CC BY
136
3. Результат оптимизации по третьей модификации системы ЭММ на примере Сальского района южной природно-сельскохозяйственной зоны
ППО для третьей модификации системы ЭММ (I вариант)
1-й кластер 2-й кластер 3-й кластер
1. СПК (СА) «Русь» 1. ОАО «Южное» (18293,26 т ТН транспортируется в ЗАО «Дон-1») 1. ЗАО «Дон-1»
2. ФЛ племзавод им. Будённого ООО «Агросоюз «Юг Руси» 2. ООО «Белозёрское»
3. ООО «Романовка»
3. ООО «Коломийцевское» 4. ООО «Лайвсток»
Совокупные затраты с частичной переработкой в ППО (ЗАО «Дон-1»), тыс. руб.
40758,09 30880,93 21565,78
Итого по району 93565,78
ППО для третьей модификации системы ЭММ (II вариант)
1-й кластер 2-й кластер 3-й кластер
1. СПК (СА) «Русь» 1. ОАО «Южное» (18293,26 т ТН транспортируется в ЗАО «Дон-1») 1. ЗАО «Дон-1»
2. ФЛ племзавод им. Будённого ООО «Агросоюз «Юг Руси» 2. ООО «Белозёрское»
3. ООО «Романовка»
3. ООО «Коломийцевское» 4. ООО «Лайвсток»
Совокупные затраты с частичной переработкой в ППО (СПК (СА) «Русь»), тыс. руб.
68585,92 30880,93 11258,67
Итого по району 110725,52
высококачественные органические удобрения и транспортировать сырой навоз от животноводческих предприятий.
Промежуточным по затратности оказался вариант по третьей модификации, где сельхозоргани-зации смешанной специализации перерабатывают часть собственного навоза с целью обеспечить свои с.-х. площади органическими удобрениями, а излишки навоза транспортируют на ППО для дальнейшей переработки.
Предлагаемая реализация системы многопродуктовых моделей оптимизации перевозок органических удобрений с управлением размещения пунктов переработки сырья и средства её реализации позволит: выявить дефицит или профицит сырья (навоза) для производства требуемого количества органических удобрений для обеспечения 100-процентного уровня органообеспеченности; для обеспечения всех потребителей — сельхозорганизаций требуемым количеством органических удобрений установить и оптимизировать межхозяйственные связи с определением затрат на производство и транспортировку сырья и (или) готового продукта — органических удобрений; предложить размещение ППО в сельскохозяйственных организациях различной специализации с учётом их особенностей
при минимальных издержках на транспортировку навоза и органических удобрений.
Материализация рекомендаций, сформулированных на основе реализации разновидностей системы многопродуктовых моделей оптимизации перевозок органических удобрений с размещением пунктов переработки навоза, способствует повышению уровня органообеспеченности сельскохозяйственных площадей, а значит, повышению рентабельности отрасли растениеводства.
Литература
1. Прогноз долгосрочного социально-экономического развития Российской Федерации на период до 2030 года. [Электронный ресурс] URL: http://government.ru/media/ files/41d457592e04b76338b7.pdf.
2. Лачуга Ю.Ф., Бондаренко А.М. К проблеме технической и технологической модернизации сельского хозяйства // Вестник аграрной науки Дона. 2013. № 1 (21). С. 4—12.
3. Качанова Л.С. Методология разработки иерархической системы многопродуктовых моделей оптимизации перевозок органических удобрений с управлением размещения пунктов переработки сырья // Научный журнал Российского НИИ проблем мелиорации. 2015. № 1 (17). С. 175-188. ISSN 2222-1816. [Электронный ресурс] URL: http://www. rosniipm-sm.ru/archive?n=318&id=331.
4. Бондаренко А.М., Качанова Л.С. Уровень органообеспе-ченности сельскохозяйственных площадей как технико-экономический критерий эффективности применения органических удобрений // Научный журнал Российского НИИ проблем мелиорации. 2015. № 2 (18). С. 177-187. ISSN 2222-1816. [Электронный ресурс] URL: http://www. rosniipm-sm.ru/dl_files/udb_files/udb13-rec347-field6.pdf.
