The article provides a detailed description of the operating algorithm of the control unit of the automated combined irrigation system, designed to automate the control of irrigation processes and regulate the microclimate of plants and soil moisture parameters on hot, dry days of the growing season.
Drip irrigation, splinker irrigation automated system, algorithm, control unit.
В условиях засушливых летних дней и дефицита влагообеспеченности Заволжья России получение стабильного урожая без орошения при выращивании сельскохозяйственных культур затруднено. При выращивании овощных культур предпочтение дается капельному поливу, который подает оросительную воду непосредственно к корневой системе растения. Капельный полив позволяет существенно экономить оросительную воду по сравнению с другими способами орошения, но не создает приземный фитоклимат, позволяющий растениям противостоять негативному воздействию высоких атмосферных температур [1, 2].
Многие исследователи [3-6] справедливо считают, что при выращивании овощных культур вместе с капельным орошением следует применять мелкодисперсное орошение для защиты зеленой массы растений от негативных последствий высоких температур и сухих ветров.
Разработка новой автоматизированной системы комбинированного орошения (далее АСКО) с технологичным блоком управления предназначена для оптимизации энергоресурсов и увеличения урожайности, уменьшения трудозатрат при выращивании сельскохозяйственных культур и регулирование микро- и фитоклимата посевов в жаркие сухие дни вегетационного периода [7, 8].
Структурно блок управления АСКО состоит из четырех основных функциональных блоков (модулей):
1. Микропроцессорная платформа - управляет арифметическими действиями и логическими операциями в блоке управления, осуществляет сбор информации с датчиков и сохраняет ее в буферную память, производит управление периферийными устройствами, осуществляет передачу данных о состоянии влажности почвы, приземного микроклимата растений, наличия осадков на мобильное устройство и прием из мобильного устройства управляющих команд.
2. Блок датчиков - состоит из датчиков шести типов: модуль датчиков для измерения параметров почвы (влажность, температура), датчик для измерения температуры и влажности воздуха, датчик влажности листовой поверхности, датчик дождя и датчик для измерения скорости и направления приземного ветра.
3. Блок питания - состоит из аккумуляторной батареи требуемой емкости со стабилизатором напряжения, которая обеспечивает энергией систему, а также солнечной батареи с контроллером заряда, служащей для подзарядки аккумуляторной батареи.
4. Релейный блок - осуществляет коммутацию цепей исполнительных устройств (насосные агрегаты и соленоидные клапаны).
Блок управления АСКО работает на основе разработанного алгоритма, который позволяет автоматизировать действия по управлению процессами полива для регулирования микроклимата растений и параметров увлажнения почвы в жаркие сухие дни вегетационного периода опираясь на показания, считываемые с системы автоматического мониторинга (рисунок 1).
Принцип работы блока управления заключается в первичной инициализации устройств системы и модулей после подачи питания, с последующей отправкой сообщения на мобильное устройство (web-сервер) о подключении блока управления и конфигурации системы. После система будет находится в ожидании ввода параметров конфигурации системы и выбора режима управления - ручной или автоматический. При ручном режиме управление системой осуществляется непосредственно пользователем, при автоматическом – все действия производятся в точном соответствии с заданной конфигурацией системы.
Следующим шагом является переход в цикл регистрации модуля измерения параметров почвы и ожидание сообщений от ведомого модуля. При получении сообщения от ведомого модуля оно регистрируется в блоке управления и происходит вход в основной цикл программы, проведения опроса всех датчиков системы, все результаты измерений параметров почвы и микроклимата отправляются сообщением на мобильное устройство (web-сервер).
При наличии атмосферных осадков управляющая программа блокирует
Рисунок 1 – Блок-схема алгоритма работы блока управления системы автоматизированного полива
работу всей системы в течении времени, параметр которого задан в конфигурации системы. По истечении заданного промежутка времени запускается основной цикл программы. При отсутствии атмосферных осадков работа управляющей программы осуществляется в заданном режиме.
В случае, если измеренное значение влажности почвы не превышает значения заданного параметра управляющая программа подает сигнал на включение реле насоса капельного орошения на заданный пользователем промежуток времени. По истечении заданного промежутка времени блок управления автоматически отключает подачу воды в систему капельного орошения. В противном случае управляющая программа возвращается в режим опроса модуля измерения параметров почвы.
