків між системами та 
підсистемами, як зображено на рисунку 2.4.2. 
 
 
Рисунок 2.4.2 – Структурна схема лабораторного стенду 
 
До складу системи керування теплицею входять такі пристрої: 
– ПЛК AMSAMOTION; 
– перемикачі; 
– датчик вологості повітря; 
– датчик вологості ґрунту; 
– датчик світла; 
– датчик руху; 
– датчик температури; 
– датчик тиску повітря; 
– реле; 
– тен; 
– лампочка; 
– вентилятор. 
 
 
2.5 Технічна частина автоматизованого лабораторного стенду 
 
Автоматичний вимикач (зображений на рис. 2.5.1) призначений для 
захисту електричної системи конкретного будинку чи споруди. У випадках 
перевищення електричного струму може виникнути перевантаження, і без 
відповідного захисту можуть постраждати прилади та інші чутливі 
електронні пристрої. Найприкріше, що може трапитися, – це спалах пожежі 
всередині приміщення, що виникає внаслідок електричних перевантажень. 
Автоматичні вимикачі ефективно працюють у запобіганні таких ситуацій, 
негайно блокуючи або призупиняючи вхідний стрибок напруги до 
виникнення проблем. 
 
Рисунок 2.5.1 – Автоматичний вимикач 
 
Самим грубим типом автоматичного вимикача є запобіжник. Багато 
людей розглядає запобіжник і автоматичний вимикач як різні речі, хоча 
технічно запобіжник може вважатися автоматичним вимикачем через його 
функції. Запобіжники залишаються в експлуатації й досі, але їхня 
популярність поступово зменшується. 
Зазвичай автоматичні вимикачі використовують електромагнетизм 
для виконання своїх завдань. Неочікуване збільшення електричної 
потужності активує їхні власні електромагніти, які вимикають автоматичний 
вимикач. 
Існують різні типи автоматичних вимикачів, призначених для 
виявлення різних ситуацій, таких як критично низька напруга, 
перевантаження чи різкі стрибки напруги. Теплові автоматичні вимикачі та 
інші спеціалізовані для промислового використання також існують. 
Встановлення автоматичних вимикачів може призвести до значної 
економії. Це дозволить уникнути основного головного болю, пов'язаного з 
проведенням глобальних ремонтів. Коли вимикач спрацьовує, все, що 
потрібно зробити, – це виявити зазвичай невелику проблему, що призводить 
до несправності. Після завершення ремонту просто поверніть в 
автоматичному вимикачі для відновлення нормальної роботи мережі. Якщо 
несправність не буде усунута, автоматичний вимикач може просто 
спрацювати знову, але це не призведе до подальших пошкоджень. 
Блок живлення 24 В для лабораторного стенду, що зображено на 
рис. 2.5.2 є високоефективним та надійним пристроєм, розробленим з 
урахуванням сучасних вимог до лабораторних досліджень. Він забезпечує 
стабільне та точне електроживлення для різноманітних пристроїв та 
експериментів, створюючи оптимальні умови для проведення наукових та 
інженерних досліджень. 
Рисунок 2.5.2 – Блок живлення 
 
Гарантує на своїх виходах напруги на рівні 24 В з мінімальними 
коливаннями, що необхідно для точних вимірювань та надійної роботи 
підключених пристроїв. 
Легкий, компактний та міцний корпус забезпечує тривалий термін 
служби пристрою. 
Датчик руху (рис. 2.5.2) – це електронний пристрій, спроектований 
для виявлення фізичних рухів у природному або штучному середовищі і 
перетворення їх на електричний сигнал. Вони грають ключову роль у 
сучасних системах автоматизації та контролю, забезпечуючи автоматичне 
включення або виключення пристроїв чи систем при виявленні руху в 
заданому діапазоні. 
Датчики руху знаходять широке застосування у різних галузях, таких 
як безпека, освітлення, енергозбереження та автоматизація приміщень. 
Основна ідея полягає в тому, що датчик руху реагує на зміни в 
інфрачервоному випромінюванні, яке випромінюється об'єктами, що 
перебувають у його зоні дії. Це може включати в себе рух людей, тварин або 
інших об'єктів. 
Основні функції датчиків руху включають забезпечення безпеки, 
ефективного використання енергії та зручності. Застосування цих пристроїв 
може значно полегшити керування освітленням, системами кондиціонування 
повітря, відеоспостереженням та іншими системами у реальному часі. 
Рисунок 2.5.3 – Датчик руху 
 
Датчик вологості повітря (рис. 2.5.4) – це пристрій, спроектований для 
вимірювання кількості водяної пари, яка міститься в повітрі. Цей показник 
виражається у відсотках та називається відносною вологістю. Датчики 
вологості використовуються в різних галузях, таких як автоматизація клімат-
контролю, агротехнології, промисловість та інші, де точне вимірювання 
вологості є важливим параметром. 
Основна функція датчика вологості – це надання інформації про 
рівень вологості у середовищі. Це може бути корисним для забезпечення 
комфортних умов в приміщеннях, контролю вологості в процесах 
виробництва, управління системами автоматичного поливу в сільському 
господарстві тощо. 
Датчики вологості можуть вимірювати вологість за допомогою різних 
технологій, таких як ємнісні, опірні, термальні, оптичні тощо. Вони часто 
використовуються в поєднанні з іншими сенсорами, наприклад, 
температурними, для отримання більш повного зображення кліматичних 
умов в конкретному місці чи процесі. 
 
Рисунок 2.5.4 – Датчик вологості повітря 
 
Датчик температури – це пристрій, призначений для вимірювання 
температури в певному середовищі. Це один із найпоширеніших типів 
сенсорів, який застосовується в різних галузях, включаючи промисловість, 
медицину, автомобільну промисловість, клімат-контроль, електроніку та 
інші. 
Датчики температури можуть використовувати різні технології для 
вимірювання теплового випромінювання, змін опору (зображено на            
рис. 2.5.5), розширення рідини чи газу під впливом температури. Їх можна 
поділити на контактні та безконтактні. 
Датчики температури грають важливу роль у величезному спектрі 
застосувань, включаючи контроль процесів, захист електроніки від перегріву, 
вимірювання температури в людському тілі, тепличні дослідження та інші 
області. 
 