Разработка системы дифференцированного внесения удобрений на базе платформы Arduino
В.А. Милюткин, д.т.н., профессор,
М.А. Канаев, к.т.н, ФГБОУ ВО Самарская ГСХА
На современной стадии развития аграрная наука предполагает использование сложной техники для
стабилизации плодородия почвы, оптимизации и создания условий для роста и развития растений.
Необходимость дозированного внесения удобрений возникла довольно давно. Этому способствовали такие факторы, как постоянный рост
цен на удобрения и ядохимикаты, ужесточение норм экологической безопасности, рост цен на ГСМ и др. [1—3]. Внесение минеральных удобрений является одной из главных составляющих системы точного земледелия. Эта технологическая операция — одна из самых затратных во всём производственном цикле возделывания сельскохозяйственных культур, и она существенно влияет на конечную стоимость продукта растениеводства. В традиционных технологиях возделывания зерновых расчёт доз удобрения производят для всего поля, не учитывая особенности отдельных участков, на которых агрохимический состав почвы может значительно отличаться. Технологии точного земледелия позволяют учесть пестроту неоднородности почвенного плодородия и соответственно дифференцированно вносить необходимую дозу удобрений там, где это действительно необходимо. Для этого практически всё оборудование завозится в Россию из-за границы, отечественных аналогов во многих областях точного земледелия пока что нет, а имеющиеся дублируют результаты ведущих стран.
Международная система точного земледелия сильно зависит от космической отрасли США, так как координатная привязка сельскохозяйственных машин идёт через систему GPS. Данная система не обладает высокой точностью позиционирования без специальных поправок, которые оплачиваются отдельно [4]. Основные способы дифференцированного внесения минеральных удобрений базируются на определении индекса NDVI и агрохимическом анализе почвенных образцов, а такой важный фактор, как содержание гумуса почвы, главным образом определяющий плодородие, не учитывается вообще.
Исходя из вышесказанного в Самарской ГСХА были разработаны способ и устройство [5, 6] для
дифференцированного внесения удобрений в зависимости от глубины гумусового горизонта почвы. Проведённые предварительные исследования почвенных образцов показали устойчивую корреляционную связь между такими свойствами почвы, как процентное содержание гумуса и глубина гумусового горизонта. В свою очередь глубина гумусового горизонта в значительной степени коррелирует с твёрдостью почвы. С учётом этого был разработан твердомер для непрерывного измерения твёрдости почвы при помощи тензодатчика, с возможностью регистрации твёрдости в электронном виде для дальнейшего управления дозаторами удобрений различных сельскохозяйственных машин. Нами была составлена структурная блок-схема для типового разбрасывателя минеральных удобрений (рис. 1).
Разработанная система включает в себя:
1. Микроконтроллер управления (ATMega2560). Плата имеет 54 цифровых входа/выхода (14 из которых могут использоваться как выходы ШИМ), 16 аналоговых входов, 4 последовательных порта UART, кварцевый генератор 16 МГц, USB-коннектор, разъём питания, разъём ICSP и кнопку перезагрузки. Для работы необходимо подключить платформу к компьютеру посредством кабеля USB или подать питание при помощи адаптера AC/DC или аккумуляторной батареи.
2. Интерфейсная плата ввода-вывода. Включает в себя 3 XBee интерфейса, слот для microSD-карты и большую площадку для прототипирования. Поддерживает большинство Arduino шилдов. Совместим с Arduino Mega/Arduino ADK. Расширенные связи TTL контактов для четырёх последовательных портов. DIP прототипная площадь позволяет легко добавлять больше электронных компонентов.
3. GPS-приёмник с интерфейсом XBee. Время позиционирования — менее 1 сек. Технология
Рис. 1 - Структурная схема системы дифференцированного внесения удобрений разбрасывателем
Рис. 2 - Общая схема системы дифференцированного внесения удобрений разбрасывателем
SuperSense обеспечивает чувствительность на уровне 160 дБ. Потребляемая мощность не превышает 50 мВт. Занимаемая площадь — менее 100 мм2.
4. Блок коммутации. Используются твердотельные электронные реле с входным напряжением 3—15 В и коммутационными характеристиками: 15-20 В, 1-2 А. Например: MOAC5A, SDV2415 и др. Предназначен для формирования управляющих импульсов определённой длительности для сервоприводов.
