Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Сенсорная система учета азотно-углеродного баланса в гидропонной технологии выращивания огурцов и томатов (Разработка прототипа автоматизированной сис
.pdf
61
приложениях, включая проприетарные. CPython компилирует исходные тексты
в высокоуровневый байт-код, который исполняется в стековой виртуальной
машине.
2. Основные требования к программному обеспечению прототипа
автоматизированной системы. При разработке программного обеспечения
прототипа автоматизированной системы закладывались следующие основные
требования:
2.1. Быстродействие в режиме жёсткого реального времени. Обусловлено
спецификой решаемой задачи и применяемого аппаратного обеспечения.
2.2. Надёжность. Обусловлено спецификой решаемой задачи.
2.3. Низкие требования по дополнительной памяти. Обусловлено
спецификой применяемого аппаратного обеспечения прототипа
автоматизированной системы.
2.4. Декомпозируемость. Обусловлено необходимостью облегчённой
функциональной отладки, требованием модульности кода и необходимостью
поддержки кода.
3. Этапы разработки. Программное обеспечение прототипа
автоматизированной системы разрабатывалось в три этапа, а именно:
Этап1. Формирование архитектурного облика программного обеспечения
прототипа автоматизированной системы исходя из основных аппаратных
подсистем прототипа, его функциональных задач с привязкой к разработанным
алгоритмам. Разработка программного обеспечения прототипа
автоматизированной системы на этапе формирования архитектурного облика
программной подсистемы проводилась посредством декомпозиции и
увязывания аппаратных подсистем манипулятора роботизированного, его
функциональных задач с привязкой к разработанным алгоритмам системы
управления.
Этап 2. Разработка программного обеспечения (программного кода).
Этап 3. Корректировка программного обеспечения прототипа
автоматизированной системы исходя из испытаний прототипа
62
2. Разработка программной документации. Для прототипа
автоматизированной системы была разработана следующая программная
документация:
А) Инструкция для пользователя
Применяется при проведении:
- исследовательских испытаний;
- предварительных комплексных испытаний;
- опытной эксплуатации;
Основными вопросами, отраженными в инструкции, являются:
- краткое описание возможностей программного обеспечения;
- требования к уровню подготовки пользователя;
- назначение и условия применения программного обеспечения;
- подготовка к работе;
- описание операций;
- возникающие аварийные ситуации и действия пользователя
Б) Описание программы
Основными вопросами, отраженными в описании, являются:
- функции программного обеспечения;
- требования к данным;
- требования к внешним интерфейсам.
В) Инструкция для системного администратора Основными вопросами,
отраженными в инструкции, являются:
- общие сведения о программе;
- установка и настройка программы;
- сообщения системному администратору
В Приложении 6 приведены фото скриншотов программного обеспечения
прототипа автоматизированной системы
Для защиты прототипа программного обеспечения автоматизированной
системы оптимизации корневого углеродного питания огурцов и томатов была
подана заявка на регистрацию программы для ЭВМ.
63
Глава 9. Изготовление прототипа автоматизированной системы
оптимизации корневого углеродного питания огурцов и томатов
Изготовление прототипа автоматизированной системы оптимизации
корневого углеродного питания огурцов и томатов проводилось в блоке № 2
тепличного комплекса, площадью 18 282 м
2
(63 987 растений томата ), и в блоке
№1, площадью 18 000 м2 (58 240 растений огурца). Для изготовления
использовались:
- газоанализаторы компании "SenseAir" подключенные к системе
мониторинга баланса углеродного питания;
- передача данных о замерах углекислого газа передавались на реестр
обработки информации через средство дистанционной передачи данных - Wi-Fi
роутеры D-Link DIR-615/X1A [4*100 Мбит/с]. Реестр данных был установлен
на компьютере ExpertBook B9 B9400CEA ;
- в качестве средства подачи корректирующего раствора питания огурцов
и томатов был использованы инжектор Вентури для внесения удобрений, поток
11,58-20 м3/ч при 0,7-9,5 bar, мощностью всасывания 110-1200 л/ч (VIO150H) c
контроллером, который – принимает сигналы от компьютера;
- для хранения питательных растворов использовались два комплекта
емкостей, каждый из которых включал две стандартных емкости по 220 литров
В процессе изготовления аппаратной составляющей прототипа
использовались имеющиеся на рынке компоненты (компьютер, гидропонная
система, газоанализаторы, роутер, инжектор и емкости), которые были
объединены в единую систему, позволяющую реализовать разработанные
решения с целью оптимизации системы питания огурцов и томатов в условиях
защищенного грунта.
