ГИДРОПОННЫЕ СИСТЕМЫ И IOT В АГРАРНОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ

АННОТАЦИЯ

Сельское хозяйство составляет большую часть экономики любой страны. Устойчивое развитие страны требует постоянного развития инфраструктуры. Для этого необходима технология, которая позволит улучшить качество, урожайность агрокультуры. Гидропоника – это метод беспочвенного выращивания сельскохозяйственных культур, который используется во всем мире. В статье обсуждается использование современных технологий IOT, используемых с гидропонными системами, которые помогают сохранить окружающую среду, как IOT обеспечивает стабильный подход в сельскохозяйственном секторе, где различные технологические устройства используют датчики и прочие инструменты для производства сельскохозяйственных культур.

ABSTRACT

Agriculture makes up a large part of the economy of any country. The sustainable development of the country requires constant development of infrastructure. This requires a technology that will improve the quality and productivity of agriculture. Hydroponics is a method of soilless cultivation of crops that is used all over the world. The article discusses the use of modern IOT technologies used with hydroponic systems that help save the environment, how IoT provides a sustainable approach in the agricultural sector, where various technological devices use sensors and other tools for crop production.

Ключевые слова: Интернет-вещей, гидропонные системы, агропроизводство.

Keywords: Internet of things, hydroponic systems, agriculture.

Гидропонные системы — это устойчивые сельскохозяйственные системы. Этот метод обеспечивает всеми необходимыми питательными веществами. В системе используется механизм, управляемый таймером, который обеспечивает эффективное управление насосом и его постоянную проверку. Существует много типов гидропонных систем, таких как система фитиля, система затопления и слива, система аэропоники. Гидропонная система может быть легко встроена в помещении. Растения, использующие эти системы, дают гораздо лучшие результаты [1]. Эти системы основаны на механизме, при котором их корни могут эффективно использовать кислород за счет меньшего количества воды, что обеспечивает стабильный метод производства и сбора урожая.

Рисунок 1. Гидропонная система

Цель состоит в том, чтобы поместить корни таким образом, чтобы они могли получать максимальное количество кислорода для растения, они получают питательные вещества для быстрого роста, что является идеей работы гидропонной системы [2]. Обычно очень маленькие растения растут в беспочвенной структуре. Необходимые питательные вещества распыляются. Корни всегда остаются влажными, что способствует легкому усвоению питательных веществ. Корни находятся в герметичной компактной среде. Растения получают необходимый кислород и используют только необходимое количество воды. Капля воды — это компонент, который разбрызгивает необходимые питательные вещества в надлежащем и равном количестве. Окружающая поверхность получает кислород с небольшими потоками воды с помощью разбрызгивателя. Поэтому растение быстро растет.

Стоит отметить важные исторические моменты, способствующие формированию современной гидропоники в том числе различные исследования. Висячие сады Вавилона показывают использование гидропонных систем в древние времена. Плавучие сады ацтеков в Мексике и древние китайские культуры также демонстрируют использование гидропонных систем.[1] Уильям Геррик в начале 90-х настаивал на использовании гидропонных систем в Калифорнийском университете в Беркли для улучшения производства. Эти системы были беспочвенными. Он стал источником вдохновения для людей, которые занимались выращиванием помидоров, выращивая помидоры высотой 25 футов. В этом методе использовалось небольшое пространство, чтобы обеспечить минеральные питательные вещества без почвы. Гидропоника имела первоначальный успех в месте, известном как остров Уэйк. В 1930 году пассажиры использовали гидропонику для выращивания овощей. Из-за демографического взрыва в последние годы земли, пригодной для возделывания, было мало. Чтобы справиться с этой ситуацией, НАСА начало эксперименты и исследования, в ходе которых они обнаружили, что гидропонные системы помогают найти подходящую почву для выращивания культур.

В исследованиях [2], гидропонная система использует корни растения, которые должным образом погружены в питательные вещества и кислород. Датчик используется для наблюдения за тем, сколько питательных веществ используется растениями. В результатах исследования говорится об использовании управляющего датчика и микроконтроллера. Используемые устройства помогают измерять рост с помощью датчиков, изменения уровня pH должны начинаться, когда вносятся изменения, чтобы показать влияние регулятора pH на использование меньшего количества воды. Результаты показывают, что путем регулирования значения pH в водном растворе растения получают соответствующее кол-во питательных веществ. В этом методе используется датчик для проверки уровня питательных веществ. Он помогает переносить содержимое, что способствует росту растения. Достаточное количество света помогает использовать правильную воду и минералы, необходимые для роста растения.

Некоторые ученые предложили производить урожай с использованием красного света. Использование различных методов помогает увеличить рост. Результаты показали, что красный свет увеличивался с увеличением интенсивности. Растения выращивали при отдельных световых обработках в течение 35 дней. Эксперименты показали улучшение как роста, так и качества. Использование красного света помогло увеличить урожайность. Это исследование доказало, что красный свет благотворно влияет на рост и качество при использовании метода гидропоники.[3]

IOT использует датчики в сельском хозяйстве, которые помогают в поддержке принятия решений по умному сельскому хозяйству. Структура IOT для сельского хозяйства используется в системах реального времени, которые поддерживают анализ различных разнородных потоков данных датчиков. Эти системы можно использовать для интеллектуального земледелия, которое может сочетать несколько параллельных потоков данных и конвейер семантической обработки. Системы, использующие крупномасштабную аналитику данных, могут добавлять новые функции, обеспечивающие беспрепятственную совместимость, которые можно использовать с открытыми наборами данных и ресурсами, доступными в Интернете. Специализированные модули управления фермой предлагают характеристики, использующие стандартное программное обеспечение, которое может быть легко использовано фермерами.