Рисунок 2.5.5 – Датчик температури 
 
Датчик світла (рис. 2.5.6) – це пристрій, який призначений для 
вимірювання рівня освітленості в оточуючому середовищі. Цей тип датчиків 
використовується в різних пристроях та системах для автоматичного 
керування освітленням, енергозбереженням, безпекою та іншими цілями. 
Рисунок 2.5.6 – Датчик світла 
 
Датчики світла важливі для створення ефективних та 
енергозберігаючих систем освітлення, а також для автоматизації процесів в 
різних галузях. 
Реле, що зображено на рис. 2.5.7 – це електромеханічний або 
електронний пристрій, призначений для перемикання електричних контактів 
відповідно до зміни стану управляючого сигналу. Основна функція реле – це 
передача сигналу або керування від одного елемента системи до іншого. 
Рисунок 2.5.7 – Зовнішній вигляд реле 
Ці реле можуть використовуватися в різних ситуаціях в залежності від 
потреб системи. Наприклад, реле 24В на 220В може бути використане для 
керування великими електричними навантаженнями в системах 
автоматизації, тоді як реле 220В на 24В може бути використане для взаємодії 
з логікою керування, яка працює при напрузі 24В. 
Твердотіле реле (рис. 2.5.8) – це тип реле, в якому відсутні рухомі 
механічні частини, такі як соленоїд і контакти, що характерне для 
традиційних електромеханічних реле. Замість цього вони використовують 
напівпровідникові компоненти, такі як транзистори і тиристори, для 
керування включенням або вимкненням електричних ліній. 
 
Рисунок 2.5.8 – Зовнішній вигляд реле 
 
Твердотілі реле застосовуються в різних галузях, включаючи 
автоматизацію процесів, керування навантаженням в енергетичних системах, 
електроніці, аудіоапаратурі та інших сферах, де важливі характеристики 
високої швидкодії і довгого терміну служби. 
GSM модуль – це компактний пристрій, який використовує 
технологію GSM (Global System for Mobile Communications) для забезпечення 
зв'язку між електронними пристроями та мережею мобільного зв'язку. Ці 
модулі дозволяють пристроям надсилати та отримувати дані через мобільну 
мережу, що робить їх ідеальними для реалізації зв'язку в системах "Інтернет 
речей" (IoT), системах моніторингу та керування здалеку. Зовнішній вигляд 
модуля зображено на рис. 2.5.9. 
Рисунок 2.5.9 – Зовнішній вигляд GSM модуля 
 
Слот для SIM-карти використовується для вставлення SIM-карти 
оператора мобільного зв'язку. Антена для отримання та відсилання сигналів 
мобільного зв'язку. Комунікаційні порти для підключення до інших 
пристроїв. Модем GSM використовується для взаємодії з мобільною 
мережею та передачі даних. Деякі моделі мають вбудований мікроконтролер 
чи процесор для обробки даних та керування функціями модуля. 
Переваги GSM модулів включають широкий охоплення мобільною 
мережею, невеликі розміри та простоту використання. 
При виборі контролера ключовим критерієм є наявність достатньої 
кількості потрібних входів і виходів. Для ефективного функціонування 
системи керування необхідно мати 9 дискретних входи, 4 дискретних виходи, 
4 аналогових входи, два аналогових виходи. Вигляд промислового 
контролера AMSAMOTION можна спостерігати на рис. 2.5.9. 
Рисунок 2.5.9 – Зовнішній вигляд ПЛК 
 
Програмовані логічні контролери (ПЛК) призначені для автоматизації 
та керування різними технологічними процесами та системами в 
промисловості.  
В системах автоматичного керування програмовані логічні 
контролери використовуються для впровадження автоматизації та керування 
різними процесами і системами. В основі цього підходу лежить використання 
програмного забезпечення для створення логічних умов і алгоритмів, які 
визначають реакцію системи на різні входи та події [12]. 
 
 
2.6 Методологія 
 
У даному підрозділі розглянуто методологічний підхід, який 
використовувався у процесі розробки та впровадження SMART-аудиторії в 
університетському середовищі. Вибір відповідних методів є ключовим 
етапом у забезпеченні ефективності та успішності цього проекту. 
Для досягнення гнучкості та швидкості у розробці було обрано гнучку 
методологію розробки, а саме – Agile. Agile дозволяє ефективно реагувати на 
зміни вимог у процесі розробки, пристосовуючи продукт до реальних потреб 
користувачів. Використання принципів Agile також полегшує співпрацю в 
команді та забезпечує підтримку користувачів протягом усього циклу 
розробки. 
Впровадження прототипів відіграє важливу роль у розробці смарт-
аудиторії. Цей підхід дозволяє швидко створювати та тестувати основні 
функціональності, отримувати відгуки від користувачів та вносити необхідні 
зміни на ранніх етапах розробки. Прототипування сприяє визначенню 
реальних потреб користувачів та уточненню функціоналу.  
Методологія передбачає поетапну інтеграцію ключових технологій, 
таких як IoT та ШІ. Це дозволяє вирішити проблеми взаємодії між 
компонентами системи та забезпечити їх оптимальну працездатність. 
Інтеграція технологій проводиться на ранніх етапах розробки, що полегшує 
виявлення можливих проблем та їх вирішення. 
На етапі опису алгоритму роботи розглядається детальний опис 
алгоритму роботи SMART-аудиторії. Він включає в себе кроки збору та 
аналізу даних, прийняття рішень та взаємодію з користувачами. Алгоритм 
розроблено з урахуванням найкращих практик та враховує специфічні 
потреби університетського середовища. Обрана методологія та алгоритм 
роботи забезпечують не лише ефективну розробку SMART-аудиторії, але й 
гарантують високу адаптивності до змін у вимогах користувачів та 
можливість швидкої інтеграції нових технологій у майбутньому. 
Висновок до розділу 2 
 
У данному розділі проведено аналіз сучасних технологічних рішень у 
галузі інженерії автоматизації комп'ютеризованих та робототехнічних 
систем. Розглянуті високоефективні компоненти лабораторного стенду 
"Теплиця" демонструють важливість використання автоматизованих систем в 
наукових та інженерних дослідженнях. 
Особлива увага приділена SMART-аудиторіям як сучасним освітнім 
середовищам. Ці аудиторії, обладнані передовою технікою та 
інтерактивними засобами, створюють оптимальні умови для залучення 
студентів до навчання та сприяють розвитку їхніх здібностей. 
Інтеграція лабораторного стенду та SMART-аудиторій може стати 
ключовим кроком у підготовці фахівців у галузі інженерії. Спільне 
використання цих технологій створює комплексне навчальне середовище, 
яке сприяє вдосконаленню якісної підготовки студентів та розвитку їхніх 
технічних та практичних навичок. 
Отже, використання автоматизованих лабораторних засобів разом із 
сучасними SMART-аудиторіями відкриває нові перспективи для 
удосконалення якості освіти в галузі інженерії, створюючи інноваційне та 
ефективне освітнє середовище для студентів. 
 