Фото прототипа автоматизированной системы оптимизации корневого
углеродного питания огурцов и томатов см. Рис. 19 и Рис. 20.
64
Рис. 19. Фото прототипа автоматизированной системы оптимизации корневого
углеродного питания огурцов и томатов
Рис. 20. Фото прототипа автоматизированной системы оптимизации корневого
углеродного питания огурцов и томатов
65
Рис. 21 Прототип автоматизированной системы оптимизации корневого
углеродного питания огурцов и томатов в ходе проведения испытаний в ООО
«Тепличный комплекс «ЮгАгроХолдинг».
Фото прототипа автоматизированной системы оптимизации корневого
углеродного питания огурцов и томатов, сделанные в ходе проведения его
испытаний в ООО «Тепличный комплекс «ЮгАгроХолдинг» см. Рис. 21
66
Глава 10. Разработка дополнительной составляющей питательных
смесей с использованием компонентов для приготовления питательных
смесей для оптимизации корневого углеродного питания огурцов и
томатов
Оптимизация базового питательного раствора, используемого в качестве
корректирующего углеродного компонента минеральной питательной среды,
для огурцов и томатов связана с необходимостью повышения реализации
генетического потенциала растений томата и огурца, производимых в условиях
гидропонных систем. Ведущая роль органических кислот, являющихся
основным компонентом корректирующего раствора, связана с созданием
эффективных растительно-микробных комплексов в ризосфере вегетирующих
растений. Эффективность заключается в формировании протекторного барьера
за счет механизма занятия экологических ниш агрономически ценными
группами микроорганизмов, выделения которых благоприятно влияют на
ростовые свойства растений и пагубны для болезнетворных микроорганизмов.
С целью расширения положительных свойств корректирующего
питательного раствора, в частности повышения коэффициента усвоения
минеральных веществ из питательного раствора и увеличения массы плодов, в
ходе реализации проекта были проведены исследования компонентов
лабильного органического вещества, которые широко представлены в
естественных условиях произрастания растений. В естественных
агроэкосистемах - почвах, лабильное органическое вещество считается одним
из наиболее важных факторов повышения эффективного плодородия.
Множество факторов внешней среды определяют направленность
формирования лабильного органического вещества (ЛОВ), что в итоге
определяет производственный потенциал почв. В условиях защищенного
грунта в гидропонных системах создание механизма формирования
достаточного количества ЛОВ в корнеобитаемой среде (искусственном
субстрате) невозможно с биологической точки зрения. В связи с этим
67
моделирование состава ЛОВ и его концентрации в базовом питательном
растворе, соответствующего высокопродуктивным агроценозам, с его
последующим искусственным воспроизводством в условиях защищенного
грунта является важной задачей повышения урожайности огурцов и томатов.
Определение количественных параметров, характеризующих ЛОВ необходимо
также для моделирования вышеназванных процессов [3, 5] и для принятия
управленческих решений.
При хорошо известных общих чертах лабильного органического вещества
качественная сторона проблематики его использования остается
малоизученной. В частности, количественная оценка агроэкологической и
экономической оценки компонентов, составляющих пул ЛОВ, является
практически нерешенной задачей для овощеводства защищенного грунта
гидропонного типа.
Говоря о влиянии качественной и количественной составляющих ЛОВ на
продуктивность при производстве огурцов и томатов в современных теплично-
овощеводческих комплексах необходимо проанализировать данные,
свидетельствующие об их влиянии и эффективности в традиционной отрасли
растениеводства. Вещества, относимые к ЛОВ, принимают непосредственное
участие в питании растений, служат энергетическим материалом для
микроорганизмов и выполняют защитную функцию в отношении
консервативного органического вещества. Время практически полного
разложения ЛОВ исчисляется годами, а в отдельных случаях, десятилетиями.
Их роль в агрономическом отношении проявляется более отчетливо. В
частности, дефицит ЛОВ ухудшает питательный режим почвы [3,4].
Выше отмеченные характеристики лабильного органического вещества
имеют непосредственное положительное влияние на продуктивность
культурных растений, в связи с чем включение ЛОВ в созданные на первом
этапе реализации Проекта питательные среды, позволяет повысить
отзывчивость тепличных огурцов и томатов на его внесение в основной
68
питательный раствор гидропонной системы теплично-овощеводческих
комплексов.
