Тема: Разработка системы освещения проращивателя микрозелени
Исполнитель: Эделева Марина Евгеньевна гр. 341-об
Научный руководитель: Русинов Владислав Леонидович, СКБ «Промышленная робототехника и автоматизация»
Цель проекта:
Создать эффективную, энергоэкономичную и экологически безопасную систему освещения для проращивателя микрозелени, обеспечивающую оптимальные условия для роста и развития растений.
Проблема проекта:
Недостаточное освещение является одной из основных проблем при выращивании микрозелени в проращивателях. Недостаточное освещение может привести к медленному росту растений, искажению цвета и формы листьев, а также к общему ухудшению качества выращивания микрозелени.
Анализ структуры и содержания проблемы:
1. Недостаточное количество света: Проращиватели могут не обеспечивать достаточное количество света для оптимального роста и развития микрозелени. Это может быть связано как с несоответствующей яркостью света, так и с недостаточной площадью освещения.
2. Неравномерное распределение света: В некоторых случаях освещение в проращивателях может быть неравномерным, что приводит к неравномерному росту растений и ухудшению качества продукции.
Построение системы для решения проблемы:
1. Использование энергоэффективных источников света, таких как светодиоды, которые потребляют меньше энергии и имеют длительный срок службы.
2. Создание системы освещения с возможностью регулировки яркости и длительности светового режима для обеспечения оптимальных условий для роста микрозелени.
3. Разработка системы с равномерным распределением света по всей площади выращивания микрозелени для минимизации неравномерности роста растений.
План проекта:
1. Введение
2. Определение требований к системе освещения для микрозелени;
3. Разработка системы освещения и подбор необходимого оборудования;
4. Схема системы освещения;
5. Заключение;
6. Используемые источники.
ВВЕДЕНИЕ
Свет является критически важным фактором для роста всех растений, и микрозелень не исключение. Микрозелень состоит из молодых проростков различных растений, таких как злаки, овощи и бобовые, которые собирают в возрасте от 7 до 14 дней после прорастания, когда они уже имеют первые настоящие листья. В этот период растения особенно нуждаются в качественном освещении, чтобы проводить фотосинтез и правильно развиваться.
Для микрозелени обычно используют искусственное освещение, особенно в помещениях без доступа к естественному солнечному свету. Искусственные источники света позволяют создать оптимальные условия для фотосинтеза, контролировать длину светового дня и интенсивность освещения. Наиболее распространённые источники света для микрозелени включают:
1) Флуоресцентные лампы
2) Светодиоды (LED)
3) Металлогалогенные лампы
4) Натриевые лампы высокого давления
Оптимальный свет для микрозелени должен быть близок к полному спектру солнечного света, обеспечивая достаточно света в синем и красном диапазонах, которые наиболее важны для фотосинтеза. Синий свет способствует росту листьев, в то время как красный свет помогает в развитии стеблей и цветов. Баланс этих двух диапазонов может варьироваться в зависимости от вида микрозелени, но в целом равновесие между синим и красным спектром дает лучшие результаты.
Важно учитывать и интенсивность света, которая измеряется в лм (люменах) на квадратный метр. Для роста микрозелени рекомендуется интенсивность около 200-500 µmol/m²/s (микромоль на квадратный метр в секунду) в течение 12-18 часов в сутки. Периоды освещения и темноты также важны, так как они влияют на фотопериодизм растений и косвенно на их фотосинтетическую активность и циклы роста.
Помимо выбора источника света и его интенсивности, следует учитывать и расстояние между источником света и растениями. Слишком близкое расположение ламп может привести к перегреву и высыханию растений, тогда как слишком дальнее может сделать свет недостаточно интенсивным для их нормального развития.
ОПРЕДЕЛЕНИЕ ТРЕБОВАНИЙ К СИСТЕМЕ ОСВЕЩЕНИЯ ДЛЯ МИКРОЗЕЛЕНИ
Для определения требований к системе освещения для микрозелени, необходимо учитывать несколько ключевых факторов, включая освещение, длительность светового дня, интенсивность света и спектральный состав.
Вот некоторые общие требования к системе освещения для успешного выращивания микрозелени:
1. Интенсивность света: Микрозелень нуждается в ярком свете для выполнения фотосинтеза. Растения могут требовать определенного уровня освещенности, обычно измеряемого в люксах или микроэйнштейнах в зависимости от типа растения.
2. Спектральный состав света: Растения используют разные части спектра света для различных физиологических процессов. Хлорофилл, основной пигмент для фотосинтеза, лучше всего поглощает синий и красный свет. Поэтому система освещения должна обеспечивать соответствующий спектр света для оптимального роста.
3. Длительность светового дня: Микрозелень может требовать определенной продолжительности светового дня для нормального роста и развития. Это может включать как длительность освещения, так и периоды покоя.
