Разработка системы мониторинга и управления индивидуальным тепличным хозяйством в соответствии с концепцией «Умный дом» - Студенческий научный форум

XII Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум - 2020

Разработка системы мониторинга и управления индивидуальным тепличным хозяйством в соответствии с концепцией «Умный дом»

Панекин В.С. 1
1Брянский государственный университет
 Комментарии
Текст работы размещён без изображений и формул.
Полная версия работы доступна во вкладке "Файлы работы" в формате PDF

Что такое умная теплица

Появление умных теплиц и оранжерей произвело революцию в сельском хозяйстве, позволив более эффективно выращивать экзотические фрукты в северных широтах. В основе любой умной теплицы – датчики, исполнительные механизмы, системы мониторинга и управления, которые в комплексе позволяют оптимизировать многие факторы и условия роста агрокультур.

Умная теплица – это полностью автоматизированная конструкция, призванная облегчить процесс выращивания агрокультур и минимизировать использование ручного труда. Этот сельскохозяйственный объект включает в себя микроконтроллеры, датчики и приложения «интернета вещей».

Часто умные теплицы работают в синхронизации с другими технологическими решениями, например, технологиями автоматического полива и системами HVAC. Интеллектуальные датчики фиксируют данные о росте растений, орошении, наличии вредителей и освещении и отправляют их на локальный или облачный сервер. Веб-консоль администратора позволяет фермерам настраивать параметры системы и интегрировать ее с другими решениями. Мобильное приложение генерирует оповещения и отчеты о производительности теплицы IoT.

По типу умные теплицы можно разделить на те, где используются гидропоника (выращивание агрокультур без почвы) и обычное выращивание агрокультур в грунте. Аналитики MarketsandMarkets отмечают, что на рынке преобладают решения грунтового выращивания.

Ключевыми для умных теплиц стали такие технологии, как:

LED-проекторы для роста растений;

технологии подключения;

ирригационные системы;

клапаны и насосы;

системы мониторинга;

системы управления.

Какие технологии делают теплицы умными

По мнению аналитиков MarketsandMarkets, на рынке умных теплиц главенствуют технологии HVAC и LED-фитоламп.

HVAC

HVAC-оборудование – это комплекс, состоящий из систем отопления, вентиляции и кондиционирования помещений. Задача HVAC-систем в теплицах и оранжереях – поддерживать идеальную температуру для круглогодичного выращивания конкретной культивируемой агрокультуры или экзотических растений, сглаживая негативные факторы окружающей среды. Преимущества HVAC заключаются в минимизации операционных затрат.

Светодиодные (LED) проекторы

При помощи светодиодов легко обеспечивается дополнительное освещение культивируемых агрокультур в теплице или оранжерее. Лучшие системы освещения имеют компактный дизайн и долгий срок эксплуатации (от 30 до 50 тысяч часов) и расходуют меньше энергии.

Датчики

В зависимости от потребностей фермеров возможны любые комбинации датчиков: температурные датчики, датчики влажности, датчики экспонометра, датчики состава почвы (кислотность, химический состав), датчики точки росы, датчики контроля качества воды для полива и так далее.

Сети

Для связи датчиков используются проводные или беспроводные сети. В удаленных районах могут быть задействованы LPWAN, такие как: LoRaWAN, RF, NB-IoT и так далее. Как правило, для связи используются сети не лицензируемого диапазона, что во многих случаях сокращает стоимость использования оборудования, абонплату за сервис и так далее.

Преимущества автоматизации теплиц

Защита от перепадов температуры и экстремальных температур

Поддержание и контроль диапазона температур в тепличной среде имеет решающее значение. Колебания температуры могут повредить или убить растения в течение нескольких часов. Системы дистанционного мониторинга защищают ценные растения от экстремальных температурных колебаний.

Контроль инвентаря и другого оборудования

Кроме поддержания оптимальной температуры необходимо обеспечить сохранность инвентаря и эффективную работу систем кондиционирования, поддержания влажности и так далее.

Чем раньше фермер обнаруживает падение температуры или отказ оборудования, тем больше вероятность сохранить имущество и растения. Системы удаленного мониторинга отправляют обновления в режиме реального времени, поэтому сотрудники предприятия могут оперативно реагировать на угрозы.

Мониторинг ситуации

Если какое-либо условие выходит за пределы предварительно установленного диапазона, то устройства или система немедленно предупреждают ответственных сотрудников по телефону, через электронную почту или SMS. Уведомления о нештатных ситуациях обычно оповещают фермеров о:

понижении температуры;

плохой вентиляции;

высоком уровне углекислого газа;

изменении влажности;

отказе оборудования;

утечке воды.

Профилактика заболеваний в период вегетации

Во время вегетационного периода системы в умных теплицах могут контролировать различные условия окружающей среды. Для этого используются как проводные, так и беспроводные датчики. Поддержание заданных параметров температуры, уровня влажности, освещения, циркуляции воздуха имеют решающее значение для предотвращения появления плесени, болезней и максимизации урожайности растений.

Где реализованы проекты умных теплиц

Умные теплицы используются в основном в северных широтах. В условиях экстремального земледелия невозможно эффективно выращивать даже овощи, не говоря уже об экзотических фруктах. К примеру, население Ямало-Ненецкого автономного округа (540 тысяч человек) потребляет в год 11 тысяч тонн огурцов и томатов. Однако только 18 тонн этих овощей выращивается в теплицах региона.

Если производство находится далеко, то доставка агропродукции в ЯНАО серьезно отразится на итоговой стоимости. Обычно жители региона потребляют овощи и фрукты из других регионов России и стран ближнего зарубежья. Поэтому в столице региона – Салехарде, к 2020 году планируется построить тепличный комплекс площадью 1 га. Этот комплекс рассчитан на производство 1 тысячи тонн овощей ежегодно.

В Китае создали приложение для смартфонов, которое управляет многими процессами (полив, внесение удобрений, контроль температуры и влажности воздуха) в умной теплице. Площадь комплекса – 0,5 га. Разработчики отметили, что воду и питательные вещества система доставляет прямо к корням растений. Каждые полчаса система оповещает о микроклимате в тепличном комплексе и выявленных вредителях агрокультур.

Список использованной литературы:

Умные теплицы и будет ли расти объем их рынка[Электронный ресурс] Режим доступа: https://www.cfo-russia.ru/issledovaniya/index.php (Дата обращения 23.12.2019)

К.Тимошенко.  Теплица из поликарбоната с теплоаккумулятором своими руками. Описание и эксплуатация[ Электронный ресурс] Режим доступа:  http://newforum.delaysam.ru/topic.php?forum=1 (Дата обращения 23.12.2019)

Просмотров работы: 107