CC BY
65УДК 62-97.98 631.234
ОПЫТ СОЗДАНИЯ МАЛООБЪЁМНОЙ ГИДРОПОННОЙ УСТАНОВКИ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ МИКРОКОНТРОЛЛЕРОВ Мусин Анвар Наильевич - преподаватель кафедры математики и информационных технологий ФГБОУ ВО Уральский ГАУ.
(620075 Свердловская область, г. Екатеринбург, ул. Карла Либкнехта, д. 42 тел. 8-922-03747-92, E-mail: supermcjay@gmail.com)
Садов Артем Александрович - старший преподаватель кафедры технологических и транспортных машин ФГБОУ ВО Уральский ГАУ.
(620075 Свердловская область, г. Екатеринбург, ул. Карла Либкнехта, д. 42 тел. 8-996-1879731, E-mail: artemsadov@yandex.ru)
Носков Алексей Иванович - студент направления - 35.03.06 агроинженерия, - профиль Технические системы в агробизнесе ФГБОУ ВО Уральский ГАУ
(620137 Свердловская область, г. Екатеринбург, ул. Июльская 20. Уральский государственный аграрный университет, тел. 8-932-617-68-46, E-mail:_alNos98@yandex. ru)
Рецензент: Зеленин А.Н. - кандидат технических наук, доцент, ФГБОУ ВО Уральский государственный аграрный университет
(620075 Свердловская область, г. Екатеринбург, ул. Карла Либкнехта, д. 42 тел. +79089282546, Е-mail: agron@mail .ru)
Ключевые слова: сельское хозяйство, теплица, автополив, выращивание, система полива, экономическая составляющая. Аннотация
В современном мире, с его развитым сельскохозяйственным производством, выращивание растений для пропитания стало необязательным. По большей части, малообъёмное выращивание различных культур в городских условиях, — это модное хобби жителей крупных городов и мегаполисов, которое хоть и не может конкурировать в объёме с рыночными производителями продуктов питания, может поставлять на обеденный стол семье свежие ягоды, овощи и зелень. В данной статье описан теоретический и практический опыт выращивания растений на малообъёмной гидропонике, основной целью знакомства с гидропонным методом выращивания было желание получить практический опыт работы. Из научно-технического интереса проводилась автоматизация и компьютеризация гидропонной установки с помощью программируемого микроконтроллера на базе платы «Arduino Nano» с написанием программного кода на языке Arduino, с использованием открытых библиотек. Была составлена электрическая схема и подобранны комплектующие для ее сборки. Малообъёмная гидропоника - это целый «испытательный полигон» для микроконтроллеров благодаря огромному количеству датчиков, которые могут собирать большое количество разнообразных данных от окружающей среды. С
учетом того, что каждая культура имеет свои особенности в выращивании, их можно фиксировать и подбирать наиболее оптимальные для каждого растения. В последствии можно увеличить масштаб работы и перенести опыт, полученный на «домашней» гидропонной установке в частную теплицу и в последующем увеличить объёмы и создав бизнес-план перейти в перспективную профессию - только зарождающуюся в современности отрасль - ситифермер.
EXPERIENCE IN CREATING A LOW-VOLUME HYDROPONIC INSTALLATION
USING MICROCONTROLLERS.
Musin A.N. - lecture of the Department of mathematics and information technology of Ural state agrarian University
(620075 Sverdlovsk region, Yekaterinburg, Karl Libknecht street, 42 tel. 8-922-037-47-92, Е-mail: supermcjay@gmail.com)
Sadov A.A. — senior lecturer department of technological and transport machines, Ural state agrarian University
(620075 Sverdlovsk region, Yekaterinburg, Karl Libknecht str., 42 tel. +7 996-187-9731, E-mail: artemsadov@yandex.ru)
Noskov A. I. - student direction- 35.03.06 Agroengineering, - profile Technical systems in agribusiness of Ural state agrarian University
(620137, Sverdlovsk area, Ekaterinburg, street of Iyul'skaya 20. Ural state agrarian University, tel. 8-932-617-68-46, E-mail: alNos98@yandex.ru)
Reviewer: Zelenin A. N. - candidate of technical sciences, associate professor, Ural state agrarian University
(620075 Sverdlovsk region, Ekaterinburg, Karl Liebknecht str., 42 tel. +7 9089282546, E-mail: agron@mail.ru)
Keywords: agriculture, greenhouse, automatic irrigation, cultivation, irrigation system, economic component.