 
 
 
 
 
РОЗДІЛ 3 
РОЗРОБКА АЛГОРИТМІВ СИСТЕМ КЕРУВАННЯ 
 
 
3.1 Розробка алгоритму керування SMART-аудиторією  
 
У процесі розробки SMART-аудиторії обрано гнучку методологію 
розробки, зокрема Agile. Це рішення забезпечує високої гнучкості та 
швидкості в реагуванні на зміни вимог. Методологія Agile дозволяє 
ефективно враховувати відгуки користувачів та адаптувати продукт до їхніх 
реальних потреб. 
Для розробки SMART-аудиторії використовується метод 
впровадження прототипів. Це дозволяє швидко створювати та тестувати 
основні функціональності, а також отримувати зворотній зв'язок від 
користувачів на ранніх етапах розробки, сприяючи точному визначенню 
їхніх реальних потреб. 
Алгоритм розпочинається з збору даних від IoT-сенсорів, 
розташованих в аудиторіях. Отримані дані включають інформацію про 
використання приміщень, температуру, освітлення та інші параметри. 
В коридорі, коли користувач проходить до аудиторії спрацьовує 
датчик руху, який сигналізує контролеру, що в свою чергу вмикає 
світлодіодні стрічки, що вказують на напрямок руху до кафедри 
приладобудування, мехатроніки та комп’ютеризованих технологій.  
На вході до SMART-аудиторії зустрічає електромагнітний замок який 
можна відкрити за допомогою сенсорної панелі відкривши ввівши код, або 
через додаток в телефоні. 
Далі користувача зустрічає кімната керування SMART-аудиторії в 
якій за допомогою сенсорної панелі користувач може проаналізувати стан 
аудиторії визначивши температуру, вологість повітря, рівень якості 
освітлення, кількість присутніх студентів які заходили чи виходили в 
аудиторію. 
За допомогою перемикачів, що розміщені зліва від сенсорної панелі 
можна ввімкнути або вимкнути живлення аудиторії. Так як перемикач 
виконує керування дистанційно за рахунок вбудованого джерела живлення, 
викладач може перемістити його до свого кабінету. 
Для забезпеченню комфорту викладачів система передбачає 
можливість дистанційного ввімкнення на 20 хв реле, що вмикає чайник. Це 
дозволить підігріти воду до приходу викладача в аудиторію. 
У зимній період система SMART-аудиторії забезпечує додаткового 
тепла для студентів за рахунок розміщених тенів під партами. 
Для зниження температури в аудиторі використовується вентилятор 
що вмикається та вимикається за рахунок контроля температури в аудиторії 
при досягненні верхнього або нижнього значення. 
Система мультимедійного контролю вмикає проектор після хлопка. 
Після зчитування сигналу опускається мультимедійна дошка, вимикається 
вентилятор, замикається аудиторія, вимикається світло та закривається 
жалюзі на вікнах. 
Для збільшення ефективності SMART-аудиторії застосовується 
голосовий помічник. 
GSM модулів контролює датчик вологості, що сигналізує про 
протікання. Він надсилає повідомлення користувачу про поломку, 
користувач в свою чергу може надіслати команду, для перекривання клапана. 
Контроль освітлення реалізовує за допомогою вимикачів в аудиторії 
викладача та в лабораторії. Це завдання можна виконати за допомогою GSM 
модуля. 
Також SMART-аудиторії передбачає систему безпеки, що 
забезпечується за рахунок відеокамер, та відстеження руху в приміщенні. 
Викладач може дистанційно спостерігати за станом в аудиторії та 
можливість блокування дверей. 
На основі зібраних даних застосовується алгоритм аналізу для 
оптимізації використання аудиторій. Це включає визначення пікових 
навантажень, рекомендації щодо оптимального розташування занять та 
безпека. 
Штучний інтелект використовується для аналізу великої кількості 
даних та прийняття оптимальних рішень щодо управління аудиторіями. 
Алгоритм автоматично адаптується до змін у вимогах та умовах середовища. 
Система SMART-аудиторії передбачає взаємодію з користувачами 
через інтерфейс, що дозволяє отримувати зворотний зв'язок, а також 
враховувати їхні пропозиції та побажання для постійного удосконалення 
функціоналу. 
Зазначений алгоритм розроблено з використанням обраної 
методології та враховує специфічні вимоги університетського середовища. 
Передбачається, що його впровадження значно покращить управління та 
використанням аудиторій, забезпечуючи ефективність та задоволення 
користувачів. 
Система SMART-аудиторії, розроблена з використанням передових 
технологій, має великий потенціал для інтеграції з іншими підсистемами, 
розширюючи тим самим свої можливості та функціонал.  
Наприклад, вона може легко взаємодіяти з системами керування 
лабораторними стендами, інтегруючи їх функціонал у загальний контекст 
університетської інфраструктури.  
Ця взаємодія дозволяє розширювати функціональність системи, 
забезпечуючи не лише ефективне використання аудиторій, але й 
оптимізоване управління та моніторинг лабораторних приміщень. 
 Такий підхід сприяє створенню інтегрованої та універсальної 
системи, яка відповідає різноманітним потребам університетського 
навчального процесу. 
 