4. Равномерность освещения: Важно, чтобы свет распределялся равномерно по всей площади выращивания микрозелени, чтобы предотвратить неравномерный рост и развитие растений.
5. Эффективность и энергоэффективность: Система освещения должна быть эффективной, обеспечивая достаточное освещение для растений при минимальном потреблении энергии.
6. Регулируемость: Возможность регулировки интенсивности и длительности освещения может быть важной для адаптации к изменяющимся условиям роста растений.
7. Безопасность: Система освещения должна быть безопасной для использования внутри помещений и не должна негативно влиять на рост микрозелени.
В автоматическом проращивателе микрозелени кафедры АППиЭ мы выращиваем три вида зерновых культур: овес, пшеница и гречиха. Оптимальной длиной светового дня для этих культур является в среднем 16 часов, так что для них обязательно нужно дополнительное освещение.
РАЗРАБОТКА СИСТЕМЫ ОСВЕЩЕНИЯ И ПОДБОР НЕОБХОДИМОГО ОБОРУДОВАНИЯ
Учитывая нынешнюю конструкцию проращивателя микрозелени, удобно разместить свет на крышке корпуса. Чтобы это осуществить, я предлагаю использовать фитосветодиодную ленту. Единственной проблемой для осуществления такого размещения является возможное попадание воды на ленту. Дабы избежать эту проблему нужно обязательно изолировать саму ленту и ее контакты.
Рисунок 1 - Автоматический проращиватель микрозелени
Размеры проращивателя не особо большие (высота 22см, ширина 28см, длина 40см), так что можно разместить лишь одну ленту, подходящего размера.
На основе рисунка 2 возникла идея использовать вместо отдельных светодиодов фитосветодиодную ленту.
Рисунок 2 - Конструкция полностью автоматизированного проращивателя микрозелени
Для автоматизации использования света удобно использовать платформу Arduino Nano.
Платформа Arduino Nano - открытая и компактная платформа семейства Arduino, построенная на микроконтроллере ATmega328 (Arduino Nano 3.0) или ATmega168 (Arduino Nano 2.x). Контроллер Разработан специально для встраиваемых систем управления технологическими процессами, периферийными, коммуникационными, бытовыми приборами, и другими устройствами с целью минимизации числа микросхем, энергопотребления и стоимости электроники. В данной работе используется Arduino на микроконтроллере ATmega328.
Характеристики Arduino на микроконтроллере ATmega328:
- рабочее напряжение - 5В;
- напряжение питания (рекомендуемое) - 7-12В;
- напряжение питания (предельное) - 6-20В;
- цифровые входы/выходы - 14 (6 из которых могут использоваться как выходы ШИМ);
- аналоговые входы - 8;
- ШИМ (PWM) пины - 6;
- постоянный ток через вход/выход - 40 мА;
- максимальный выходной ток вывода 3.3V - 50 мА;
- Flash-память - 32 Кб из которых 2 Кб используются загрузчиком;
- SRAM - 2 Кб;
- EEPROM - 1 Кб;
- тактовая частота - 16 МГц;
- встроенный светодиод - 13;
- длина - 45.0 мм;
- ширина - 18.0 мм;
- вес - 7 г.
Также для подключения светодиодной ленты к этой платформе потребуются реле и адаптеры питания.
СХЕМА СИСТЕМЫ ОСВЕЩЕНИЯ
Рисунок 3 - Схема системы освещения
Впоследствии возможно совмещение системы освещения и системы полива проращивателя микрозелени. Также к освещению в будущем можно добавить таймеры и датчик освещенности.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
В ходе работы над докладом была разработана система освещения для проращивателя микрозелени, которая позволяет обеспечить оптимальную освещенность и тепло для роста растений. Оптимальное освещение играет ключевую роль в росте и развитии микрозелени, влияя на их фотосинтез, формирование вкусовых качеств и питательной ценности. Разработанная система освещения эффективна, регулируема и обеспечивает необходимый уровень освещенности для различных видов микрозелени. Это позволяет добиться оптимальных условий для роста растений в замкнутой системе проращивания.
Дальнейшее исследование и совершенствование системы освещения проращивателя микрозелени могут способствовать увеличению урожайности, улучшению качества продукции и оптимизации процесса выращивания. Важно продолжать работу в этом направлении с учетом последних научных и технологических достижений для достижения наилучших результатов.
ИСПОЛЬЗУЕМЫЕ ИСТОЧНИКИ
1)
Как выбрать свет для выращивания микрозелени2)
Свет является критически важным фактором для роста микрозелени3)
Управление светодиодной RGB лентой через Arduino4)
Разработка автоматизированного проращивателя микрозелени5)
Особенности использования и подключения светодиодных лент для растений6)
Как выращивать микрозелень с помощью светодиодного освещения?
