گلخانه هوشمند / کنترل دما و رطوبت در هوشمند سازی گلخانه

گلخانه

یک گلخانه محیطی کنترل شده را فراهم می کند که برای رفع نیازهای گیاهان کشت شده در داخل آن تنظیم شده است . در روش سنتی پارامترهای اقلیمی و زراعی به شکلی نسبتا دستی و متناقض ثبت می شوند . در این روش محدودیتهایی برای اندازه گیری پارامترها وجود دارد و شیوه های کشاورزی و رسیدگی به گیاه بر اساس یک برنامه از پیش تعریف شده و مبتنی بر حدس و گمان اجرا می شوند .

برخی از چالش ها و معایب گلخانه های سنتی

درجه حرارت بالاتر یا کمتر از یک درجه خاص

رطوبت بالا که منجر به تعریق محصول می شود

تبخیر آب از خاک مرطوب گیاه

تراکم بخار آب

نور کم و یا شدت نور بالا

از سوی دیگر تغییرات آب و هوایی در طول شبانه روز و متغیرهایی مانند باز یا بسته ماندن درب ، سایبان و عفونت و بیماری در مراحل اولیه ، می توانند به طور مداوم بر محیط گلخانه تاثیر گذارند و آن را مرتبا تغییر دهند و محصولات را به خطر بیندازند .

به طور کلی کشاورزی در سراسر جهان به دلیل شرایط اقلیمی ، کاهش ذخایر انرژی و افزایش جمعیت تحت فشارهای زیادی قرار گرفته است . غیر قابل پیشبینی بودن این متغییرها سبب شده است که تولید کنندگان به طور فزاینده ایی از فنآوری های پیشرفته برای بهبود کارایی تولید و انعطاف پذیری محصول استفاده کنند . در کشاورزی و کشت های گلخانه ای ، اینترنت اشیاء (IOT) بیش از هر زمان دیگری رواج پیدا کرده است . از این رو گلخانه هوشمند به عنوان یکی از مورد انتظارترین نوآوری ها برای کشاورزان به شمار می آید . حال این سوال پیش می آید که ....

چگونه فنآوری اینترنت اشیاء (IOT) می تواند به هوشمندسازی گلخانه کمک کند ؟

در حال حاضر جدیدترین نسخه ی گلخانه های هوشمند ، مجموعه وسیعی از ویژگی ها را ارائه می دهند که کشاورزان را قادر میسازد تا به طور موثر محصولات را رشد دهند و برداشت محصولات خود را به حداکثر برسانند . با این حال کشاورزان با مشکلات فراوانی روبه رو هستند که به شرایط اقلیمی ، هزینه ماشین آلات ، بیماری های گیاهی و سایر هزینه ها مربوط میشود . سیستم کنترل هوشمند گلخانه با فنآوری IOT به عنوان یک نهاد مجزا ، قادر خواهد بود به تنهایی تصمیمات حساب شده بگیرد و می تواند به طور کامل فرآیند کشت و ثمردهی گلخانه هوشمند و کل مزرعه را در اختیار بگیرد . این فنآوری هوشمند به کشاورزان کمک می کند تا خود را از فرآیندهای مدیریت روزانه مزرعه و گلخانه جدا کنند و از زمان خود بهتر استفاده کنند و بر روی رشد کسب و کار خود تمرکز کنند .

گلخانه هوشمند چیست ؟

سیستم کنترل هوشمند گلخانه مجهز به سنسور و حسگرهایی است که رشد گیاه را با تنظیم گرما و رطوبت و نور بهینه می سازد و باعث میشود تا محصولاتی که در حال رشد هستند سریعتر به مرحله برداشت برسند و در عین حال مواد مغذی خود را حفظ کنند . علاوه بر این می تواند رطوبت خاک را نیز تحت کنترل خود در آورد تا به صورت خودکار تمامی محصولات را با مقادیر دقیق آب مورد نیاز گیاه ، آبیاری کند . 

هوشمند سازی گلخانه به ایجاد محیطی عالی برای رشد گیاهان کمک می کنند و با کمک سنسورها و فنآوری های جدید اینترنت اشیاء به صورت شبانه روزی ، محیط اطراف گلخانه و محصولات را رصد می کند . داده های جمع آوری شده از سیستم هوشمند به پلتفرم اینترنت اشیاء ارسال می شوند ، جایی که الگوریتم های تحلیلی آن را به هوش مفید تبدیل می کنند در نتیجه سیستم های تهویه مطبوع و روشنایی بر حسب تقاضا و همچنین فرآیندهای آبیاری و سم پاشی مدیریت و کنترل می شوند . نظارت مستمر داده ها امکان ایجاد مدل های پیش بینی کننده را برای ارزیابی بیماری ها و خطرات عفونت فراهم می کند .

