5XVМеждународная научно-практическая конференция
УДК 628.92/.97:528.81
Ячков Даниил Викторович Yachkov Daniil Victorovich, Терёхин Денис Александрович Teryokhin Denis Aleksandrovich
Магистранты Master's students Научный руководитель: Scientific adviser: Мышонков Александр Борисович Myshonkov Alexander Borisovich к. т. н, доцент
Candidate of Engineering Sciences, associate professor ФГБОУ ВО «МГУ им. Н. П. Огарёва» Ogarev Mordovia State University
СРАВНИТЕЛЬНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ ФОТОСИНТЕТИЧЕСКОГО ОБЛУЧЕНИЯ РАСТЕНИЙ
COMPARATIVE STUDY OF EFFICIENCY OF PHOTOSYNTHETIC
IRRADIATION OF PLANTS
Аннотация. В статье рассматривается разработка экспериментальной установки, позволяющей производить контроль над уровнем содержания углекислого газа для сравнительного исследования эффективности фотосинтетического облучения растений.
Abstract: The article discusses the development of an experimental setup that allows you to control the level of carbon dioxide for a comparative study of the effectiveness of photosynthetic irradiation of plants.
Ключевые слова. фотосинтетическое облучение, автоматизация, микроконтроллер Arduino, освещенность, светодиодный светильник, сельскохозяйственная культура.
Key words: photosynthetic irradiation, automation, Arduino microcontroller, illumination, LED lamp, agricultural crop.
Современным высокоэффективным способом управления урожайностью и качеством продукции в растениеводстве является использование в энерго- и ресурсосберегающих технологий, автоматизация.
«Научные междисциплинарные исследования»
Фотосинтетическая деятельность растений зависит от многих факторов,
прежде всего от условий освещения (интенсивность и спектральный состав), доступности и концентрации углекислого газа, условий водоснабжения и минерального питания. Управление процессами фотосинтеза - наиболее эффективный путь, который позволяет воздействовать на продуктивность, рост, развитие растений.
Фотосинтетическая деятельность растений зависит от многих факторов, прежде всего от условий освещения (интенсивность и спектральный состав), доступности и концентрации углекислого газа, условий водоснабжения и минерального питания.
В качестве элементной базы для реализации автоматизации и контроля системы для управления искусственным облучением растений в эксперименте используется микроконтроллер Arduino.
Для сравнительной оценки эффективности облучения управления разработана автоматизированная система контроля уровня углекислого газа, позволяющей производить контроль над уровнем содержания СО2 выполнять процесс мониторинга, сбора, обработки и оценки данных, получаемых с датчика (рис.1).
Предложена методика для сравнительной оценки эффективности искусственной досветки растений.
Arduino - аппаратно-программное средство для построения простых систем, ориентированная на непрофессиональных пользователей. Программная часть состоит из бесплатной программной оболочки (Arduino IDE) для написания программ, их компиляции и программирования аппаратуры [1].
Совместно с платой Arduino будут использоваться подходящие для работы с ней датчики углекислого газа MHZ16, датчик освещенности LM393, датчик реального времени, Wifi-модуль ESP8266.
Датчик MHZ16 - инфракрасный недисперсионный датчик, в котором используется принцип недисперсионного инфракрасного излучения (NDIR) для обнаружения наличия CO2 в воздухе. Конструктивно NDIR-датчик состоит из
XVМеждународная научно-практическая конференция источника ИК-излучения, измерительной камеры, фильтра длины волны и ИК-
детектора. Датчик имеет высокую чувствительность и разрешение, не
чувствителен к агрессивным средам, влагозащитный [2].
Для написания и загрузки программ в микроконтроллер с помощью Arduino IDE было написано программное обеспечение, которое управляет датчиками установки и осветительным прибором. После считывания информация обрабатывается и отправляется на сервер, который может использоваться для дистанционного мониторинга, обработки и управления данными, а также автоматически управлять системой с использованием удалённого доступа.
Экспериментальная установка состоит из закрытого бокса размерами 60х60х90, выполненного из ДВП. Внутренняя часть короба покрыта белой бумагой с коэффициентом отражения р=0,6.
Рис. 1. Общий вид схемы системы
Сравнительное исследование режимов фотосинтетического облучения листового салата светодиодными источниками света проводилось экспериментальным путем. В качестве объекта исследования был выбран парниковый салат. Исследования проводились на территории республики Мордовия (II световая зона) в весенний период.
«Научные междисциплинарные исследования»
Салат выращивался в пластмассовом контейнере, в готовом грунте,
подготовленном для использования в соответствии с агротехническими требованиями культуры салата.
Исследования эффективности облучения, проведенные в [3,4,5], на автоматизированной экспериментальной установке дают обширные данные, но продолжительны по времени.
Для проведения эксперимента используется заблаговременно пророщенный салат, так как потребление углекислого газа растением напрямую связанно с его размерами, что позволит увеличить объемы усвояемого углекислого газа растением и тем самым повысить точность эксперимента. Температура окружающей среды поддерживается на уровне 17-20 °С в ночное время и 20-24 °С в дневное.
Для проведения эксперимента салат в контейнере помещался в короб установки и плотно закрывался, для обеспечения герметичности. Так же в установку помещается датчики освещенности и датчик углекислого газа. Так как эксперимент длился относительно небольшой период времени, растение в дополнительном поливе и удобрении не нуждается.
По полученным данным двух экспериментов построили графики зависимости содержания углекислого газа в воздухе от освещенности (рис.2, рис.3).
Рис. 2. Графики содержания углекислого газа и освещенности 1
XVМеждународная научно-практическая конференция
am ед.
900
О I-1-1-1-1-1-I-1-1-I-I-I-I-1-1-1-1-I-1-1-I-1-1-1-
11:1134 12:1154 131222 14:12:42 15:1.3:2 1613:30 17:13:50 1S:M:10 1514.3» 20:14:50 21:15:10 23 5:58 t4
Содержание COJ в юздги^ияп —•—Ос&ещй-топъ, н.ОК
Рис. 3. Графики содержания углекислого газа и освещенности 2
Результаты эксперимента показали, что при увеличении освещенности в боксе содержание СО2 значительно падает, что свидетельствует о более эффективном протекание фотосинтеза растения, а, следовательно, оказывает положительное влияние на урожайность. На графике можно наблюдать сильные колебание количества углекислого газа, такой эффект связан с не полной герметичностью установки. В дальнейшем, для решения этой проблемы планируется добавить в систему второй датчик C02, который будет располагаться снаружи установки. Это позволит высчитать точное значение потребления углекислого газа растением.
Библиографический список:
1. Arduino [Электронный ресурс]. - URL: https://3direct.ru/arduinohtml
2. Датчики углекислого газа winsen [Электронный ресурс]. - URL: http://www.sensorica.ru/news/WINSEN.html
3. Смирнов А. А., Прошкин Ю. А., Соколов А. В. Оптимизация спектрального состава и энергетической эффективности фитооблучателей // Электротехнологии и электрооборудование в АПК. 2019. № 1 (34). С. 53-60.
4. Тихомиров А. А., Ушакова С. А., Шихов В. Н., Шклавцова Е. С. Концептуальные подходы к выбору спектра излучения ламп для выращивания растений в искусственных условиях // Светотехника. 2019. Специальный выпуск. С. 19-23.