Summary
In the modern world, with its developed agricultural production, growing plants for food has become optional. For the most part, small-scale cultivation of various crops in an urban environment is a fashionable hobby for residents of large cities and megacities, which, although it cannot compete in volume with market-based food producers, can deliver fresh berries, vegetables and greens to the family's dining table. This article describes the theoretical and practical experience of growing plants on low-volume hydroponics, the main purpose of acquaintance with the hydroponic method of growing was the desire to get practical experience. Out of scientific and technical interest, automation and computerization of the hydroponic installation was carried out using a programmable microcontroller based on the Arduino Nano board with writing code in the Arduino language using open libraries. An electrical circuit was drawn up and components for its assembly were selected. Low-volume hydroponics is a whole
"testing ground" for microcontrollers due to the huge number of sensors that can collect a wide variety of environmental data. Given the fact that each culture has its own peculiarities in growing, they can be fixed and the most optimal for each plant can be selected. Subsequently, you can increase the scale of work and transfer the experience gained at the "home" hydroponic installation to a private greenhouse and subsequently increase the volume and create a business plan to move into a promising profession - the industry that is only emerging in modern times - the sitifermer.
Основная часть:
Сельское хозяйство - важная отрасль деятельности человека. Однако в современных городских условиях, в жилых помещениях многоэтажных домов, не у всех есть возможность заниматься ей даже в качестве хобби. Однако современные технические возможности, такие как гидропоника - метод выращивания растений без почвы, на питательном растворе [2], доступные источники освещения для роста растений и различные микроконтроллеры позволяют держать небольшой «огород на подоконнике» любому желающему.
Цели и задачи
Целью работы является проектирование домашней гидропонной установки на базе Arduino.
Для достижения цели были выбраны следующие задачи:
1) выбрать платформу для автоматизации процесса;
2) выбрать потенциальные культуры для выращивания;
3) опробовать опыт выращивания в малообъёмной гидропонике;
Выбор платформы для автоматизации процесса:
Автоматизация процесса будет выполнена при помощи микроконтроллера Arduino Nano, — это инструмент, предназначенный для проектирования электронных устройств (рис.1)
Рисунок 1 - Arduino Nano Плата имеет небольшой размер (19х43 мм) и в нем отсутствует вынесенное гнездо для внешнего питания. К такой системе можно подключить множество различных устройств и датчиков. А также она может считывать различные датчики. Выбор платы Arduino связан с ее
распространенностью, малой ценой и большим количеством различного образовательного материала по программированию в сети интернет [3].
Для работы с системой Arduino использована программа открытого доступа Arduino. Она позволяет писать код на одноименном языке программирования, подходящем для микроконтроллеров линейки Arduino. Также контроллеры Arduino можно программировать на языках python, C/C++, Java и пр., но ввиду большей простоты для пользователя и большого русскоязычного сообщества интересующихся управлением микроконтроллерами на данном языке, было решено его освоить.
© gg| Arduino 1.8.9 — □ X Файл Правка Скетч Инструменты Помощь
ООВОУ □
п
tinclude <LiquidCrystal_PCF8574.h> LiquidCrystal_PCF8574 lcd(0x27);
:EE:r
pinMode(A3, INPUT); //Подключение порта
Serial.begin(9600); //Монитор порта led.begin(16, 2);// у нас экран 16 столби lcd.secBacklighc(255); //установить яркое
Рисунок 2 - Вид программы ЛМшш. Для контроля за установкой необходима микросхема с датчиками и сенсорами. Размер установки определит ее вместимость и виды растений, которые подходят для выращивания. (Рисунок 3).
Рисунок 3 - объемный вид малообъемной гидропоники
Габаритные размеры были взяты 400 мм ширина, 480 мм длина х 550 мм высота - по габаритам примерный размер прикроватной тумбочки. Внутренние размеры составляют 340 мм в ширину, 440 мм в длину и 510 мм в высоту, из которых 100 мм отведенно на субстрат. Вся электронная составляющая будет находиться внутри стенки сбоку. В качестве источника света
применяться smd светодиодная лента на 30w теплого света. Для движения воздуха внутри установки стоять небольшой кулер силой тока мощностью 0,65W, и два наружных: на вдув и выдув мощность. 6,25W. Предполагается что питательный раствор будет заменяться человеком раз в 3 дня.
Выбор выращиваемой культуры
Не смотря на большой выбор культур, пригодных для выращивания в гидропонике, для первого опыта было решено вырастить мяту перечную Mentha arvensis - это неприхотливая культура, которая во многих сельскохозяйственных угодьях выступает как сорняк для борьбы с которым используют гербициды [4]. Для выращивания были взяты обрезанные стебли по 5-7 см [5]. Для приготовления питательного раствора был выбран готовый концентрированный раствор Flora Series и подготовлен к использованию согласно инструкции [6].
Опыт выращивания в малообъёмной гидропонике
В результате за 21 день роста стебли прижились в субстрате из минеральной ваты. Каких -либо параметрических замеров растений на протяжении опыта не проводилось. Растения периодически, один-два раза в неделю, обрезались для применения в пищу.
