Автоматизированные системы выращивания растений

Добавил пользователь Morpheus
Обновлено: 19.09.2024

Ловите идею для бизнеса: промышленная автоматизация сельского хозяйства гидропонными системами!

И если пока для вас нет ни одного понятного слова, читайте далее.

Достоинства промышленной автоматизации сельского хозяйства

Мы все издавна привыкли к традиционному ведению сельского хозяйства, с детства знаем: наш климат отличается сезонностью; цена на овощи, фрукты, мясо-молочную продукцию растут/снижаются в зависимости от сезона; бывают урожайные или неурожайные годы; поля, сады нужно обрабатывать от вредителей, поливать, то есть, вкладывать очень много сил, труда.

Чуточку народной мудрости по этому поводу:

Снегу много – хлеба много; много воды – много травы.
Много комаров – готовь коробов (под ягоду), много мошек – готовь лукошек (под грибы).
Рожь две недели зеленится, две недели колосится, две недели отцветает, две недели наливает, две недели подсыхает.
Огрех в пашне – не к добру.
В полдень можно сеять одну только пшеницу; всё остальное пропадёт.
При северяке гороху не сеют.

Так вот: сегодня даже в наших климатических условиях свежие овощи, зелень, ягоды, корма для животных могут быть доступны круглый год при установке промышленных гидропонных систем для автоматизации сельского хозяйства. Да: такие фермы уже существуют, но, как это часто случается, не у нас. Поэтому к делу!

Что такое гидропоника для автоматизации выращивания растений

Гидропоника – это технология беспочвенного выращивания культур при помощи питательного раствора; именно она – будущее сельскохозяйственных ферм.

Преимущества автоматизированных гидропонных ферм:

не требуется арендовать огромные земельные территории, достаточно сравнительно небольшого помещения;
меньше трудозатрат;
экономия воды: полив, как мы его традиционно представляем, не нужен;
урожай несколько раз за год, высокая урожайность с 1 м²;
не требуется обработка ядохимикатами, так как риск заболевания для зелёных питомцев сведён к минимуму: внутри фермы стерильно чисто, нет личинок, бактерий, характерных для почвы;
отсутствует необходимость бороться с сорняками;
такие фермы можно строить даже в Москве.

Трудности гидропоники на начальном этапе:

поиск инвестиций на помещение, оборудование;
недостаток грамотных специалистов, специальной литературы;
основная статья расходов – электроэнергия;
обеспечение бесперебойной работы всех приборов: промедление при поломках влечёт гибель урожая;
обеспечение своевременной реализации продукции.

Почему гидропонный раствор лучше почвы

Почва не является обязательным необходимым условием для развития культурных растений. Да, мы посадим рассаду в грунт, но разве без полива она будет расти? Почему? Потому что только вода растворяет микроэлементы, только с ней они поступают к корням.

Итак, культурам нужны питательные вещества, вода, воздух, правильное освещение, температурный режим, влажность. Почва или другая основа – лишь среда, содержащая полезные вещества, обеспечивающая их поступление к корням.

Питательный раствор – жидкость, насыщенная минеральными солями, необходимыми для роста растений.

Для каждого вида, сорта он разный. Разобраться здесь может специалист или Вы после кропотливой работы над литературой, а ещё лучше – стажируясь на действующей ферме.

Гидропонные растворы для автомазированных установок

Что нужно знать о растворах новичку:

их можно готовить самостоятельно. Для этого потребуется специальное оборудование: баночки прозрачные и тёмные под соли, мерные ёмкости, ложечки, аптекарские весы, защитная одежда и т.д. А можно приобретать уже готовые;
каждая соль сначала разводится водой, только потом все соединяются в одной ёмкости;
на разных фазах вегетации растению требуется разная концентрация солей, поэтому тут тоже нужно подходить со знанием дела;
вода постоянно или регулярно должна насыщаться воздухом – это необходимое условие для быстрого роста урожая;
периодически раствор требует полного обновления;
нельзя допускать загнивания корневой системы, поэтому она нуждается в постоянном осмотре;
систему шлангов, каналов, сливов периодически чистим во избежание застоев, появления гнили;
автоматизированная система подачи, слива воды, датчиков контроля должна работать бесперебойно.