 
3.2 Розробка алгоритму керування лабораторним стендом 
 
У сучасному вищому навчальному закладі роль інноваційних 
технологій та ефективного використання ресурсів відіграє велике значення. 
Розробка алгоритму керування "Теплицею" як частиною SMART-аудиторії, 
спрямованою на студентське середовище, визначає актуальність даного 
дослідження для підвищення якості та практичності навчального процесу. 
Метою даного дослідження є розробка ефективного алгоритму 
керування "Теплицею" як частиною SMART-аудиторії, яка призначена для 
студентських потреб. Завдання включають в себе аналіз технологій 
управління сільськогосподарськими об'єктами та SMART-технологій для 
розробки оптимального алгоритму та його впровадження у навчальному 
середовищі. 
Розробка алгоритму керування "Теплицею" в рамках                        
SMART-аудиторії для студентів передбачає застосування гнучкої методології 
розробки, щоб забезпечити ефективне вирішення завдань та швидку 
адаптацію до змін. Обрано Agile-підходу, оскільки він надає можливість 
поетапної розробки та надійної взаємодії зі студентами та іншими 
учасниками процесу, що є критичним у вищих навчальних закладах. 
Алгоритм розпочинається із системи збору даних в режимі реального 
часу, що включає в себе інформацію про температуру, вологість, освітлення 
та інші параметри середовища "Теплиці". Дані збираються з сенсорів, 
розташованих у різних зонах стенду. 
Зібрані дані обробляються з врахуванням специфічних потреб 
студентів, які використовують "Теплицю" у навчальних цілях. Аналіз 
включає визначення відповідності умов вирощування рослин вимогам 
навчальних завдань та процесів. 
На основі зібраних даних та аналізу визначаються оптимальні 
параметри для керування "Теплицею". Алгоритм враховує студентські 
завдання та надає можливість користувачам (студентам та викладачам) 
вибирати режими роботи для виконання конкретних експериментів чи 
навчальних проектів. 
Розроблений алгоритм взаємодіє з іншими підсистемами                   
SMART-аудиторії, сприяючи взаємодії та обміну даними між різними 
частинами системи. Це включає інтеграцію з системами керування освітніми 
процесами, забезпечуючи взаємодію "Теплиці" з навчально-методичними 
аспектами студентів. 
Отже спочатку "Теплиця" починає роботу зі того, що включає системи 
за допомогою кнопки фіксованого замикання і відбувається ініціалізація 
ПЛК та інших компонентів. 
Моніторинг параметрів навколишнього середовища відбувається за 
рахунок зчитування аналогових сигналів від датчика температури та 
вологості ґрунту. Відстеження рівня освітленості за допомогою дискретного 
датчика світла. 
Автоматичний режим регулювання виконує функції використання 
ПЛК для контролю параметрів та прийняття рішень на основі отриманих 
даних. 
Активація вентиляторів для охолодження, якщо температура 
перевищує заданий поріг. 
Включення тена для нагрівання при недостатній температурі. 
Для забезпечення вологи в теплиці застосовується автоматичний 
полив. Запуск поливальної системи при низькому рівні вологості ґрунту. Та 
зупинка поливу при досягненні оптимального рівня вологості. 
Також система передбачає режим спостереження за безпекою. 
Використання дискретного датчика руху для виявлення присутності людей в 
теплиці. 
Система може взаємодіяти із з GSM модулем. Прийняття команд від 
GSM модуля для виконання спеціальних дій (наприклад, 
ввімкнення/вимкнення опалення). 
За допомогою спеціального сценарію. Відправлення звіту за 
допомогою GSM про стан теплиці (рівень температури та вологості) через 
комбінований датчик температури-вологості. 
При завершення роботи теплиця. Вимикає систему та зупинка всіх 
компонентів за допомогою кнопки фіксованого замикання. 
Розроблений алгоритм дозволяє досягти високого рівня ефективності 
управління "Теплицею", забезпечуючи оптимальні умови для вирощування 
рослин в навчальних цілях. Система відповідає студентським потребам та 
сприяє успішному виконанню навчальних завдань. 
Алгоритм успішно взаємодіє з іншими підсистемами                        
SMART-аудиторії, забезпечуючи інтеграцію та обмін даними. Це робить 
систему комплексною та готовою до використання в сучасних умовах вищої 
освіти. 
Впровадження "Теплиці" як частини SMART-аудиторії з алгоритмом 
керування сприяє покращенню навчального процесу. Студенти отримують 
можливість практичного використання та дослідження в галузі аграрних 
технологій, що позитивно впливає на їхню академічну підготовку. 
Розроблений алгоритм має відкриту архітектуру та гнучкість у 
впровадженні нового функціоналу. Це забезпечує можливість швидко 
реагувати на зміни в умовах вищої освіти та технологічний прогрес. 
 
 
3.3 Розробка алгоритму керування голосовим асистентом 
 
У контексті сучасного вивчення та застосування голосових технологій 
в SMART-аудиторіях та лабораторних стендах, розробка алгоритму 
керування голосовим асистентом для "Теплиці" стає особливо актуальною. 
Він має виконувати функції вітання, відтворення музики та створення 
текстових задач для підвищення ефективності та зручності використання 
SMART-аудиторії в освітньому процесі. 
Основною метою цього дослідження є розробка алгоритму керування 
голосовим асистентом, спроектованого для SMART-аудиторії, зокрема, 
лабораторного стенду "Теплиця". Завдання включають в себе створення 
ефективної системи взаємодії з користувачами для здійснення вітання, 
відтворення музики та створення текстових задач. 
Для реалізації розпізнавання мови в алгоритмі голосового асистента 
для лабораторного стенду "Теплиця" використовується бібліотека 
SpeechRecognition, яка забезпечує потужні інструменти для обробки аудіо 
даних в програмах, написаних на мові програмування Python. 
Схема опрацювання голосової команди зображена на рисунку 3.3.1. 
Рисунок 3.3.1 – Схема опрацювання голосової команди 
 
SpeechRecognition — це високорівнева бібліотека, спеціально 
розроблена для розпізнавання мови в алгоритмі голосового асистента для 
лабораторного стенду "Теплиця" сприяє ефективній та точній обробці 
голосових команд, роблячи взаємодію з системою зручною та надійною. 
 
 
Блок-схема роботи голосового асистента наведено на рисунку 4.3.1. 
 
 
Рисунок 3.3.2 – Блок-схема роботи голосового помічника 
 
Розроблений алгоритм демонструє високу ефективність у виконанні 
функцій вітання, відтворення музики та створення текстових задач. 
Користувачі можуть легко взаємодіяти з системою, отримуючи відмінний 
досвід використання голосового інтерфейсу. 
Алгоритм успішно інтегрується з іншими системами                         
SMART-аудиторії, покращуючи загальну функціональність та розширюючи 
можливості використання лабораторного стенду. Це дозволяє створити 
комплексне середовище для навчання та дослідження. 
Результати тестування та оцінки задоволення користувачів свідчать 
про позитивний прийом розробленого голосового асистента. Зручність 
використання та якість виконання завдань сприяють задоволенню 
користувачів. 
Для подальшого вдосконалення системи, можна розглядати 
розширення функціоналу голосового асистента. Додавання нових функцій, 
таких як взаємодія з іншими пристроями SMART-аудиторії та інтеграція з 
іншими платформами. 
Дослідження можливостей взаємодії розробленого голосового 
асистента з іншими навчальними середовищами та платформами для 
створення інтегрованого інструментарію для студентів та викладачів. 
Розроблений голосовий асистент відкриває широкі перспективи для 
вдосконалення SMART-аудиторії та покращення вивчення та роботи в 
навчальних умовах. 
 
