بخشی از مقاله
چکیده
فناوری »کشت هوشمند گیاهان - SPC - 4« در دستگاهی تعبیه شده است که با الگوسازی از روش هیدروپونیک5، مدیریت آبیاری، میزان گرما، تهویه هوا، مقدار پاشش کود و سموم در آن، توسط یک پردازشگر قابل برنامه ریزی6 انجام میگیرد. دستگاه مذکور با اندازهگیری و اخذ اطلاعات مبنا در یک دوره کشت محصولی خاص، با استفاده از قابلیت حسگرهای الکترونیکی و برنامه ریزی پردازشگر الکترونیکی، قادر خواهد بود با توجه به نیاز گیاه مورد نظر، در زمانهای مقرر میزان آبیاری، گرما و کود و سموم را هوشمندانه کنترل نماید و از هدر رفتن مقادیر زیادی آب و کاربرد بی رویه کود و سموم در ابعاد وسیع جلوگیری نماید.
SPC که در پارک علم و فن آوری گیلان بعنوان یک ایده به نام » خزانه الکترونیکی پرورش نشاء برنج« در مرحله ساخت و آزمایش است، دارای یک سیستم بسته آبیاری می باشد. مقدار آبی که یکبار برای آبیاری گیاه استفاده شده، با تصفیه7 و غنی سازی8 مجددا بکار گرفته می شود. بدیهیست استفاده ی این دستگاه در تعداد انبوه در اقلیم گوناگون، چه تاثیر شگرفی در مدیریت منابع آبی، مبارزه با بحران خشکسالی و کنترل آلاینده های محیط زیست - آب و خاک و هوا - خواهد داشت.
1. مقدمه
اکوسیستمهای طبیعی و فرآیندهای آن در بعضی از موارد به دلخواه انسان و نیازهای او به پیش نمیروند و در بسیاری از مواقع کند و گاهی غیرقابل کنترل میباشند.[1] یکی از راههای مناسب سازی و تحت کنترل در آوردن این فرآیندها، استفاده از دانش مهندسی با رعایت اصول و مبانی کار و استفاده صحیح از مکانیزاسیون9 میباشد.[2] مکانیزاسیون بر نیروهای طبیعی غلبه نموده و قدرت انسان را در کنترل طبیعت و محیط زیست با تغییر آن به نفع خود، افزایش بخشیده، ضمن مبارزه با بحران خشکسالی، از آسیب بیولوژیک10به محیط زیست ممانعت بعمل آورد.
در دو دهه اخیر تلاشهای زیادی در ایران جهت بکارگیری ماشینآلات در کشت، صورت گرفته است اما یکی از علتهای اصلی عدم استمرار و ادامه استفاده از این قبیل ماشین ها، مشکل کاربرد دستگاه بدون در نظر گرفتن مکان و زمان، بوده است. به طوری که وجه تمایز اصلی کشت مکانیزه و سنتی در نوع پرورش و برداشت محصولات میباشد
در سیستم مکانیزه، اصول مهندسی و فناوری جایگزین نیروی انسانی در این مراحل شده است. اما هدف کشت مکانیزه پایه ای بسیار بالاتر از موارد یاد شده می باشد. کاهش استفاده از آب، رفع صعوبت کاری، غلبه بر مشکلات و معضلات موقعیت مکانی تحت کشت و همینطور مقدار و زمان تزریق سموم برای دفع آفات و استفاده از انواع کود جهت تقویت و رفع نقصان خاک و نیاز گیاه، به نحوی که تراکم و سلامت مطلوب بوته در واحد سطح تأمین شود، جدا از سرعت و دقت عملکرد، نیل به مدیریت کلان جهت حفظ منابع آبی کشور و محیط زیست همچنین مبارزه با بحران خشکسالی است.