Как промышленная автоматизация заменяет почву

Если минеральные вещества растения получают из воды, то закрепиться в ней самостоятельно они не могут. Для этого существуют субстраты – органические, минеральные или синтетические материалы с низкой химической активностью.

Об уходе и затратах

Субстраты для промышленных гидропонных систем не вечны, несмотря на автоматизацию участия человека. Одни уплотняются, другие теряют со временем первоначальные свойства, третьи разрушаются. Поэтому периодически субстрат стоит полностью обновить.

Некоторые вещества нуждаются в восстановлении нейтральности, промывании, термообработке, дезинфекции.

Стоит предусмотреть варианты утилизации использованного материала или возможности его подготовки ко вторичному применению.

Технологии автоматизации хозяйства на гидропонике

Фитильная – единственная не автоматизированная. Раствор насыщается воздухом и по фитилям поступает к ёмкости, где расположены корни растения. Имеет недостатки:

ограниченная пропускная способность фитиля,
недостаточно влаги для развития пышно растущих, высоких кустов или промышленного культивирования.

Технология автоматизированного периодического затопления: питательный раствор подаётся к корням время от времени. Само название говорит: корни как бы находятся в 2 состояниях:

рабочем, когда происходит подъём жидкости, которую они впитывают,
отдыха, когда влага стекает обратно.

Установки периодического затопления

Периоды затопления регулируются автоматизированной системой гидропоники, настроенной под определённый вид культуры.

Технология питательного слоя: растения расположены изолированно друг от друга на наклонных лотках. Раствор стекает под действием физических сил, попутно поставляя питание к корням, а затем снова поднимается к верхнему лотку. Такая циркуляция происходит постоянно, поэтому вода подаётся непрерывно.

Плюс: экономия воды, которая используется несколько раз.

Минус: если система остановится, корни начнут быстро сохнуть.

Системы гидропоники капельного полива

К каждому ростку подведена трубка, через которую жидкость постоянно капает в горшок с субстратом. Излишки стекают в водосборный резервуар.

Технология плавающей платформы – самая древняя. Говорят, что её применяли ещё индейские племена Южной Америки.

Устройство: растения в сетчатых горшках закреплены на платформе, дрейфующей по поверхности воды. Здесь сразу очевиден главный минус: риск загнивания корней, постоянно погружённых в воду. Но для влаголюбивых культур – это самый подходящий метод.

Аэрогидропонная автоматизация промышленной теплицы

Техника глубинного потока. Сеточные горшки с субстратом расположены в длинном желобе. Насыщенный воздухом раствор поступает к корням от первого горшка к последующим, но чем дальше расположено растение, тем меньше питательных веществ оно получает, меньше насыщается кислородом. Поэтому такие конструкции хороши дома, но не на крупных сельскохозяйственных фермах.

Освещение промышленной гидропонической теплицы

В естественных условиях для каждого климата характерен определённый световой режим. Именно поэтому яблоки вызревают при одном режиме, а хурма или кофе требуют других. Вспомните примеры народной мудрости, связанные с приметами, касающимися ведения сельского хозяйства, сбора урожая: в автоматизированных гидропонных фермах эти приметы просто не нужны. Здесь сам человек создаёт необходимые для роста условия: освещение, влажность, температурный режим.

Особенности освещения гидропонных объектов

обычные лампы накаливания не годятся; выбираем флуоресцентные, галогенные, люминесцентные, светодиодные источники света, лампы высокого давления;
на каждом этапе вегетации: проращивание, развитие ростка, цветение, плодоношение – требуется разный спектр лучей, интенсивность, периоды покоя;
культуры различаются требовательностью к периодам освещённости/затемнения. Помните из школьного курса: светолюбивые, теневыносливые растения?

Учёными опытным путём доказано: количество красных и синих лучей, их длина по-разному влияют на развитие разных сортов. Поэтому здесь мы тоже никуда не денемся – изучаем опыт передовых фермерских гидропонных хозяйств.

Какие бизнес-проекты, связанные с гидропоникой стоит развивать

Выращивание растений.
Разработка, производство и поставка оборудования.
Производство, поставка, утилизация удобрений, субстратов.