 
Висновок до розділу 3 
 
Розділ 2 розглядає два ключових аспекти сучасних навчальних 
середовищ: розробку алгоритму керування лабораторним стендом "Теплиця" 
та алгоритму керування голосовим асистентом для SMART-аудиторії. 
Обидва алгоритми спрямовані на покращення навчального процесу та 
забезпечення оптимальних умов для студентського середовища. 
У першому випадку, алгоритм керування "Теплицею" визначається 
гнучкою методологією розробки, основаною на Agile-підході. Збір та аналіз 
даних з сенсорів, обробка даних відповідно до студентських завдань, та 
регулювання параметрів теплиці для оптимальних умов росту рослин — всі 
ці етапи спрямовані на забезпечення якісного та практичного використання 
"Теплиці" у навчальних цілях. 
У другому випадку, алгоритм керування голосовим асистентом 
використовує бібліотеку розпізнавання голосу для реалізації розпізнавання 
команд. Система виконує функції вітання, відтворення музики та створення 
текстових задач, покращуючи ефективність та зручність взаємодії з SMART-
аудиторією. 
Обидва алгоритми взаємодіють з іншими підсистемами SMART-
аудиторії, забезпечуючи комплексність та інтеграцію в навчальних умовах. 
Результати тестування та оцінки користувачів підтверджують успішність 
реалізації обох алгоритмів. 
Отже це вказує на те, що впровадження сучасних технологій у 
навчальний процес через розробку ефективних алгоритмів керування може 
значно покращити умови навчання та підвищити якість освіти для студентів. 
Реалізація гнучких методологій розробки, таких як Agile, та інтеграція 
голосових технологій дозволяють створити інноваційні, зручні та ефективні 
навчальні середовища. 
 
 
 
 
 
 
  
РОЗДІЛ 4 
ЕКСПЕРЕМЕНТАЛЬНА ЧАСТИНА 
 
 
4.1 Розробка схеми електричного підключення 
 
Схема електричного підключення представляє собою візуальне 
відображення всіх компонентів створеного пристрою та їх взаємозв'язок, 
надаючи зрозумілу нюансів у принципі роботи цього пристрою. 
Схема електрична підключення для лабораторного стенду "Теплиця", 
зображено на рис. 4.1.1. 
 
Рисунок 4.1.1 – Схема електричного підключення 
Для підключення виконавчих механізмів та первинних 
перетворювачів використано головний модуль промислового логічного 
контролера. Сигнали, які отримані із дискретних датчиків надходять в 
промисловий контролер AMSAMOTION та опрацьовуються за заданою 
програмою, згідно з якої відбувається керування аналоговими та 
дискретними виходами. 
Схема підключення дискретних датчиків таких, як датчик звуку (А1), 
датчик руху (А2), датчик вологості повітря (А3), датчик світла (А4) та 
вимикачів SB1, SB2, зображено на рис. 4.1.2. 
Рисунок 4.1.2 – Схема підключення дискретних датчиків 
Схема підключення аналогових датчиків таких як датчик вологості 
ґрунту (А5), датчик тиску (А6) та датчик температури (А7), щ зображено на 
рис. 4.1.3.  
 
Рисунок 4.1.3 – Схема підключення аналогових датчиків 
 
Схема підключення дискретних виконавчих механізмів таких, як 
вентилятори для охолодження теплиці (А17 та А18), лампочка (А19), датчик 
вологості повітря (А3), датчик світла (А4) та вимикачів SB1, SB2, зображено 
на рис. 4.1.4. 
 
Рисунок 4.1.4 – Схема підключення дискретних виконавчих 
механізмів 
 
Схема підключення аналогових виконавчих механізмів таких, як 
тен (А20) який підключений через твердотіле реле (А14), та насос (А16), 
зображено на рис. 4.1.5. 
 
Рисунок 4.1.5 – Схема підключення аналогових виконавчих 
механізмів 
 
Схема підключення GSM-модуля, зображено на рис. 4.1.6. 
Рисунок 4.1.6 – Схема підключення GSM-модуля 
 
Для керуючих елементів створено креслення електричного щита, що 
зображено на рис. 4.1.7. 
 
Рисунок 4.1.7 – Схема електричного щита 
Для керуючих елементів був створений електричний щит, що 
зображено на рис. 4.1.8. 
Рисунок 4.1.8 – Електричний щит 
 
 
4.2 Алгоритм роботи лабораторного стенда "Теплиця" 
 
Дяля початку потрібно налаштувати GSM-модуль. Встановити SIM-
карту як зображено на рис. 4.2.1. 
 
Рисунок 4.2.1 – Схема встановлення SIM-карти 
 
Далі підключитися до мережі 4G. При підключенні до мережі GSM 
індикатор SIG буде блимати з частотою 1 секунда, індикатор SIG буде 
блимати з частотою 2 секунди. Блиматиме кожні 2 секунди, це означає, що 
пристрій підключається до мережі 4G.  
Якщо індикатор SIG завжди горить увімкнений, як зображено на 
рис.4.2.2, це означає відсутність доступу до мережі, потрібно перевірити 
встановлення SIM-карти або антену. 
Рисунок 4.2.2 – Індикатор SIG 
 
Для забезпечення безпечної роботи потрібно надіслати пароль на 
модуль  (рис.4.2.3). 
Рисунок 4.2.3 – Отримання набору успішних SMS 
 
Пароль контролера за замовчуванням: "0000". Вміст пароля: "0-9" 
арабськими цифрами (не літери або символи, інакше буде видано помилку), 
Set numbers password формат команди: SN + пароль (4 цифри) + NEW + 
новий пароль. 
Наприклад, встановити пароль "1234", тоді потрібно відредагувати 
зміст повідомлення: "SN0000NEW1234", що надсилається на контролер, у 
разі успішного встановлення буде отримано повідомлення: "NEW SN SETOK 
NEW SN IS 1234". Пароль має функцію пам'яті. 
Для встановлення, видалення та перевірка головних номерів (можна 
налаштувати 99 номерів) використовується команда SET для встановлення 
головного номера за допомогою SMS (рис.4.2.4). 
 Рисунок 4.2.4 – Отримання успішних SMS 
 
Наприклад, пароль 0000, клієнт хоче встановити 1378 380938427903 як 
головний номер 08, а потім відредагувати зміст повідомлення: "SN0000S 
ET08#1378380938427903", виданого контролеру, у разі успішного 
встановлення буде отримано повідомлення: "08 номер: 1378380938427903". 
Контролером можна керувати лише за допомогою майстер-номерами в 
режимі набору, як зображено на рис. 4.2.5. 
Рисунок 4.2.5 – Майстер-номер налаштування набору номера 
 
