CC BY
35
122
ПЕРСПЕКТИВЫ РАЗВИТИЯ ИНФОРМАЦИОННЫХ ТЕХНОЛОГИЙ
КОМПЛЕКС АВТОМАТИЗИРОВАННОГО ВЫРАЩИВАНИЯ РАСТЕНИЙ «SMART GROW»
© Шептунов А.А.*, Савчук А.В.*, Конев В.Н.*, Михайлов Д.М.4, Стариковский А.В.",
Фомин М.И.¥, Толстая А.М.°
Национальный исследовательский ядерный университет «МИФИ»,
г. Москва
Данная статья посвящена описанию комплекса автоматизированного выращивания растений в тепличных условиях «Smart grow», который позволяет полностью отслеживать весь процесс от посадки семечки до сбора урожая. Комплекс оснащен всей необходимой аппаратурой для своевременной диагностики и поддержания благоприятного микроклимата в теплице. Это системы мониторинга освещенности помещения, параметров полива, анализатор влажности и состава воздуха. Все данные о функционировании теплицы передаются пользователю через сеть Интернет. При необходимости параметры работы теплицы могут быть скорректированы в режиме он-лайн.
В последнее время многие люди все больше внимания стали уделять натуральной и полезной пище. Натуральные продукты - это обычные продукты, полученные без применения химических удобрений, пестицидов, гербицидов и прочих ядов, используемых в сельском хозяйстве, гормонов и химических подкормок. Покупая продукты в магазине или на рынке, мы не можем проверить, как выращивались фрукты или овощи, и таят ли они в себе ядохимикаты.
В данной статье рассказывается о комплексе выращивания растений в тепличных условиях «Smart grow», который позволяет полностью отслеживать весь процесс от посадки семечки до сбора урожая.
«Smart grow» - это система автоматизированного контроля всех параметров выращивания растений в закрытом грунте на основе современных методов ТАУ [1]. Система многофункциональна и сохраняет стабильную работоспособность и надежность в различных температурах и погодных условиях. При разработке комплекса были учтены существующие энерго-и ресурсосберегающие технологии.
* Студент.
* Студент.
" Аспирант.
* Доцент, кандидат технических наук.
* Научный сотрудник. у Студент.
° Студент.
Рис. 1. Схематическое изображение теплицы с комплексом «Smart grow»
Устройство «Smart grow» предназначено для теплицы любого размера и конструкции, а также для любого грунта. Один комплекс рассчитан на объем в 50 квадратных метров и работает при напряжении в 220 Вольт. Потребление электроэнергии контрольным модулем составляет 1 Ватт в режиме полной загрузки системы.
Комплекс «Smart grow» оснащен всей необходимой аппаратурой для своевременной диагностики и поддержания благоприятного микроклимата в теплице. Это системы мониторинга освещенности помещения, параметров полива, анализатор влажности и состава воздуха.
Все данные о теплице собираются контроллером, который ведет постоянный мониторинг состояния микроклимата в теплице. Контролируются датчики температуры, влажности воздуха и почвы, дренажа, освещенности и светового режима, концентрации углекислого газа.
Рис. 2. Контроллер
В комплексе «Smart grow» используется освещение на основе ламп ДНАТ (натриевые газоразрядные лампы). Преобладающим в спектре таких
124
ПЕРСПЕКТИВЫ РАЗВИТИЯ ИНФОРМАЦИОННЫХ ТЕХНОЛОГИЙ
ламп является резонансное излучение натрия - лампы дают яркий оранжево -жёлтый свет (рис. 3). Натриевые лампы используются потому, что спектр их излучения практически совпадает со спектром поглощения растения (Рис. 4), что благоприятно сказывается на его росте [2, 3].
