Автоматизированный аппаратно-программный комплекс «Умная теплица

Автоматизированный
аппаратно-программный
комплекс
«Умная
теплица»
Овчиникова Е. студентка группы 14ОЭ1бв.ПензГТУ
Научный руководитель профессор Роганов В.Р. ПензГТУ
А аutomated hardware-software complex "Smart hothouse"
Ovchinikova E. student group 14ОE1. PenzGTU
Supervisor Professor Rohan VR PenzGTU
Успехи
аппаратно-программных
комплексов,
которые
существенно
изменили нашу жизнь могут служить основанием для более интенсивного их
внедрения в народное хозяйство. Ранее все достижения науки в первую очередь
внедрялись в оружие. Сейчас это по прежнему актуально, но возможен вариант
диверсификации этого направления. И такие результаты уже есть. Понятие
«Умный дом» это уже не просто понятие, а определённые технические решения
позволяющие существенно экономить на ЖКХ, сделать жизнь в доме более
комфортной. В научном кружке кафедры ИКТ ПензГТУ «От идеи до
внедрения» совместно с ООО «Консалт Групп» и ООО «ИнноТорф» начаты
работу по разработке новых комплексов объединённых общим названием
«Умная теплица».
Когда мы слышим словосочетание «умная теплица», первое, что приходит
на ум – это некий ультрасовременный «агротехнический объект Х», в котором
все операции настолько автоматизированы, что задача огородника, сводится к
удобному управлению процессами через компьютер.
Как правило, в любой теплице, претендующей на статус «умной»,
соблюдаются три золотых правила:
1.температурный
режим
внутри
сооружения
поддерживается
автоматически;
2.полив растений осуществляется своевременно и в нужном количестве без
участия человека (капельное орошение);
3.почва в грядках или контейнерах восстанавливается самостоятельно и не
требует частой замены.
При этом умная теплица совершенно не обязательно должна быть щедро
нашпигована дорогой электроникой, как любительская колбаса салом. Наши
исследования показывают что автоматику для таких теплиц можно сделать
своими руками или купить в ближайшем садовом магазине по цене от 1500
рублей.
Каждый из вышеперечисленных компонентов «умности» – устройства для
автоматического полива и проветривания теплиц и активные биологические
способы поддержания экосистемы почвы – уже давно перестали быть для нас
чем-то диковинным. Просто в умных теплицах все это работает в комплексе
реализуя заложенную разработчиками идею оптимальности выращивания
растений определённого вида: цветы, овощи, фрукты. По сути, это и есть
главное отличие данного типа теплиц от привычных оранжерей и парников.
В
замечательной
земледелия
книге
известного
Николая Курдюмова
популяризатора
«Умная теплица»
приусадебного
[1], написанной в
соавторстве с Константином Малышевским, подробно разобраны все основные
типы современных умных теплиц. Мы в дальнейшем будем использовать
описание одной из самых удачных, на наш взгляд, моделей (теплица
Малышевского) для того, чтобы проиллюстрировать весь процесс правильной
организации умной теплицы.
При выборе места под будущую садовую «умницу» необходимо учитывать
три основных фактора:
назначение теплицы;
географическую широту вашего участка;
схему ветровой активности (розу ветров) вашего района;
длину светового дня, в том числе в разное время года.
В основе всех моделей умных теплиц лежит принцип максимального
использования солнечной энергии. Однако в разных широтах солнце ведет себя
по-разному. Кроме того, далеко не все тепличные культуры солнцелюбивы.
Если, к примеру, вы решили построить умную теплицу для всесезонного
выращивания огурцов, салатов и болгарского перца, то вам следует располагать
ее с юга на север. Таким образом, она будет получать оптимальное количество
солнца утром и вечером и в тоже время, не перегреваться в дневную жару. Это
правило подходит также и для сезонных весенне-летних теплиц, расположенных
в южных регионах. Для возделывания томатов и баклажан лучше подойдет
теплица, ориентированная с востока на запад. Это расположение актуально для
дачников, живущих в Центральных регионах России, а также в Западной
Сибири.
Ни для кого не секрет, что сильный ветер – это закадычный враг всех
тепличников. Он может резко изменить внешний температурный фон или же
попросту сорвать с места недостаточно укрепленную конструкцию. Поэтому мы
считаем, что при выборе места под теплицу учесть направление основных
ветров. А при необходимости – организовать дополнительную ветровую защиту.