Если измеренное значение скорости ветра превышает заданный пользователем параметр, то управляющая программа блокирует работу системы спринклерного орошения в течении времени, параметр которого задан в конфигурации системы. Иначе работа управляющей программы осуществляется в заданном режиме с учетом параметра температуры воздуха и состояния влажности листовой поверхности растений. В случае, если измеренное значение температуры приземного слоя воздуха не превышает значение заданного параметра управляющая программа блокирует работу системы спринклерного орошения в течении времени, параметр которого задан в конфигурации системы. В противном случае работа управляющей программы осуществляется в заданном режиме с учетом состояния влажности листовой поверхности растений. Если влажность листовой поверхности растений окажется ниже требуемых значений (сухая), то управляющая программа подает сигнал на включение реле насоса спринклерного орошения и на соленоидные клапаны.
Работа системы спринклерного полива осуществляется в соответствии с заданным пользователем промежутком времени и порядком включения/выключения электромагнитных клапанов. По окончании работы спринклерного полива блок управления автоматически отключает подачу воды в систему спринклерного орошения. В противном случае управляющая программа возвращается в режим опроса датчиков микроклимата. После выполнения спринклерного полива управляющая программа возвращается основной цикл в работы. Все действия управляющей программы отправляются сообщением на мобильное устройство (web-сервер).
В дальнейшем после проведения испытаний, внедрение АСКО с разработанным алгоритмом управления в практику сельскохозяйственного производства позволит обеспечить экономию трудозатрат за счет автоматизации процесса запуска капельного и спринклерного поливов, основываясь на метеорологических данных системы мониторинга в режиме реального времени. Важным преимуществом алгоритма является его гибкость и возможность адаптации к различным условиям.
1. Akpasov A.P., Tuktarov R.B. Perspektivy primeneniya cifrovyh tehnologicheskih resheniy pri kombinirovannom polive sel'skohozyaystvennyh kul'tur// Moskovskiy ekonomicheskiy zhurnal. 2022. № 6. doi:https://doi.org/10.55186/2413046X_2022_7_6_337.
2. Akpasov A.P., Kulyavceva A.A., Analiticheskiy obzor ustroystv monitoringa meteodannyh v sel'skohozyaystvennom proizvodstve// Mezhdunarodnyy zhurnal prikladnyh nauk i tehnologiy «Integral». 4/2023. https://e-integral.ru/rubriki/selhoz-nauki/integral-4-2023-5.
3. Borodychev, V.V. Kombinirovannoe oroshenie sel'skohozyaystvennyh kul'tur [Tekst]/A.S. Ovchinnikov, V.V. Borodychev, M.Yu. Hrabrov, V.M. Gurenko, A.V. Mayer //Izvestiya Nizhnevolzhskogo agrouniversitetskogo kompleksa: nauka i vysshee professional'noe obrazovanie. – 2015. – № 1(37). – S.
4. Dubenok N.N., Mayer A.V. Razrabotka sistem kombinirovannogo orosheniya dlya poliva sel'skohozyaystvennyh kul'tur // Izvestiya nizhnevolzhskogo agrouniversitetskogo kompleksa: nauka i vysshee professional'noe obrazovanie. 2018. № 1 (49). S. 9-19.
5. Kazarinov L.S., Shnayder D.A., Barbasova T.A. Avtomatizirovannye informacionno-upravlyayuschie sistemy // uchebnoe posobie. Chelyabinsk: Izd-vo YuUrGU, 2008. 320 s.
6. Borodychev V.V., Lytov M.N. Obobschennaya model' avtomatizirovannoy informacionnoy sistemy monitoringa i upravleniya orosheniem v rezhime real'nogo vremeni // Izvestiya nizhnevolzhskogo agrouniversitetskogo kompleksa: nauka i vysshee professional'noe obrazovanie. 2017. №1 (45). S. 1-10.
7. Kalachev A. Termokompensirovannye datchiki vlazhnosti i temperatury s cifrovym vyhodom kompanii Honeywell// Komponenty i tehnologii. 2012. № 1. S. 34-36.
8. Kurbanov S.A., Mayer A.V. Issledovaniya sistem kapel'nogo orosheniya s melkodispersnym dozhdevaniem // Problemy razvitiya APK regiona. 2012. № 3. S. 15-19.