0 ч -Н
at Н
07 -^Н
a« -^Н^З
о.ь -ВН о.« аз
0.2 ^^^В^Н
01 щя
«0 «50 500 5» «00 650 700 750 Длим шмыы In манометрах)
Рис. 3. Спектр излучения ДНАТ Рис. 4. Спектр поглощения растений
Полив в теплице осуществляется с помощью капельной автоматизированной системы орошения. Раствор подается в систему из специального резервуара с удобрением. Количество подкормки и интенсивность полива дозированы. В перспективе возможно автоматическое смешивание удобрения в необходимых пропорциях.
Для поддержания нужной влажности в комплекс «Smart grow» входит ультразвуковая система увлажнения воздуха. На вибрирующую с высокой частотой пластину, подается вода, которая расщепляется в мельчайшие брызги. Микроскопические капли, поднимаясь над пластиной, образуют облако, сквозь которое под напором подается струя воздуха. Прибор оснащен встроенным гигростатом, позволяющим регулировать уровень «вырабатываемой» влажности. Таким образом обеспечивается равномерное распыление водных брызг по всему помещению теплицы.
Система регулирования состава воздуха представляет собой анализатор, который определяет компоненты, содержащиеся в газе, в том числе, концентрацию углекислого газа. Если параметры последнего оказываются ниже нормы, в теплицу подается дополнительный объем углекислого газа из баллонов со сжатым СО2. Получая информацию с датчиков, установленных в теплице, устройство может самостоятельно контролировать интенсивность вентилирования помещения.
Система «Smart grow» легка в управлении и будет актуальна как для любителя, так и для специалистов. База данных комплекса, составленная на основе проведенных опытов, позволяет выращивать не только те растения, с которыми знаком агроном, но и те, с которыми он раньше не сталкивался. База содержит перечень самых популярных сортов растений и рекомендации по выращиванию от селекционеров. Также возможен обмен опытом выращивания среди обычных пользователей посредствам гло-
бальной сети Интернет. Если опыт выращивания какого-то растения был удачным, то все параметры можно использовать как образец.
В теплице устанавливается видеокамера, изображение с которой в режиме он-лайн передается на компьютер пользователя. Из любой точки мира можно следить за теплицей и за процессом выращивания растения.
Система обладает интеллектуальной функцией самодиагностики. Она может самостоятельно анализировать информацию, собираемую контроллером. Пользователь комплекса получает информацию о полученных результатах через сеть Интернет. Агроном может изменить существующие параметры и добавить новые, то есть система обучаема. В сети сохраняется вся информация о процессе выращивания растения. Также в программе реализован высокий уровень защиты передаваемых данных от несанкционированного доступа.
Все автоматические настройки при желании пользователя могут быть изменены или скорректированы посредствам внесения изменений в алгоритм выращивания. При выставлении параметров система учитывает статистические параметры внешней среды и создает модель выращивания в соответствие с природной зоной, в которой производится процесс.
Система адаптирована к отключению электроэнергии. При отсутствии электропитания «Smart grow» автоматически сохраняет все параметры своей работы. После возобновления подачи питания комплекс продолжает свою работу по восстановленному времени.
Как уже было сказано выше, для правильного роста растению необходим не весь спектр белого света [3]. Поэтому для экономии электроэнергии целесообразнее использовать специальные стекла. Стекла теплицы с кремниевым напылением представляют собой солнечную батарею, которая пропускает красную и синюю составляющие белого света и поглощает остальные. Красный и синий спектр проходит через стекло и попадает на растения. Остальная часть света поглощается солнечной батареей и преобразуется в электрическую энергию, на которой работает модуль.
Таким образом, комплекс «Smart grow» позволяет без труда выращивать различные растения в тепличных условиях. Система легка в управлении, экономична, надежна в работе и дает возможность достаточно точно задавать параметры выращивания из любой точки света.
Список литературы:
1. Пупков К.А., Егупов Н.Д. Методы классической и современной теории автоматического управления. - М.: Издательство МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2004. - 616 с.
2. De Groot J.J. The High Pressure Sodium Lamp' 1986, Kluwer Technische Boeken BV, Deventer, NL; «Lamp Design» - Chapter 10.
3. Феофилов Э. Спектр света - для растений. - М., 2010.