Наприклад, натиснувши на кнопку SET, а потім світлодіод SIG буде 
швидко блимати протягом 50 секунд, протягом цей час, який номер набере 
контролер, контролер автоматично покладе слухавку, після чого набрані 
номери стануть головними номерами.  
Для видалення номера потрібно  застосувати команду DEL і команду 
DELALL. 
Наприклад, коли потрібно видалити головний номер NO.08, потрібно 
відредагувати повідомлення: "SN0000DEL08". Отримайте повідомлення-
відповідь пристрою: 08 номер видалено.  
Для видалення усіх номерів DELALL потрібно надіслати: 
SN0000DELALL. Тоді прийде повідомлення про видалення усіх номерів. 
Для перевірки основних номерів за допомогою SMS потрібно 
використати команду CNK. 
Наприклад, можна відправити "SN0000CNK08", щоб перевірити 
головний номер контролера №8. Тоді в отриманому повідомленні буде: 08 
номер 1378380938427903. 
Для керування модулем за допомогою SMS потрібно пройти декілька 
етапів налаштування (пароль за замовчуванням 0000). 
Для початку увімкнути команду перемикає стан реле на всі увімкнені: 
"SN+PASSWORD+ON". Наприклад, надіславши: "SN0000ON"; потім 
отримати: "STATUS IS ALL ON;T: 020.0C;H:053%". 
OFF Команда перемикає стан реле на all OFF: "SN+ПАРОЛЬ+OFF". 
Наприклад, надіслати: "SN0000OFF"; потім отримати: "STATUS IS 
ALL OFF;T: 020.0C;H:053%". 
COM-команда (керування станом кожного контролера шляху). 
Код керування, якщо N то це означає увімкнено, F означає вимкнено, X 
означає ігнорувати: "SN+ПАРОЛЬ+COM+КОД УПРАВЛІННЯ". 
Наприклад, якщо потрібно, щоб 1-й і 2-й канали були увімкнені, а 3-й - 
8-й вимкнені, потрібно надіслати: "SN0000COMNNFFFFFF", тоді надійде 
повідомлення: "SW1-8:NNFFFFFF;T: 022.0C;H:053%". 
Команда L (встановлення часу спрацьовування для кожного каналу): 
"SN+ПАРОЛЬ+L+НОМЕР КАНАЛУ+T+ДОВЖИНА". 
Номер каналу: 01-08 (1-8 реле), тривалість: 1-1000 (секунди). 
Наприклад, час спрацьовування 1-го каналу встановлено на 3 секунди, 
тепер можна редагувати: "SN0000L01T0003", отримано відповідь пристрою: 
01 час 0003 секунди; 
Команда OTG (запуск за допомогою SMS): "SN + password + OTG+C/X 
(C: trigger; X: ignore)". 
Наприклад, коли потрібно задіяти 1-й і 2-й канали, а 3-8-й ігнорувати 
редагувати: "SN0000OTGCCXXXXXXXX" і отримати: "STATUS IS trigger". 
Після встановлення головного номера за допомогою SMS (якщо без 
головного номера контролером не можна керувати за допомогою дзвінка), 
можна додзвонитися до контролера, керування тільки за допомогою дзвінка.  
Дія для 1-го каналу. 1-е реле перемкнеться в стан, коли подзвонити і 
покладе слухавку.  
Наприклад, якщо зараз 1-й канал вимкнений, то коли зателефонувати 
до контролера, 1-й канал ввімкнеться і покладе слухавку. 
    Для того щоб увімкнути 1-й канал за допомогою дзвінка, потрібна 
команда TXO. 
 Надіслати: "SN0000TXO", отримати: "JOG FUNCTION IS ON". 
Наприклад, якщо 1-й канал зараз вимкнений, коли зателефонувати до 
контролера, 1-й канал спрацює (ввімкнеться на деякий час і вимкнеться) і 
покладе слухавку. 
За допомогою TXC-команди ви можете повернутися до режиму за 
замовчуванням.  
Надіслати: "SN0000TXC", Отримати: "JOG FUNCTION IS OFF".  
Цей режим використовується за замовчуванням. 
Для отримання SMS-повідомлення зворотного зв'язку від контролера, 
коли набирати номер управління.  
Можна надіслати "SN0000CBO", щоб активувати цю функцію.  
Надіслати: "SN0000CBC", щоб закрити SMS зі зворотним зв'язком при 
наборі номера. 
Для керування кнопками використовується розширений порт 
клавіатури, що зображено на рис. 4.2.6. 
Рисунок 4.2.6 – Зовнішня клавіатура 
 