یک گلخانه هوشمند به کشاورزان کمک می کند تا نیروی کار خود را کاهش دهند ، کارایی استفاده از منابع و مواد شیمیایی را بهبود بخشند و با بالا رفتن کیفیت محصول خود ، بازدهی نسبتا عالی داشته باشند . 

مزایای هوشمند سازی گلخانه

گلخانه های هوشمند برای تولید کنندگان محصولات گلخانه ای چهار مزیت کلیدی به همراه دارند :

- حفظ شرایط اقلیمی ایده ال گیاه

- روش های مفید کودرسانی و آبیاری

- کنترل عفونت و جلوگیری از شیوع بیماری

- بالا بردن امنیت محیط نگهداری محصول

حفظ شرایط اقلیمی ایده آل گیاه

حسگرهای اینترنت اشیاء به کشاورزان اجازه می دهد تا نقاط مختلف داده را با جزئیات بی سابقه جمع آوری کنند . آنها اطلاعات بلادرنگی در مورد عوامل مهم آب و هوایی از جمله دما ، رطوبت ، قرار گرفتن در معرض نور و دی اکسیدکربن در سراسر گلخانه هوشمند ارائه می دهند .

این داده ها تنظیمات مربوط به تهویه مطبوع و تنظیمات روشنایی را برای حفظ بهترین شرایط برای رشد گیاه و در عین حال افزایش بهره وری انرژی به همراه دارد . به موازات آن حسگرهای حرکت به شناسایی درهایی که به طور ناخواسته باز مانده اند کمک می کنند تا از یک محیط کاملا کنترل شده اطمینان حاصل شود .

روش های مفید کودرسانی و آبیاری

علاوه بر شرایط اقلیمی و محیطی ، گلخانه های هوشمند امکاناتی در اختیار کشاورزان قرار می دهند که از شرایط محصول خود آگاه باشند . این عامل تضمین کننده ی این است که فعالیت های آبیاری و کودرسانی با نیازهای واقعی گیاهان زراعی برای حداکثر عملکرد برابری کند . به عنوان مثال گزارش های مربوط به حجم آبِ خاکِ گیاه نشان می دهد که آیا گیاهان زراعی دچار تنش آبی هستند یا خیر . از سوی دیگر میزان شوری خاک بینش مفیدی در مورد نیازهای کودرسانی فراهم می سازد . بر اساس این داده ها سیستم های آبیاری و کودرسانی به صورت هوشمند روشن می شوند تا نیازهای محصولات را در زمان واقعی برآورده کنند و در عین حال مداخله دستی را به حداقل خود برسانند .

کنترل عفونت و جلوگیری از شیوع بیماری

آلودگی محصولات کشاورزی و گلخانه ای یک چالش جبران ناپذیر کشاورزیست و هر گونه شیوع آفت و بیماری همه گیر، تلفات سنگینی بر حاشیه محصول وارد می کند . روش های سم پاشی و درمان های شیمیایی کشاورزی در دسترس صاحبان مزارع هستند اما اغلب بهترین زمان برای استفاده از آنها را نمی دانند . در عین حال استفاده از سموم باید محدود باشد و در صورت نیاز انجام شود .استفاده مکرر از آنها نگرانی های زیست محیطی ، ایمنی و هزینه ها را افزایش می دهند ، در حالی که عدم استفاده از درمان می تواند منجر به شیوع بیماری های مضر در بین محصولات شود . سیستم هوشمند گلخانه به وسیله داده های مربوط به محیط گلخانه ، آب و هوای خارجی و ویژگیهای خاک اطلاعات ارزشمندی را در مورد خطرات موجود آفات و قارچ ها نشان می دهد .

با استفاده از این اطلاعات کشاورزان می توانند در صورت نیاز درمان هایی را برای اطمینان از محصول سالم با کمترین هزینه اعمال کنند .

بالا بردن امنیت محیط نگهداری محصول

نداشتن سیستم امنیتی مناسب در گلخانه هایی که از محصولات ارزشمند برخوردار هستند ضعف بزرگی برای گلخانه محسوب میشود و داشتن دوربین های مداربسته علاوه بر اینکه هزینه بالایی با خود به همراه دارند ، راه حل مناسبی برای این گلخانه ها نمی باشند . برای رفع این مشکل استفاده از سنسورهای اینترنت اشیاء در اتوماسیون گلخانه ، زیرساخت ارزانی برای نظارت وضعیت باز و بسته بودن درب های گلخانه و تشخیص حرکات مشکوک ارائه می دهند با یکپارچه کردن آنها با سیستم هوشمند ، در زمان بروز مشکل امنیتی و اتفاق های پیش بینی نشده ، کشاورز سریعا مطلع می شود .