Например, устроить живую изгородь в 10–15 метрах от теплицы. Это будет и
красиво и полезно.
Из школьного курса физики мы знаем, чем воздух холоднее, тем он
«тяжелее». То есть, холодный воздух в помещениях всегда стелется по полу.
Вспомните свои ощущения, когда во время зимнего проветривания «сквозняк по
ногам тянет». Так вот, при раскрытых настежь дверях в теплицах растения
испытывают то же самое. С той только разницей, что перепад температур для
них может обернуться не только сильным стрессом, но и гибелью. Выход только
один – устроить в умной теплице систему проветривания без сквозняков.
Решается это достаточно просто. Во-первых, форточки для проветривания
должны находиться как можно выше. В идеале – на крыше теплицы. А вовторых, двери в теплицу должны быть без щелей и плотно закрываться.
При проникновении холодного воздуха через «высокие» форточки, он
смешивается с горячим «верхним »тепличным воздухом. Таким образом,
происходит обмен влагой и теплом и, в результате, растения чувствуют себя
замечательно.
Будем считать главными атрибутами умной теплицы автоматизированный
полив и обеспечение оптимальной температуры для роста и вызревания культур.
Сегодня существует множество автоматических устройств для полива,
отличающихся как по производительности, так и по функциональности. Но
самые удобные и надежные – это автономные автоматические «открыватели»,
работающие по принципу гидроцилиндров. Принцип работы этих устройств
прост: при нагревании жидкость внутри цилиндра расширяется и приводит в
действие шток-толкатель, который, в свою очередь, открывает форточку или
кран, подающий воду в систему орошения. И наоборот – при понижении
температуры жидкость в цилиндре охлаждается и шток возвращается на
исходную.
Солнце для тепличника – это, помимо всего прочего, большой бесплатный
обогреватель. В умных теплицах этот бонус принято использовать с
максимальным КПД. Большая емкость с водой, которую используют для
капельного орошения растений, послужит отличным накопителем тепла, и будет
обогревать теплицу в темное время суток. Помимо емкости с водой, на
должность тепло-аккумулятора можно и нужно «назначить» бетонную дорожку
между грядками.
Проблемы, связанные с уходом за почвой в теплице – традиционные
сюжеты страшных снов всех огородников со стажем. Чтобы раз и навсегда
избавится от полуночно-агротехнических кошмаров, можно воспользоваться
методом Константина Малышевского.
Суть метода заключается в следующем:
в качестве почвы используется биогумус «домашнего» изготовления;
сверху плодородный слой покрывается органической или минеральной
мульчей, толщиной до 10 сантиметров;
почва обязательно «заселяется» калифорнийскими червями, которые в
процессе жизнедеятельности обеспечивают растения всеми необходимыми
удобрениями – вот такой получается умный симбиоз;
дополнительно для улучшения условий выращивания растений можно
воспользоваться органическими стимуляторами роста, например препаратом
Гумастин производства ООО «ИнноТорф» (г. Пенза) [2,3].
Выводы:
1. В настоящее время сложились условия для начала проведения
широкомасштабных работ по созданию «Умных теплиц».
2. Для повышения эффективности комплекса «Умная теплица» необходимо
провести ряд мероприятий включающий выбор места под теплицу, выбор
аппаратно-программного комплекса
для управления
теплицей и выбор
исполнительных механизмов.
Литература.
1. К. Малышевский, Н. Курдюмов. Умная теплица. М.: Владис, – 2007.
2. Влияние технологических араметров щелочного гидролиза низинного
торфа
на
качественные
показатели
выделенных
гуминовых
препаратов/В.Р.Роганов, М.В.Старова, И.В.Елисева, Л.В.Касимова –
Современные проблемы науки и образования. - Москва: Научнотехнический центр "Информрегистр" , 2014. - Т. 0. - В. 0. - № 6.
3. Исследование способов извлеяения из низинного торфа гуминовых
препаратов/ В.Р.Роганов, А.В.Тельянова, И.В.Елисева, Л.В.Касимова –
Современные проблемы науки и образования. - Москва: Научнотехнический центр "Информрегистр" , 2014. - Т. 0. - В. 0. - № 6.