Короткочасне натискання кнопок SW1-SW8 може змінити стан 1-8-го 
каналів, наприклад, 1-й канал увімкнено, при натисканні SW1 статус 
зміниться на OFF, повторне натискання клавіші ввімкнеться.  
Для налаштування контролю температури: "SN+пароль+LE/GR (LE - 
менше, GR - більше)+група число (01-08)+P/ N (P для +, N для -)+***** 
(***** – тисячі, сотні, десятки, одиниці та десяткові знаки 
температури)+N/F/X (N для ON, F для OFF, X для ігнорувати) ". 
Наприклад, надіслати: "SN0000LE01P00250NNNNNNNN". 
Обладнання для відповіді: "T01:LE +0025.0C SW1-8:NNNNNNNN" 
SW1-SW8 увімкнуються, коли температура опуститься нижче +250С.  
Наприклад, відправити: "SN0000GR02N00030XXXXNNFF". 
Обладнання відповість: "T02:GR -0003.0C SW1-8:XXXXNNFF". 
Коли температура перевищує -30С, SW1-SW4 будуть ігноруватися, 
SW5-SW6 будуть увімкнені, а SW7-SW8 вимкнені. 
Для видалення контролю температури використовується формат: 
"SN+пароль+DET+**(**для номера групи) ".  
Наприклад, коли потрібно видалити першу групу, номер групи 01, 
редагувати короткі повідомлення: SN0000DET01. Якщо потрібно видалити 
другу групу, номер групи 02. Редагування коротких повідомлень: 
"SN0000DET02". 
Для перевірки контролю температури використовується формат: 
"SN+пароль+GTS+**" (** – номер групи, ви можете перевірити                                
4 температурні груп одним SMS). 
 Наприклад, для перевірки 1-4 груп, SMS: "SN0000GTS01", таким же 
чином, для перевірки 5-8. Групи, SMS: "SN0000GTS01". Групи, SMS: 
"SN0000GTS05". 
Для  корекції температури використовується формат: 
"SN+пароль+CT+P/N" (P: підвищити температуру, N: знизити  
температуру)+**(**:00-50, мінімально до 0.1 0C). 
Наприклад: "SN0000CTN10", надійде SMS: CT:-1.0 C (це означає, що 
температура буде знижено на 1.0 0C, що дорівнює числу поправок). 
Наприклад, надіславши "SN0000CTP22", можна отримати SMS: 
"CT:+2.2 C" (це означає, що температура буде збільшена на 2.20C, що 
дорівнює числу поправки). 
Для налаштування SMS-сповіщення про зміну температури і вологості 
використовується формат: "SN+пароль+TLO". 
Відмінити SMS-повідомлення: "SN0000TLC" (функція за 
замовчуванням). 
Для того щоб отримувати SMS, коли спрацьовує датчик температури і 
вологості, можна надіслати: "SN0000TLO", отримати: номери прив'язок 
температури: 1:+ 380938427903;  2:+ 380…; 3:+380…; 4:+380… 
Наприклад, зв'язок обладнання: "H01:GR 050% SW1-8:NFFNNNNN" 
Коли вологість перевищує встановлене значення, спрацьовує зв'язок, і 
отримати повідомлення: 1-а група вологості: 051% вище встановленого 
значення "humi 050%, SW1-8:NFFNNNNN". 
Для налаштування контролю вологості використовується формат: 
"SN+пароль+LE/GR" (LE - менше, GR - більше)+група номер (01-04)+H+*** 
(*** - сотні, десятки, одиниці значень вологості)+N/F/ X (N – увімкнути, F – 
вимкнути, X – ігнорувати). 
Наприклад, надіслати: "SN0000LE01H068NNNNNNN".  
Отримати відповідь: "H01:LE 068% SW1-8:NNNNNNNNN" SW1-SW8 
увімкнуться, коли вологість опуститься нижче 68%. 
Наприклад, надіслати: SN0000GR02H088FFFFFFNNNX і отримати 
відповідь: "H02:GR 088% SW1-8: FFFFNNNX". Коли вологість перевищує 
88%, SW1-SW4 переходять у стан OFF, SW5-SW7 переходять у стан на ON і 
ігноруватимуть SW8. 
Для  видалення контролю вологості використовується формат: 
"SN+пароль+DEH+**(**для номера групи) ". 
Наприклад, для видалення першої групи, номер групи - 01, коротке 
повідомлення для редагування повідомлення : "SN0000DEH01". 
Для видалення другої групи, номер групи 02, редагування коротких 
повідомлень повідомлення: "SN0000DEH02". 
Для перевірки контролю вологості використовується формат: 
"SN+пароль+GHS+**" (** – номер групи, що можна перевірити 4 групи 
вологості можна перевірити, 4 групи вологості одним SMS) наприклад, 
перевірити 1-4 групи, "SMS:SN0000GHS01", таким же чином. 
Для  корекції вологості використовується формат: 
"SN+пароль+CH+P/N (P: підвищити температуру, N: знизити 
вологість)+**(**:00-20%, мінімальне значення до 1%)". 
Наприклад, "SN0000CHN10", отримати SMS: "CH:-10%" (це означає, 
що вологість буде зменшена на 10%, щоб стати числом поправки). 
Наприклад, "SN0000CHP05", отримати SMS: "CH:+05%" (це означає, 
що вологість буде збільшена на 5% на величину поправки). 
KT команда задає довжину SMS-повідомлення для зворотного зв'язку. 
За замовчуванням режим KT закритий. Коли не можна отримати SMS зі 
зворотним зв'язком у деяких ситуаціях. 
Тоді можна спробувати вирішити цю проблему, увімкнувши режим KT, 
щоб вирішити цю проблему.  
"SN+пароль+KT+довжина коду країни+S+код країни+L+довжина 
номера код країни". 
 Наприклад, код Франції - 33; Код країни України - 380. Довжина 
телефонного номера у Франції – 9. Наприклад, 646370491. Довжина 
телефонного номера в Укріїнї – 10. Наприклад, 380938427903. 
Приклад 1 (для Франції), якщо встановити код країни 33, то 
"SN0000KT2S33L09", якщо 0033, то "SN0000KT4S0033L09". 
Приклад 2 (для України), якщо встановити код країни 380, то 
"SN0000KT3S380L10", якщо 00380, то "SN0000KT3S00380L10". 
Якщо отримати SMS-повідомлення зі зворотним зв'язком: "SET OK", 
налаштування виконано успішно.  
Якщо потрібно закрити цей режим, тоді потрібно відправити: 
"SN0000KTC", і отримати отримати: (KT MODE IS CLOSE) режим KT 
закрито. 
Для того щоб надіслати SMS-повідомлення при вмиканні та вимиканні 
живлення: "SN+ПАРОЛЬ+DL+O/C". 
Вимкнути SMS-повідомлення: "SN0000DLC".  
Якщо потрібно отримати SMS-повідомлення після увімкнення або 
вимкнення живлення, можете надіслати: "SN0000DLO", отримати: Номери 
нагадувань: 1:+ 380938427903; 2:+ 380…; 3: +380…; 4: +380… 
Команда "PAM/PAF" (вибір пам'яті реле при включенні живлення). 
PAM (пам'ять повторного увімкнення) – заводське налаштування за 
замовчуванням, повторне увімкнення реле залишається у стані реле 
залишається у стані до вимкнення живлення. 
PAF (живлення знову вимкнене): знову увімкнути реле, яке завжди 
буде примусово вимкненим.  
Надіслати: "SN0000PAM", отримати: "Пам'ять вимкнення реле 
активована".  
Надіслати: "SN0000PAF", отримати: "Реле завжди примусово вимкнене 
при увімкненні живлення". 
Також можна використовувати додаток WLTE control APP для 
керування пристроєм. Зовнішній вигляд програмного середовища зображено 
на рис. 4.2.7.  
Рисунок 4.2.7 – Зовнішній вигляд програмного середовища 
 
Процес роботи: Якщо індикатор SIG блимає кожні 2 секунди, це 
означає, що з'єднання з мережею 4G є успішним. Можна використовувати 
додаток для додавання пристроїв. Якщо індикатор SIG блимає щосекунди, то 
нам потрібно встановити APN, щоб пристрій було підключено до мережі. 
Тільки так можна використовувати WLTE control APP для керування ним. 
Оскільки в основі лабораторного стенда є програмований логічний 
контролер AMSAMOTION то для програмування доцільно використовувати 
середовище програмування, що наведено на рис. 4.2.8. 
 