اهمیت کنترل دما و رطوبت در هوشمند سازی گلخانه

درک این نکته بسیار مهم است که حفظ دما و رطوبت کنترل شده ، دو مورد از عناصر کاربردی و مهم در گلخانه هوشمند محسوب میشوند . نوسانات شدید دما ممکن است تاثیر قابل توجهی بر سلامت گیاهان داشته باشد و همینطور گرمای بیش از حد گلخانه نیز می تواند باعث خشک شدن سریع خاک و افزایش مصرف آب شود .

رطوبت بر توانایی گیاه برای انجام عملکردهای بیولوژیکی اصلی خود تاثیر می گذارد . گیاهان از فرایندی به نام تعرق استفاده می کنند که به حرکت آب مورد استفاده برای فتوسنتز و رشد کمک می کند ، همچنین در خنک سازی گیاه نقش بسزایی دارد با این حال ، رطوبت بیش از حد می تواند منجر به عفونت های باکتریایی و قارچی شود . بنابراین یافتن تعادل مناسب برای سلامت گیاه ضروری است . در نتیجه نظارت و کنترل دما و رطوبت نسبی از طریق سنسور و حسگرها به صورت محلی و همینطور از راه دور بسیار مهم است .

چه سنسور و حسگرهایی برای نظارت بر رشد گیاه استفاده می شود ؟

انواع مختلفی از تجهیزات و سنسورهای گوناگون برای گلخانه های هوشمند موجود است که داده ها را برای نظارت بر محیط زیست و کنترل اتوماسیون اندازه گیری و گزارش می کنند .

سنسورهای رطوبت

سنسورهای دما

سنسورهای رطوبت خاک

سنسورهای نور

سنسورهای کیفیت هوا

سنسورهای دی اکسید کربن

کلیه ی تجهیزات انتخابی باید بتوانند به صورت یکپارچه محیط گلخانه هوشمند را مدیریت کنند ، این موارد معمولا نیازمند توجه ویژه به نوع کنترلر هوشمند و حسگرهایی هستند که ممکن است به پاشش آب ، نور خورشید و رطوبت و... حساس باشند .

اندازه گیری دما و رطوبت هوا ، دمای محیط کشت ، دما و رطوبت خاک گیاه با وجود سنسورهای مختلف باید به صورت جداگانه انجام شود تا از طریق داده های به دست آمده ، بهترین نتیجه برای گلخانه هوشمند اعمال شود تنها همین دلیل نشان می دهد که برای هر پارامتری در گلخانه باید یک سنسور مجزا تعبیه شود .

چگونه می توان براحتی سطوح دما و رطوبت و نور گلخانه را به وسیله ی کنترلر هوشمند مدیریت و کنترل کرد ؟

کنترلر هوشمند ، داده های دما و رطوبت را از طریق سنسورهای مختلف دریافت و بر اساس شرایط محیط گلخانه و دما و رطوبت موجود و بر حسب نوع نیاز محصولات تغییرات و فرامین را اعمال می کند به این صورت که اگر رطوبت خاک گیاه از حدی پایینتر آمد آبیاری به صورت خودکار انجام شود یا اگر رطوبت و دمای محیط از حدی فراتر رفت سیستم های تهویع شروع به کار کند و پیام هشدار برای کاربر ارسال شود و یا اگر نور محیط متناسب با شرایط گلخانه نباشد روشنایی ها روشن شوند ، سایبان کنار رود و بالعکس

تحویل و اجرای این ویژگی ها صرفا به محرک های خودکاری بستگی دارد که نتیجه گیری های درست و محاسبه شده را شامل میشوند. در اصل کل این فنآوری هوشمند بر اساس شرایط و اگر انگاه .. است ، داشتن این فنآوری هوشمند به صورت واحد و یکپارچه بر روی تلفن همراه ، تپلت و ... سبب میشود تا کشاورزان حرفه ای کنترل گلخانه های هوشمند خود را براحتی از راه دور از هر مکانی بدست گیرند و در هر شرایطی از وضعیت دما و رطوبت و سایر پارامترهای موجود در گلخانه هوشمند آگاهی داشته باشند . 

