IX Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум - 2017

Основная идея – создание установки по выращиванию овощей методом гидропоники, вертикальным способом в ресурсосберегающей светокультуре, где все технические процессы максимально автоматизированы, участие человека в них минимальное, возможны получение высоких урожаев с малой площади, низкое энергопотребление при производстве, минимизация загрязнения окружающей среды. Актуальность нововведения состоит в универсальности и простоте данной системы.

Для реализации идеи и целей необходимо выполнение нескольких задач:

1. Изготовить установку по выращиванию растений вертикальным способом.

2. Собрать и установить рабочие устройства:

• Сделать анализатор концентрации химических элементов в растворе;

• Сделать автоматический дозатор химических элементов в раствор;

• Сделать светильники с контроллером регулировки спектра;

• Установить датчики анализа микроклимата;

• Установить дополнительные приборы для регулировки микроклимата и работы других технических операций.

1. Подсоединить все элементы к платформе Arduino Mega ADK

2. Написать программу и запрограммировать микроконтроллер.

3. Создать удобную панель управления для центрального компьютера и телефона.

4. Запустить всю систему и работать с ней.

Идея создать систему управления для вертикальной фермы пришла при личном опыте выращивания растений. Совмещая обучение в вузе с ежедневной трудовой деятельностью, у меня возникла проблема с недостатком времени, чтобы следить и ухаживать за своим инновационным огородом. И я подумал, как было бы хорошо, если бы кто-нибудь выполнял эту работу за меня. Решить вопрос с наймом рабочего, можно, но с финансовой точки зрения накладно, также человек должен обладать знаниями и навыками агронома, а это высококвалифицированный труд и, следовательно, высокооплачиваемый, в итоге – высокий постоянный расход в месяц. Исходя из вышеперечисленного анализа, сделал вывод, что процесс ухаживания за растениями должен быть автоматизирован и при этом я должен знать в любую минуту и в любом месте все, что происходит у меня на моей ферме.

Начал искать готовые решения, которые есть на рынке и оказалось – то, что мне нужно – этого нет с подходящими для меня критериями или пришлось бы делать на заказ, но за очень высокую цену. Например, прибор – анализатор химического состава питательного раствора, уровень РН и автоматический дозатор подачи химических элементов, в тандеме и трехкомпонентный стоит 75 000 рублей, при этом он не может быть интегрирован в ПК. А мне необходимо, чтобы он анализировал хотя бы 11 необходимых химических элементов и подавал их, а также все данные выдавал на ПК. Делать на заказ такое оборудование – это сотни тысяч рублей, без преувеличений. Это только один из примеров элемента системы, который мне нужен.

Для создания собственной системы управления я исходил из некоторых основных критериев:

• низкая стоимость;

• доступность;

• простота в сборке;

• простой и понятный язык программирования;

• совместимость с датчиками,

• приводами, добавочными модулями, дополнительными микросхемами.

Свой выбор я сделал на готовую платформу Arduino. В общих чертах, Arduino – это платформа для разработки устройств на базе микроконтроллера, на языке программирования С++ в интегрированной среде Arduino IDE. Основной элемент платы Arduino – микроконтроллер Atmel. Микроконтроллер исполняет весь скомпилированный код программы. Язык Arduino представляет доступ к периферийным устройствам микроконтроллера: аналого-цифровым преобразователям (ADCs), цифровым портам ввода-вывода, коммуникационным шинам и последовательным интерфейсам. Arduino – это открытая платформа, поэтому в продаже имеется большое количество Arduino-совместимых устройств. На плате все порты выведены на штырьковые контакты, поэтому можно во многих случаях обойтись без пайки, используя макетную плату. Одна из самых важных особенностей Arduino – это программирование через USB-порт без дополнительного программатора.

Из всех разновидностей плат Arduino я выбрал плату Arduino Mega ADK так как в ней имеется 54 цифровых входа-выхода, что позволяет подключать большое количество устройств, а также увеличенное число аналоговых входов и последовательных портов. И еще одно из самых важных элементов донной платы – у нее есть дополнительная функциональность интерфейса USB, позволяющая ей соединяться с телефоном на базе Android. Теперь через телефон можно в любой момент видеть все входящие данные с центральной системы управления и также отдавать ей команды.

Описание системы

Установка состоит из следующих элементов:

1. Несущий каркас, техническое оборудование.

2. Система жизнеобеспечения растения.

• Освещение

• Подача питательного раствора

• Изменения химического состава питательного раствора

• Подача растворителя

• Изменение уровня PH раствора

• Подача СО2

• Вентиляция

• Подогрев питательного раствора

• Аэрация питательного раствора

• Увлажнение воздуха

1. Система анализа и контроля данных.

• Измерение температуры раствора

• Измерение уровня СО2 в воздухе

• Измерение уровня PH раствора

• Измерение содержания химических элементов в растворе

• Измерение влажности воздуха

1. Система управления.

Преимуществ данной разработки несколько:

1. Высокая урожайность

Население планеты увеличивается, соответственно с ней, растет потребность в продуктах питания. А данная система решает ряд вопросов по данной проблеме. Основное преимущество – это выращивание овощных культур вертикальным, многоярусным способом, где получение урожая с одной площади увеличивается в несколько раз. Полный контроль над процессом выращивания овощной культуры, где максимально исключены риски неурожая. Здесь же стоит отметить и высокое качество продукции: система выращивания, основанная на методе гидропоники, отличается тем, что растению подаются только те элементы и в той пропорции, в какой ему необходимо для роста и развития. В итоге максимально исключается момент накопления растением нитратов.

1. Экологический баланс

Также с ростом населения планеты все больше и больше земель отводится под сельское хозяйство, что приводит к большому дисбалансу в экологической системе. А за счет вертикального способа выращивания можно сократить задействованные площади.

Так как установка оснащена системой анализа и контроля данных и прибором подачи микро- и макроэлементов, то процесс приготовления раствора остается замкнутый. Другими словами, в систему только заливается растворитель и вводятся макро- и микроэлементы, но не сливается из нее. Тем самым, не происходит загрязнения окружающей среды путем выброса отходов, в нашем случае – питательного раствора, содержащего технические соли.

1. Автоматизация процесса выращивания

Сам процесс производства максимально автоматизирован и участие человека в нем приходится на посев семян или саженцев и сбор урожая. А управление происходит удаленно через центральный компьютер и телефон.

1. Низкое энергопотребление

Осветительные приборы данной установки состоят из светодиодов, которые имеют низкое энергопотребление. Другие устройства также имеют низкое энергопотребление, например: воздушный компрессор (от 9w), водяная помпа (от 20w), водный обогреватель (от 100w).

1. Универсальность применения системы

Данные установки будут располагаться в абсолютно изолируемом от света помещении, а основным источником освещения будут светодиоды. Поэтому место размещения данной системы может быть разнообразным, например: дома, учреждения, офисы, подвальные помещения, заводы, корабли, подводные лодки и т.д., в общем, везде, где есть центральное отопление и температура в помещении +15-25 градусов. Данная установка оснащена съемными кассетами под разные культуры.

Код для цитирования: Скопировать