Рисунок 4.2.8 – Програмне середовище ПЛК 
 
Перед початком роботи потрібно налаштувати середовище та вибрати 
мову програмування, вибрати серію ПЛК та його тип як зображено на        
рис. 4.2.9. 
Рисунок 4.2.9 – Вибір мови програмування ПЛК 
Логічна релейна мова виникла з традиційної електричної схеми 
з'єднань реле на панелях управління. Мова програмування базується на 
принципі з'єднання контактів та реле в схемах. 
Перед початком роботи лабораторного стенда потрібно забезпечити 
ввімкнення, за це відповідає нормально замкнута кнопка, як зображено на 
рис. 4.2.10. 
 
Рисунок 4.2.10 – Запуск програми 
 
Наступним кроком є реалізація керування теплицею, контроля 
безпеки, освітлення та контроля клімату в теплиці, лістинг рішення 
поставленого завдання зображено на рис. 4.2.10.  
Рисунок 4.2.10 – Лістинг програми 
 
4.3 Алгоритм роботи голосового асистента 
 
Перед початком розробки асистента, необхідно впевнитися, що 
встановлена відповідна версія Python. Рекомендується використовувати 
Python версії 3.11.0, оскільки це забезпечить сумісність з усіма 
використовуваними бібліотеками. Для цього потрібно виконати дії, як 
зображено на рис. 4.3.1. 
 
Рисунок 4.3.1 – Термінал 
 
Далі необхідно встановити модуль для збору аудіо даних та їх 
перетворення на текст, як зображено на рис.4.3.2. Це важливий етап для 
подальшого аналізу користувацьких команд. 
 
Рисунок 4.3.2 – Встановлення модуля розпізнавання мови 
 
Також необхідно встановити модуль для збору аудіо даних з 
мікрофону та їх передачі на етап розпізнавання мови, як зображено на        
рис. 4.3.2.  
 
Рисунок 4.3.3 – Встановлення модуля для використання 
мікрафона 
 
Дана бібліотека надає інтерфейс для роботи з аудіо даними, що є 
ключовим елементом функціоналу голосового асистента. 
Отже наступним кроком є написання програми. Підключивши 
бібліотеки та оголосивши затримку на розпізнавання тесту після якої сказані 
користувачем слова будуть прийняті. Також для спрощення роботи системи, 
що може вплинути на її швидкодію створено ключові слова на які буде 
реагувати голосовий асистент, як зображено на рис. 4.3.4.  
 
Рисунок 4.3.4 – Оголошення ключів 
 
Наступним етапом створення розпізнавання команд, а саме 
повернення розпізнаної команди із важливим етапом розпізнавання 
української мови, що зображено на рис. 4.3.5. 
 
Рисунок 4.3.5 – Повернення розпізнаої команди 
 
Створення функціїї привітання зображено на рис. 4.3.6., що виводить 
повідомленя в консоль. 
 
Рисунок 4.3.6 – Функція розпізнаної команди 
 
Створення функції завдання, що записує додані завдання в окремий 
текстовий файл зображено на рис. 4.3.7. 
 
Рисунок 4.3.7 – Функція створення завдання 
 
Створення відтворення музики, що відтворює випадковий аудіо файл, 
що розміщений в окремій папці, зображено на рис. 4.3.7.  
 
Рисунок 4.3.4 – Повернення розпізнаої команди 
 
Після вітання, в консолі відображається відповідь голосового 
асистента, як зображ на рис. 4.3.2. 
 
Рисунок 4.3.1 – Встановлення модуля розпізнавання мови 
 
Розпізнавання команди по ключам зображено на рис. 4.3.2. 
 
Рисунок 4.3.1 – Пошук по ключам 
 
Після команди про запуск музики, вмикається музика і в консолі 
відображається, яка музика грає, як зображ на рис. 4.3.2. 
Рисунок 4.3.1 – Відтворення музики 
 
Після команди про створення завдання, потрібно сказати завдання яке 
буде занесено в текстовий документ, як зображ на рис. 4.3.2. 
Рисунок 4.3.1 – Створення завдання 
 
Висновок до розділу 4 
 
Експериментальна частина розділу 4 надає повний огляд розробки 
системи для лабораторного стенду "Теплиця" в SMART-аудиторії. Адаптація 
електричної схеми, розробка програмного забезпечення та інтеграція 
голосового асистента створюють комплексний інструмент для ефективного 
управління теплицею в умовах сучасного навчального середовища. 
Програмне забезпечення для теплиці, розроблене на базі ПЛК, подальше 
розширює можливості автоматизації та дозволяє забезпечити оптимальні 
умови для росту рослин.  
Розглянуті алгоритми, формати команд, та взаємодія з зовнішніми 
пристроями. Результатом цього розділу є створення функціональної та 
зручної системи, яка може ефективно взаємодіяти з користувачем та 
контролювати умови в заданому просторі. 
 
 
 
 
 
 
ВИСНОВКИ 
 
 
В даній магістерській кваліфікаційній роботі виконано розробку 
SMART-аудиторій.  
Зокрема, проведено огляд аналогів, використання лабораторних 
стендів в SMART-аудиторії у вищих навчальних закладах та розглянуто 
технології які застосовуються в теплицях.  
Розроблено сценарій роботи SMART-аудиторії на кафедрі кафедру 
приладобудування, мехатроніки та комп’ютеризованих технологій ЧДТУ  
 Розроблено та адаптовано електричну схему для лабораторного 
стенду, що дозволяє автоматизувати управління параметрами теплиці.  
Використано ПЛК для контролю за системою поливу, освітленням та 
вентиляцією, забезпечуючи оптимальні умови для рослинного росту. 
Розроблено алгоритми управління та контролю для автоматизації роботи 
теплиці.  
Введено систему команд для взаємодії з теплицею, що дозволяє 
користувачу моніторити та коригувати параметри віддалено через короткі 
повідомлення. 
 Реалізовано голосовий асистент, який дозволяє користувачеві 
взаємодіяти з системою теплиці голосовими командами.  
Голосовий асистент має функції вітання користувача, створення 
завдань та управління відтворенням музики. Забезпечено можливість 
використання додатку WLTE control APP для зручного керування теплицею.  
Система може надсилати короткі повідомлення з інформацією про 
стан теплиці та отримувати команди від користувача.  
Результати експериментальної частини розділу 4 підтверджують 
успішну розробку комплексної системи для теплиці, яка забезпечує 
автоматизацію та контроль над ростом рослин.  
Система дозволяє користувачу з легкістю взаємодіяти з теплицею в 
режимі реального часу та отримувати актуальну інформацію про її стан. 
 Загальною метою даного проекту було створення зручного та 
ефективного інструменту для навчання та дослідження у галузі сільського 
господарства та автоматизації. Розроблена система відповідає цим вимогам, 
що робить її цікавим та корисним інструментом для освітніх та наукових 
цілей.