اهداف گلخانه هوشمند

سیستم کنترل هوشمند گلخانه گزینه ای را برای کشاورزان فراهم می کند تا با ارئه یک محیط کنترل شده هوشمند با توجه به نیازهای محصول ، به طور موثر عوامل مهمی مانند نور ، هوا ، دما و غیره را که رشد و بهره وری هر چه بهتر گیاه را تعیین میکنند نظارت و کنترل کند

اتوماسیون گلخانه یکی از راه های رسیدن به اهداف بلند مدت و مهمی است که تاثیر بسزایی در سیستم کشاورزی دارند .

_ بوجود آوردن محیط مناسب برای رشد و پرورش محصول

_ نظارت و استفاده بهینه از آب

_ صرفه جویی در مصرف برق

بوجود آوردن محیط مناسب برای رشد و پرورش محصول

با استفاده از گلخانه هوشمند ، کشاورزان می توانند محیطی را برای محصولات خود بوجود آورند که فضایی هوشمند و حساس به تغذیه را برای افزایش کیفیت محصولات ارائه دهد ، همچنین با استفاده از این مزیت با توجه به شرایط محیطی حاکم بر گلخانه ، می توان از هر نوع محصولی در هر فصل سال بهره مند شد .

نظارت و استفاده بهینه از آب

هدر رفتن آب یکی از چالش های مهمی است که بخش کشاورزی با آن مواجه است . سیستم هوشمند از شبکه ای از حسگرها برای نظارت و اندازه گیری رواناب استفاده می کند این روش بهترین گزینه برای بهینه کردن مصرف آب محسوب میشود .

صرفه جویی در مصرف برق

اتوماسیون گلخانه سبب میشود که در مواقع غیر ضروری از مصرف برق و انرژی جلوگیری کند و سیستم تهویع ، سرمایش و گرمایش در صورت لزوم و طبق شرایط حاکم کار کند و یا روشنایی و شدت نور تاثیر منفی در رشد گیاه نداشته باشد .

علاوه بر رشد و کیفیت محصول و جلوگیری از ضرر و زیانهای احتمالی ، ذخیره منابع طبیعی از اصلی ترین اهداف هوشمند سازی گلخانه بشمار می آیند .

اهمیت موزیک و صوت هوشمند در رشد بهتر محصولات گلخانه ای

از امکانات دیگری که در یک گلخانه هوشمند می توان از آن بهره گرفت صوت هوشمند است که می توان در کنار سایر پارامترهای گلخانه هوشمند به صورت واحد و یکپارچه از وجود آن بهره گرفت . سیستمی که به وسیله آن می توان دما ، رطوبت ، نور ، سیستم آبیاری و صوت را به صورت واحد و یکپارچه در بستر نرم افزار داشت و بر اساس زمان و شرایط حاکم بر گلخانه به صورت یکپارچه فرامین را اجرا کند و تحت کنترل خود داشته باشد .

موسیقی همانطور که برای انسان آرامش ذهن ، اعتمادبه نفس و انگیزه را سبب میشود ، بر روی رشد گیاهان نیز تاثیر مثبت داشته و در شادابی گیاه موثر است .

بر اساس تحقیقات فیزیولوژیکی و تجزیه و تحلیل اثرات شرایط خاص و صدا بر غشای سلولی گیاهان فیزیکدانان دریافته اند که گیاهان نیز درد و محبت را احساس می کنند . همچنین کشف کرده اند که دانه هایی که در معرض موسیقی های آرامبخش قرار می گیرند و بعدا جوانه می زنند از برگ های بیشتر و اندازه های بزرگتری نسبت به دانه هایی که در شرایط معمولی رشد کرده اند ، برخوردار هستند و ویژگی های بهبود یافته دیگری نیز به همراه دارند عملا می توان گفت کروموزوم های ژنتیکی گیاه به طرف رشد مثبت تغییر شکل پیدا می کنند . 

جایگاه گلخانه هوشمند در صنعت کشاورزی

بدون شک گلخانه های هوشمند یکی از گرایش های مهم کشاورزی محسوب میشوند ، یک گلخانه هوشمند ، سیستم های کشاورزی مرسوم را به وسیله فنآوری اینترنت اشیاء برای یک اتوماسیون بی نقص و کامل گرد هم می آورد . این مکانیزم هوشمند به شناسایی ناکارآمدی ها و مبارزه با مسائل و مشکلات بر سر راه کشاورزان و بازدهی آن در مدت زمان طولانی برای محافظت از محصولات ، رشد و کیفیت محصولات کمک می کند .