При отсутствии единого определения ЛОВ у множества авторов научных
работ, мнение большинства из них сходится в том, что новообразованные
гумусовые вещества, а так же гуминовые и фульвокислоты, непрочно
связанные с минеральной частью почвы, являются неотъемлемой
составляющей ЛОВ [4].
От соотношения углерода гуминовых кислот к углероду фульвокислот во
многом зависит оценка продуктивности агроценозов. В связи с этим, в ходе
проведения исследований проводилась оценка влияния трех различных
соотношений концентраций гуминовых кислот к фульвокислотам: 0,5; 1,0; 1,5.
Расчет концентрации суммы гуминовых кислот и фульвокислот в продукте
проводится исходя из того, что в естественных условиях высокая
обеспеченность гумусом почв начинается с нижнего предела 4,5-5%.
Результаты исследований приведены в Таблице 14.
Таблица 14. Соотношение и концентрация (г/л) ГК/ФК в
корректирующем растворе
Соотношение ГК/ФК
Концентрация в растворе, г/л
ГК
ФК
0,5
17
33
1,0
25
25
1,5
33
17
Для создания модифицированного раствора в заданных концентрациях
выбраны коммерческие продукты, содержащие соответствующие вещества. В
качестве источника гуминовых веществ выбран Лигногумат. Лигногумат
представляет собой высокоэффективный технологичный препарат, созданный
путем ускоренной гумификации растительного сырья. Является сильнейшим
69
естественным стимулятором роста и антистрессантом. Состав с одержит
микроэлементы в органической связанной форме, которая эффективно
усваивается растениями. Лигногумат хорошо совместим с минеральными
удобрениями, стимулируя естественные механизмы их усвоения растениями.
Существует две формы лигногумата – жидкая, с концентрацией действующего
вещества 220 г/л и сухая высококонцентрированная форма (900 г/л). В
зависимости от выбранной формы и соотношения гуминовых кислот и
фульвокислот для модификации базового корректирующего углеродного
питательного раствора потребуется соответствующее количество. Продукт
производится компанией НПО «Лигногумат» (г.Санкт-Петербург). В Таблице
15 показано необходимое количество лигногумата для модификации продукта
при различных соотношениях углерода гуминовых кислот к углероду
фульвокислот.
Таблица 15. Количество лигногумата для модификации продукта.
Соотношение ГК/ФК
Лигногумат,
Жидкая форма, мл/л
Сухая форма, г/л
0,5
77
19
1,0
114
28
1,5
150
37
Источником фульвокислот является продукт Фульвитал. Фульвитал
представляет собой сухой порошок с концентрацией фульвовых кислот 750
г/кг. Дополнительно содержит микроэлементы железо, марганец, цинк,
марганец и макро- и мезоэлеиенты – магний и серу. Фульвовые кислоты
представляют собой смесь слабых органических кислот алифатического и
ароматического ряда, которые растворимы в воде при всех уровнях
кислотности. Фульвокислоты отличаются более низким молекулярным весом и
70
более высоким содержанием кислорода, чем другие гуминовые кислоты.
Производителем продукта Фульвитал является компания ООО «Родагро».
Для создания раствора с заданной концентрацией и соотношением
используется только сухая форма Фульвитала. В Таблице 16 показано
необходимое количество фульвитала для модификации продукта при
различных соотношениях углерода гуминовых кислот к углероду
фульвокислот.
Таблица 16. Количество Фульвитала для модификации продукта.
Соотношение ГК/ФК
Фульвитал
Жидкая форма, мл/л
Сухая форма, г/л
0,5
-
44
1,0
-
33
1,5
-
23
Для оценки эффективности модифицированного средства была проведена
оценка его влияния на баланс корневого углеродного питания растений томатов
и огурцов в сравнении с базовым составом средства. Данный параметр был
выбран в качестве интегрированного показателя эффективности питания и
продуктивности томатов и огурцов, так как в процессе реализации первого
этапа проекта была выявлена тесная корреляционная зависимость между
отрицательным балансом СО
2
, и урожайностью (r= 0,961) и соотношением
отрицательный/положительный баланс СО
2
(%) с урожайностью (r= 0,937).
Регистрация показателей СО
2
проводилась в 9 временных точках с
интервалом 45 минут. Подача сравниваемых растворах проводилась
единовременно совместно с подачей первого утреннего полива. Подача
проводилась посредством введения шприцем в питающую трубку в начале
ряда. Объем, вводимого раствора рассчитывался исходя из нормы 1 литр на 1
тонну минерального питательного раствора. Полученные результаты
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]