SPC با غلبه و کنترل بر موارد یاد شده، توسط سیستم های الکترونیکی این امکان را ایجاد میکند تا هر فردی با هر میزان سواد در هر نقطه از کره زمین، در هر زمان که اراده نماید، محصول مورد نیازش را بدور از آسیب ها، کشت و بصورت پایلوت استفاده نماید. این موضوع بدون صرف میزان قابل توجهی از انرژی و آب، اهمیت خود را در زمان خشکسالی بیشتر ظاهر مینماید.
2. شیوه عملکرد دستگاه:
-1-2عملکرد کلی:
دراین نوع پرورش با دستگاهی که در دست ساخت و تست است، تمامی مدیریت خزانه بصورت هوشمند توسط سیستم الکترونیکی انجام میگیرد. 1ATMEGA32 با قابلیت پروگرام شدن، اطلاعات خود را هر دقیقه یکبار توسط سنسور 2SHT دریافت و با توجه به محدوده برنامه ریزی شده، آنها را پردازش و سپس به شیرهای برقی3جهت آبیاری، پمپ ها جهت تخلیه ، هیترها جهت گرما، فنها جهت تهویه، دریچه ها جهت باز و بسته شدن و...
فرمان میدهد.
دستگاه دارای یک نمایشگر دیجیتالی4 است که کلیه مراحل فوق را درج و فرمان های مورد نیاز را یادآوری میکند. در هنگام خطر و خارج شدن وضعیت خزانه از حالت نرمال، آژیر به صدا در آمده و خطای مورد نظر مثل کمبود آب در مخزن یا گرمای بیش از حد و... در نمایشگر ظاهر میگردد.
شکل -2-1-2نمایی از عملکرد کلی دستگاه
-2-2سیستم آبیاری:
سیستم آبیاری[4] این دستگاه کاملا بسته است، آب پس از پمپاژ شدن روی سینی بذور و آبیاری از قسمت پایین تخلیه می گردد و سپس به قسمت بالایی مخزن جهت تصفیه و غنی سازی [2] رانده میشود. بعد از عملیات تصفیه و غنی سازی، آب مجددا وارد مخزن می گردد.
شایان ذکرست این عملیات ضمن کاهش صعوبت آبرسانی به مزرعه از طریق حفر کانال، از هدر رفتن حجم بسیار زیادی آب، در مزارع نیز، جلوگیری میکند.
1 پردازشگر الکترونیکی
2 حسگر الکترونیکی
3 Solenoid× 4LCD
در واقع قسمت اعظم کاهش مقدار آب مخزن، از تغذیه گیاه و تبخیر سطحی آن است. این مقدار در مقایسه با کشت سنتی و جذب آب از طریق زمین تشنه بطور کامل قابل صرفنظر نمودن است.همچنین این مزیت در زمین هایی که برای آبیاری نیاز به حفر قنات و چاه دارند، غنیمت محسوب می شود.
شکل -1-2-2سیستم بسته آبیاری
-3-2کنترل دما:
سیستم گرمایشی این دستگاه پس از سنجیدن دمای هوای داخل خزانه توسط سنسور، و مقایسه آن با دمای بیرون خزانه، در صورت نیاز با روشن شدن بخاری تعبیه شده در زیر دستگاه تامین میشود. سیستم سرمایشی همان تهویه فضای داخل خزانه است که توسط فن ها با دستور پردازشگر اعمال میشود. همچنین برای کنترل بیماری و سمپاشی، نازلهایی در خزانه تعبیه گردیده که در زمان برنامه ریزی شده، اقدام به پاشش سموم مورد نیاز روی بذور یا جوانه می کند.
شکل -1-3-2سیستم کنترل دمای خزانه
-4-2کنترل1PH خاک:[5]
در سینی کشت بذور همچنین از یک PHسنج دیجیتال استفاده شده که هر یک ساعت یکبار میزان PH خاک را سنجیده، پس از ارسال به میکروپروسسور آنرا تجزیه و تحلیل نموده، با توجه به شرایط برنامه ریزی شده مقدار آنرا به حد نرمال نزدیک می سازد.
نرمال سازیPH 2 از در واحد بارور سازی3 شکل 1-2-2 از طریق سیستم آب رسانی صورت می گیرد.