Если наслышаны о дороговизне гидропонного производства, приведём цифры:

на организацию и открытие небольшого бизнеса потребуется около $30 тыс.;
с 1 м² за 6-8 суток получается около 25-28 кг зелёный массы зерновых или 50 кг зелёной массы кукурузы;
с 1 м² за год собирают 50-60 кг пряной зелени;
1 куст томатов примерно за 75 дней даёт 3-5 кг плодов;
выращивание в многоярусных гидропонных установках значительно снижает затраты на аренду помещения.

Основными расходами после открытия и запуска фермы станут:

оплата коммунальных услуг,
заработная плата сотрудников,
обслуживание оборудования,
приобретение материалов: удобрений, семян,
хранение и перевозка продукции.

затратах, связанных с обработкой почвы,
борьбе с вредителями, болезнями,
рациональном использовании воды,
отсутствии фактора сезонности,
полезных площадях.

Бизнес план автоматизации теплицы

Обязательно определитесь с выбором растения, если хотите заниматься выращиванием. Проанализируйте рынок, ищите незанятую, но востребованную, нишу. Если в вашем регионе уже есть теплица с традиционным методом возделывания, но обеспечивающая население свежими овощами, рассмотрите как вариант производство зелёных кормов для мясо-молочной отрасли сельского хозяйства или займитесь разведением роз. Тем более, в этом сегменте существует целый ряд уже готовых решений для бизнеса, действующих в ближайших к нам странах Западной Европы.

Обязательно выбирайте для начала только одно направление, так как это связано с особенностями гидропоники для фермы, применением кардинально различных гидропонных технологий под разные культуры. Вы же не будете упорно доказывать, что клубнике требуются те же условия производства, что и зелёным кормам?

Найдите рынки сбыта, ответственных перевозчиков, так как вырастить продукцию – полдела. Все мы собаку на этом съели, не зная, как правильно сохранить свежим урожай собственных дачных участков.

Разработка промышленных систем автоматизации, их производство всегда востребованы, так как процесс автоматизации и усовершенствования работы гидропонных ферм всегда будет оставаться актуальным направлением в развитии науки и сельскохозяйственной отрасли производства. Ну, по крайней мере, несколько ближайших десятилетий точно.

Кроме того, Вы сможете открыть сервисную мастерскую, которая будет профессионально заниматься починкой, восстановлением, ремонтом, заменой оборудования, так как техника тоже требует ухода.

Системы гидропоники для фермы

Гидропоника для фермы отличается от домашней своими масштабами, затратами, поэтому разработку новых энергосберегающих, суперэкономных гаджетов многие фермеры оценят по достоинству.

Москва обладает высоким научно-рационализаторским потенциалом: привлеките к бизнесу талантливых выпускников технических вузов – заодно обеспечите им первое место работы, а продажи оборудования в МСК организуют специалисты с соответствующими знаниями и опытом работы.

Поставка удобрений, субстратов – также интересный проект.

Для домашней гидропонной системы можно набрать щебня вдоль дороги, купить его в магазине или найти крупный ракушечник на берегу, самостоятельно провести его очистку и дезинфекцию, но для промышленных объёмов требуются масштабные поставки. То же с удобрениями: здесь нужны профессионалы. Так станьте им именно Вы!

Подведём итоги автоматизации сельского хозяйства

В условиях сложившейся экологической ситуации, развития технологий, востребованности свежей сельскохозяйственной продукции и кормов, развитие промышленной автоматизации, возведение гидропонных ферм – готовые предложения для организации бизнеса. По выгодной цене купить гидропонные установки в Москве сможете у нашей компании.

На рынке всегда пользуются спросом экологически чистая свежая зелень и овощи, цветы и зелёные корма для животных, новые достижения в обрасти экономии ресурсов, совершенствования оборудования. При интенсивном развитии гидропонных хозяйств актуальны поставки оборудования, качественных материалов, организация хранения, перевозки готовой продукции.

При грамотном подходе такой бизнес со временем вряд ли будет убыточным, наоборот, проблема обеспечения населения продуктами становится всё серьёзнее, а это – залог востребованности.

Разработка промышленной автоматизации сельского хозяйства гидропонными системами востребована, так как усовершенствование работы ферм на гидропонике всегда будет оставаться актуальным направлением промышленного развития и сельскохозяйственной отрасли.