Работы по автономным садовым роботизированным транспортным средствам помогают идентифицировать и классифицировать виды растений с использованием алгоритмов извлечения признаков. Эти роботизированные системы используют входные данные, такие как температура, при которой растет растение, требуемая влажность, требуемый уровень тепла, тип почвы и направление ветра, подходящие для растений. Необходимые данные собираются с бортовых датчиков, которые используют облачную платформу хранения и помогают в предоставлении платформы для обслуживания садов.[4] Все эти системы, связанные с проделанной исторической работой, необходимой для обслуживания и будущих прогнозов, выполняются более эффективно и результативно. Использование ресурсов включает использование веб-сайта и приложения для Android, которые обеспечивают платформу для обеспечения мониторинга ферм в отдаленных районах. Гидропонное земледелие с использованием фреймворка на основе IOT может эффективно справляться с реальной производительностью испытательного стенда фермы, применяя предложенные технологии.

Сельское хозяйство с использованием гидропонных систем на основе IOT способствовало увеличению производства следующих культур. Урожайность салата, пажитника, шпината увеличилась за счет использования гидропонных систем на основе Интернета вещей.

Элементы простейшей гидропонной IOT системы:

• Блок питания.
• Датчик температуры и уровня воды.
• Микроконтроллер.
• Датчик освещенности.
• Реле управления светом, насосами.
• Модуль Wi-Fi.

Рисунок 2. Компоненты расширенной гидропонной IOT системы

Питательные вещества транспортируются к корням культур в субстрате, а затем заполняют резервуар. Насос включается автоматически и с помощью таймера включается функция отключения. Когда на насосе есть таймер, он начинает транспортировать питательные вещества к корням с помощью воды. Регулирование кислотности раствора происходит автоматически путем внесения насосами специальной кислоты, либо щелочи. Исходя из показаний датчика pH, насосы доводят уровень кислотно-щелочного баланса до заданного значения, указанного в пунктах pH. Возможно добавление чистой осмотической воды с высоким pH вместо использования щелочи. Регулирование состава микроэлементов раствора происходит автоматически путем пропорционального внесения удобрений.[5] Когда таймер сбрасывается, раствор поступает в бак через сливное отверстие. Процесс повторяется после того, как все растворы перейдут в бак. Затопление проводят несколько раз в день в зависимости от культуры и типа субстрата. Проигрыш кроется в недостатке энергии и поломке насосов. Эта система основана на использовании минимизированных ресурсов. Необходимые устройства могут быть легко взяты индивидуально или организацией. Фермер может легко получить доступ к различным компонентам, используя меньше ресурсов. Фермер может быть самодостаточным, используя эти компоненты. В системах используется аппаратное обеспечение, такое как датчики и другие технологические устройства. Требования могут быть легко загружены и эффективно использованы. Компоненты используют технологию без загрязнения почвы и учитывают факторы окружающей среды. Эти системы могут быть приобретены фермером или любым человеком по разумной цене. Установка хорошо отрегулированной гидропонной системы может занять очень много времени и требует технической поддержки. Система должна регулярно проверять нагрузки и контролировать уровень потребления питательных веществ. Использование технологии IoT помогает значительно сократить управление.

Подведя итоги, отмечу, что гидропонное выращивание используется для многих других культур и широко в развитых и слаборазвитых странах. Потребление воды также уменьшается, что сделало этот тип земледелия популярным в засушливых регионах. Использование этих систем востребовано в различных странах мира. Уже доказано, что эта технология вполне практична и имеет много преимуществ перед традиционными методами растениеводства. Эти системы могут помочь мелким фермерам перемещать большие системы. Системы с поддержкой IOT потребляют меньше воды и сохраняют растворенные питательные вещества, необходимые для роста растений. Эти системы могут обеспечить популярность беспочвенного земледелия и помочь в достижении цели устойчивого развития, которая заключается в ликвидации голода и обеспечении продовольственной безопасности и независимости.

Список литературы:

1. Промгидропоника.рф. Гидропоника: ее преимущества и особенности. [электронный ресурс] — URL: https://clck.ru/i8tyd (дата обращения: 22.05.2022)
2. Flowersweb.info. Выращивание растений методом гидропоники. [электронный ресурс] — URL: https://clck.ru/3Qo4U (дата обращения: 22.05.2022)
3. ЭЛПРОМЭНЕРГО. Влияние искусственного освещения на рост растений. [электронный ресурс] — URL: https://clck.ru/Yz5oC (дата обращения: 23.05.2022)
4. Журнал Сельское хозяйство 4.0. Роботы для полей: обзор интеллектуальной сельхозтехники. [электронный ресурс] — URL: https://clck.ru/i95Sy (дата обращения: 23.05.2022)
5. OverGrower. Описание технологии. [электронный ресурс] — URL: https://clck.ru/i9Bup (дата обращения: 23.05.2022)