Рисунок 4 - Мята перечная.
В настоящее время проект находится на стадии разработки, в дальнейших планах развить её для бытового использования (домашнего выращивания). Использование в быту поможет обеспечить проживающих в городах свежей зеленью, которая содержит полезные макро- и мироко-элементы; поможет озеленить и обустроить жилое пространство; распространить направление сити фермерства.
Биографический список
1) Руткин Н.М., Лагуткина Л.Ю., Лагуткин О.Ю. Урбанизированное агропроизводство (сити-фермерство) как перспективное направление развития мирового агропроизводства и способ повышения продовольственной безопасности городов // Вестник АГТУ. Серия: Рыбное хозяйство. 2017. №4. URL: https://cyberieninka.m/artide/n/urbanizirovannoe-agroproizvodstvo-siti-fermerstvo-kak-perspektivnoe-napravlenie-razvitiya-mirovogo-agroproizvodstva-i-sposob (дата обращения: 05.06.2020).
2) М. Бентли Промышленная гидропоника // Перевод с английского Т.Л. Чебановой. Издательство Колосс. Москва 1965г. URL: https://sheba.spb.ru/delo/prom-gidropon-1959.htm (дата обращения 05.06.2020). Форма доступа: файл для скачивания.
3) Джереми Блум. Изучаем Arduino. Инструменты и методы технического волшебства // Издательство: БХВ-Петербург 2015г. ISBN: 978-5-9775-3585-4. 334с.
4) Мороховец В.Н., Мороховец Т.В., Басай З.В., Штерболова Т.В. Биологическая эффективность гербицида Фабиан с ПАВ Адью против многолетних двудольных сорных растений // Земледелие. 2014. №8. URL: https://cyberieninka.m/artide/n/biologicheskaya-effektivnost-gerbitsida-fabian-s-pav-adyu-protiv-mnogoletnih-dvudolnyh-sornyh-rasteniy (дата обращения: 05.06.2020).
5) Поломошнова, Н. Ю. Лекарственные и эфиромасличные растения: учебное пособие / Н. Ю. Поломошнова, М. Я. Бессмольная. — Улан-Удэ: Бурятская ГСХА им. В.Р. Филиппова, 2014. — 133 с. — Текст: электронный // Лань: электронно-библиотечная система. — URL: https://elanbook.com/book/138758 (дата обращения: 05.06.2020). — Режим доступа: для авториз. пользователей.
6) Способ применения удобрения Flora Series [электронный ресурс]. Точка доступа, URL: https://floragrow.ru/primenenie/primenenie-flora-series/tablicza-primeneniya (дата обращения 05.06.2020)
Biographical list
1) Rutkin N. M., Lagutkina L. Yu., Lagutkin O. Yu. Urbanized agricultural production (city farming) as a promising direction for the development of world agricultural production and a way to improve food security in cities // Vestnik of ASTU. Series: fisheries. 2017. # 4. URL: https://cyberleninka.ru/article/n/urbanizirovannoe-agroproizvodstvo-siti-fermerstvo-kak-perspektivnoe-napravlenie-razvitiya-mirovogo-agroproizvodstva-i-sposob (accessed: 05.06.2020).
2) M. Bentley Industrial hydroponics // Translated from English by T. L. Chebanova. Koloss Publishing House. Moscow 1965g. URL: https://sheba.spb.ru/delo/prom-gidropon-1959.htm (accessed 05.06.2020). Access form: download file.
3) Jeremy Bloom Studying Arduino. Tools and methods of technical magic // Publisher: BHV-Petersburg 2015. ISBN: 978-5-9775-3585-4.334c.
4) Morokhovets V. N., Morokhovets T. V., Basay Z. V., Shterbolova T. V. Biological effectiveness of herbicide Fabian with surfactant Adyu against perennial dicotyledonous weeds // Agriculture. 2014. # 8. URL: https://cyberleninka.ru/article/n/biologicheskaya-effektivnost-gerbitsida-fabian-s-pav-adyu-protiv-mnogoletnih-dvudolnyh-sornyh-rasteniy (accessed: 05.06.2020).
5) Polomoshnova, N. Yu. Medicinal and essential oil plants: textbook / N. Yu. Polomoshnova, M. Ya. Bessmolnaya. - Ulan-Ude: Buryat state agricultural Academy named after V. R. Filippov, 2014. - 133 p. - Text: electronic / / LAN: electronic library system. — URL: https://elanbook.com/book/138758 (date accessed: 05.06.2020). - Access mode: for authorization. users.
6) Method of application of fertilizer Flora Series [electronic resource]. Access point, URL: https://floragrow.ru/primenenie/primenenie-flora-series/tablicza-primeneniya (accessed 05.06.2020)