Домашним растениеводам рекомендуют приобрести гроубоксы разновидности стелс. Они оборудованы всеми необходимыми приборами, которые создают благоприятный микроклимат для растений. Это камера или шкаф с освещением, системой вентиляции и фильтрации воздуха. Бокс используют для выращивания растений, как в грунте, так и на гидропонике.

Чтобы получить максимум удовольствия от домашних насаждений, при этом затратить минимум сил при уходе за ними, приобретают автоматические гроубоксы. Какую электронику устанавливают производители в камере? Как автоматизировать бокс?

Модули управления

Для нормального развития растений в гроубоксе организуют систему освещения. Она же выполняет функцию обогрева. В камере устанавливают основной светильник, который обеспечивает саженцы и светом, и теплом.

К таким относят ДНаТ, ДНаЗ. Лампы сильно нагреваются, передавая тепло растениям. Работают они не постоянно. Их необходимо отключать, когда температура в боксе превышает норму.

Когда перестают работать основные лампы, требуется включить дополнительное освещение, чтобы выдержать для растений световой день в 16 ч. Для досветки используют чаще всего LED, ЭСЛ. Они обеспечивают саженцы светом, но не отличаются хорошей теплоотдачей.

Выбирают лампы с определённым оттенком света. Зелёный свет стимулирует развитие зелёной массы. Синий благоприятно воздействует на формирование корневой системы. Красный и жёлтый совпадают со спектром цветения и плодоношения.

Для контроля над температурным режимом в гроубоксе устанавливают терморегуляторы с датчиком температуры.

К прибору подключают основные лампы и подсветку. Их работа зависит от температуры в боксе. Для этого внутри камеры устанавливают термодатчик, который улавливает изменения микроклимата и передаёт данные на прибор.

Производители представляют на рынке следующее оборудование:

ТС 200 – на дисплей выводятся часы, температура воздуха в боксе; устанавливается дневная, ночная температура;
ТР-1 – контролирует систему обогрева и охлаждения; к нему подключают осветительные приборы и вентиляторы;
Ballu BMT-1 – механический; подключают только приборы освещения;
Terneo RZ – прибор устанавливают в бокс.

Осветительные или вентиляционные приборы можно подключить к таймеру. На нём устанавливают время работы ламп и вентиляторов. Таймер используют чаще всего для мини-боксов. Оборудование может быть механическим или программируемым.

Предлагается рассмотреть автоматику для гроубокса:

ТМ 25 на 2 розетки – на таймере устанавливают температуру на неделю; он может контролировать работу ламп, вентиляторов;
ТМ 24 – на одну розетку; на нём устанавливают дату, часы, время работы систем в гроубоксе;
ТМ 32, механический; это один из самых простых приборов, которые используют для небольших камер.

При выращивании растений на гидропонике необходимо проверять рН питательного раствора, электропроводность (ЕС), уровень жидкости в контейнере. Кислотно-щелочной баланс анализируют ежедневно.

Это связано с тем, что при высокой температуре происходит интенсивное испарение. Это приводит к повышению минеральных солей в питательной среде. Требуется добавить воды, чтобы привести кислотность в норму.

Для анализа рН питательной среды для растений на гидропонике используют лакмусовую бумажку, тест-растворы, рН-метр. Для определения ЕС требуется кондуктометр.

Для определения влажности воздуха и субстрата используют гигрометр. Отдельный контролер приобретают для контроля уровня поливной жидкости или питательного р-ра.

Электропроводность проверяют 1 раз в неделю. Уровень жидкости проверяют 2-3 раза в день. Необходимо контролировать влажность субстрата и воздуха в гроубоксе. При высокой и заниженной влажности нарушается развитие растений. Оптимальный уровень 65%.

Чтобы автоматизировать контроль над раствором, субстратом, воздухом, используют следующие модули:

Блок управления

Все системы может контролировать один прибор, блок управления. К нему подключают осветительные приборы, вентиляторы. Оборудование контролирует влажность воздуха и субстрата, включая полив или наполняя контейнер для питательного раствора.

Блок управления устанавливают для выращивания растений в объёмных гроубоксах, теплицах со сложным оборудованием. Оборудование позволяет избавить растениевода от постоянного контроля над работой гроубокса, от приобретения большого количества контролеров и электронных модулей.