5. Тензодатчик (H3-C3-200kg-3B). Диапазон напряжения питания 5-12 В. Максимально допустимое напряжение питания — 18 В. Максимальная нагрузка - 200 кг.
6. Сервопривод с возможностью перемещения заслонок от 12—35 см. Состоит из электродвигателя, передачи и винтового механизма. На сервоприводе также устанавливается инфракрасный дальномер, который в свою очередь контролирует величину открытия заслонок дозатора.
7. Устройство хранения данных — microSD Flash карта. Допустимый объём — до 16 Гб.
8. Опционально схема может содержать GPRS/ 3G-модем для выгрузки данных в реальном времени в удалённую систему регистрации и управления.
9. Дисковый твердомер — выполнен в виде плоского диска, закреплённого на оси, соединённого с двуплечим рычагом. Рычаг в свою очередь связан с тензодатчиком, который регистрирует усилие, воздействующее на диск. Твердомер сварной конструкции, рама изготовлена из бруса квадратного сечения.
Один раз в секунду происходит вызов программы, инициированный таймером прерывания. Во время выполнения программы в микроконтроллере происходит опрос тензодатчика 5 раз для более точного определения показаний датчика и устранения «выскакивающих» значений. Для чтения показателей тензодатчика используется аналоговый вход № 1 микроконтроллера AtMega2560, на котором возможны напряжения от 0 до 5 В (что
соответствует воздействию на датчик усилием от 0 до 150 кг). По таблице калибровки вычисляется реальный показатель твёрдости почвы в зависимости от считанной величины напряжения с тензодатчика. Производится вычисление по калибровочным таблицам величины и направления перемещения сервоприводов (длительность и полярность импульса управления). Выдача импульса управления сервоприводами через первый и/или второй цифровые выходы микроконтроллера.
Через первый последовательный порт (UART) микроконтроллера с использованием стандартного протокола работы с GPS-приёмниками (NMEA0183) читается точное время и координаты объекта, записываются на flash-носитель в таблицу полученные показатели работы системы, и контроллер переходит в режим ожидания следующего прерывания.
Для оценки эффективности разработанной системы нами было переоборудовано распределительное устройство в разбрасывателе минеральных удобрений (фирма «Евротехника», г. Самара) с установкой на трактор специального устройства для определения твёрдости почвы и управления дозатором удобрений разбрасывателя в режиме online (рис. 2). С учётом переходных коэффициентов от мощности гумусового горизонта, коррелируемого с плодородием почвы, агрегат для внесения удобрений может эффективно работать самостоятельно, без включения системы GPS и без значительных затрат на проведение почвенных анализов на плодородие, для работы зарубежных систем в режиме offline.
Таким образом, предлагаемая система может использоваться для дифференцированного внесения минеральных удобрений как элемент технологий точного земледелия. По сравнению со специализированными аналогами стоимость предлагаемой системы будет многократно ниже, а её универсальность и удобство написания программного обеспечения позволяют использовать её при проведении большинства сельскохозяйственных работ.
Литература
1. Милюткин В.А., Несмеянова Н.И., Беляев М.А. Эффективность ресурсосберегающих элементов применения удобрений при внедрении прямого посева // Агро XXI. 2007. № 7—9. С. 9—13.
2. Милюткин В.А., Канаев М.А. Разработка машин для подпочвенного внесения удобрений на основе агробиологических характеристик растений // Известия Самарской государственной сельскохозяйственной академии. 2012. № 3. С. 9—13.
3. Милюткин В.А. Мировое развитие сберегающих технологий и перспективы в Российской Федерации // Аграрная Россия. 2002. № 6. С. 20.
4. Милюткин В.А., Канаев М.А. Анализ способов реализации точного (координатного) земледелия // Известия Самарской государственной сельскохозяйственной академии. 2007. № 3. С. 3—5.
5. Милюткин В.А., Канаев М.А. Новый способ дифференцированного внесения удобрений при посеве сельскохозяйственных культур // Известия Самарской государственной сельскохозяйственной академии. 2010. № 3. С. 16—18.
6. Пат. RU №2376743, Способ и устройство для внесения удобрения при культивировании // МПК A01C15/00/ Милюткин В.А., Ларионов Ю.В., Канаев М.А.; заявл. 2007132386/12, опубл. 10.03.2009.