Готовый гроубокс

Электронные модули и блок управления микроклиматом устанавливают в теплице или в гроубоксе, который был собран растениеводом самостоятельно. Электронику выбирают для гроутентов; обычно в инструкции к тентам указывают, какие устройства лучше подходят для палатки. Можно приорести готовый бокс типа стелс, который полностью автоматизирован.

От огородника требуется только провести высадку растений и подключить камеру к сети. Автоматический гроубокс стелс хорошо дополнит интерьер помещения. Его можно поставить в любое место комнаты. Камеры оснащены всем необходимым для саженцев и для растениевода.

Актуальность

Новые технологии в сельском хозяйстве способствуют значительному увеличению уровня производства сельскохозяйственной продукции, стремительному росту уровня её качества. По оценкам J’son&Partners Consulting, суммарный экономический эффект от перехода сельских хозяйств на бизнес-модели, базирующихся на IoT и цифровизации, может составить более 4,8 триллиона рублей за год, или 5,6% прироста ВВП. В целом прирост объёма потребления информационных технологий в России ожидается на уровне +22%, и этого можно достичь за счёт цифровизации только одной отрасли — сельского хозяйства.

Существующие промышленные системы выращивания растений, а также системы управления с помощью голосового помощника недоступны для использования малым бизнесом, поэтому предлагаем свою систему, которая позволит облегчить труд работников сельского хозяйства, оптимизировать процессы производства.

Цель

Создать автоматизированную систему выращивания растений для уменьшения объёма ручного труда при выращивании сельскохозяйственных культур с возможностью голосового управления.

Задачи

Разработать аппаратную модель устройства управления теплицей.
Создать программу управления теплицей.
Создать голосовому ассистенту навык управления теплицей.
Продемонстрировать работу модуля на макете.

Оснащение и оборудование, использованное при создании работы

Компьютер с установленным ПО под управлением OS Linux: Arduino IDE, С++
Микроконтроллер Arduino UNO
Система контроля версий Git

Описание

Во время работы над темой проекта автор определил проблему в отсутствии Open Source модулей для автоматизированных систем, обеспечивающих комплексное решение следующих задач: поддержание определённых микроклиматических условий, организация полива, проветривания, освещения, а также обладающих возможностью дистанционного голосового управления.

Автор принял решение создать модель теплицы для отладки основных операций и переноса проекта в промышленную эксплуатацию. На первом этапе была создана схема управления теплицей и определён необходимый список устройств и компонентов. На следующем этапе были приобретены необходимые компоненты и создана модель теплицы, а также модуль управления. Затем автор работы создал навык для голосового ассистента, позволяющий управлять исполнительными устройствами и получать необходимые данные. На завершающем этапе автор разработал и произвёл отладку программного кода для правильной работы всех устройств.

Работа выполнена автором самостоятельно.

Результаты работы/выводы

Перспективы использования результатов работы

Проект готов к переносу на промышленное оборудование.

Сотрудничество с вузом/учреждением при создании работы

Награды/достижения (в каких конкурсах и с какими результатами выставлялась ранее эта работа)

Лаборатория E-MODE.PRO основана в 2014 году. Наша цель - создание автоматизированного Гроу-модуля, который позволит получить урожай зелени, овощей, ягод высокого качества в любой точке планеты Земля (в пустыне, на Крайнем Севере, на горных вершинах и в мегаполисах) при максимальном использовании потенциала возобновляемой энергии и технических знаний.
Мы производим уникальное автоматическое оборудование для управления и контроля процесса выращивания растений в оранжереях, теплицах и закрытом грунте, применяя современные методы гидропоники и аэропоники, капельного полива и питательного слоя, а также традиционные способы выращивания в почве и субстратах.

Поддерживает уровень рН, EC, LVL. Контролирует температуру раствора и помещения. Обладает возможностью удаленного доступа с компьютера или смартфона, хранит статистику в облачном сервисе

растворный узел поддерживает заданную концентрацию удобрении? (ЕС), кислотно-щелочнои? баланс (рН) в питательном растворе и его уровень в е?мкости (LVL)

Контролирует уровень углекислого газа в помещении, управляет подачеи? CO2 при недостаточнои? концентрации в воздухе.

Читайте также: