1. Энергоэффективное решение
системы
автоматизированного
управления тепличным
хозяйством
Руководитель: Сердюков Г. Ф, директор Ресурсного
центра "IT-технологий" ХГУ им. Н.Ф. Катанова
Авторы: Сердюков Е.Г., Дрон К. К. Толстоноженко Ф.
В.; Горченко Р. А.
Хакасский государственный университет им. Н.Ф. Катанова
Ресурсный центр «IT-технологий»

2. Актуальность проекта
Энергосбережение
-Уменьшение потребления
энергоресурсов в
натуральном выражении, без
снижения объема
выпускаемой продукции,
оказанных и полученных
услуг.

3. Энергосберегающие технологии
проекта
Энергосбережение в проекте выполняется за счет:
• применения низковольтного оборудования –
контроллеры (5,3в 3,1в);
• выключение оборудования при холостом ходе
(ночью работает только следящая система
потребляющая 5 ватт) – все блоки питания
цифровые;
• Двигатели поливной системы малой мощности
25 ватт на 1м2
площади теплицы – выполняют
задачу капельного полива;
• Лампы системы освещения – 12 вольт
светодиодные с специально подобранным
спектром излучения

4. Энергоэффективный контроллер фирмы
«Texas Instruments» - рабочий режим
питания 3,3 вольта 5 ватт мощности

5. Актуальность проекта
Энергоэффективность
- Соответствие удельного
потребления
энергоресурсов в
натуральном выражении на
единицу продукции или услуг
нормативам или лучшим
практикам.

6. Энергоэффективность
• Энергоэффективность в проекте выполняется за
счет:
1. Профиля растений - индивидуально
подобранных параметров продолжительности
светового дня, полива, газовой среды для
каждого вида выращиваемых растений
(данные о режиме содержатся в базе данных
верхнего уровня. Сценарий выращивания
подбирается автоматически)
2. Этапов выращивания – всход, фаза роста,
фаза созревания, фаза плодоношения с
автоматическим переключение режимов
освещения, терморежима, полива, газовой
среды (содержание СО2)

7. Профили и этапы выращивания

8. Актуальность проекта
Энергооптимизация
- Изменение графика потребления
энергоресурсов, аккумуляция,
переход на иные виды
энергоресурсов и вторичных
ресурсов, с целью минимизации
цены или стоимости
потребляемых энергоресурсов.

9. ЭНЕРГООПТИМИЗАЦИЯ -
График измененяющейся освещенности теплицы
по времени суток
Освещенность теплицы (люкс)
0
100
200
300
400
500
600
700
1:00
3:00
5:00
7:00
9:00
11:00
13:00
15:00
17:00
19:00
21:00
23:00
Время
Освещенность

10. Актуальность проекта
1.Получение высококачественной
сельскохозяйственной продукции при
оптимальном методе выращивания;
2.Возможность получения чистых сельско
хозяйственных продуктов пользующихся
спросом;
3.Выращивание сельскохозяйственной
продукции с минимальными затратами
труда, ресурсов и минимизацией
энергетических потерь.

11. Назначение проекта
• Автоматизированный комплекс
«Тепличное хозяйство»
предназначен для
высокоскоростного и
высокоурожайного получения
выращиваемой
сельскохозяйственной продукции.

12. Ресурсный центр «IT-
технологий»
• Проект представлен Ресурсным центром
«IT-технологий» ХГУ им.Н.Ф.Катанова
Выполняет задачи:
• Обеспечение информационно-
техническими ресурсами учебного
процесса, научно-исследовательской
деятельности студентов, аспирантов,
научно-исследовательских коллективов и
проектных групп;
• Организация проектной деятельности
студентов, аспирантов в области
информационных технологий

13. Этапы реализации проекта
1. Генерация идеи проекта методом мозгового
штурма;
2. Подготовка технического задания по проекту;
3. Подготовка проекта;
4. Реализация аппаратного решения проекта;
5. Реализация программного решения проекта;
6. Тестирование продукта (комплекса);
7. Коммерческое продвижение комплекса.

14. Объем и источник
финансирования
• Текущий объем финансирования –
10 000 рублей собственное
финансирование студентов – для
закупок материалов и комплектующих
Аппаратная часть (контроллеры) –
закуплены ХГУ им.Н.Ф.Катанова в
рамках создания лаборатории
«Архитектура ЭВМ»

15. Текущее состояние проекта
• Создан аппаратный блок управления
тепличным хозяйством на
микроконтроллерах;
• Созданы программы нижнего уровня -
нижнего уровня управления теплицей.
Программный комплекс управление
теплицей на нижнем уровне выполняет
задачи сбора данных от датчиков;
• Создана система релейного управления
включением освещения, вентиляции и
полива.

16. Текущее состояние проекта
• Созданы программы верхнего уровня
управления теплицей. Программа верхнего
уровня - автоматизированное рабочее место
технолога тепличного хозяйства.
• Созданы программы удаленного мониторинга
тепличного хозяйства которые предоставляют
детальную информацию состояния теплицы по
сети и имеют возможность передачи данных
через интернет и могут доставлять информацию
оператору на мобильный телефон;

17. Аппаратный блок управления

18. ТЕПЛИЦА –
действующая модель

19. Программа верхнего уровня

20. Технологические решения
проекта
• Проект основан на технологии
адаптационного выращивания
сельскохозяйственных культур в
теплицах работающих по замкнутому
циклу на основе микрокомпьютерного
управления с минимальными
энергозатратами и минимальным
участием человека

21. Архитектура
системы

23. Нижний
уровень

25. Схема блока управления

26. Основные функции
нижнего уровня
• Сбор данных с датчиков и
отправка их на верхний уровень
• Выполнение команд
поступающих с верхнего уровня
• Управление заданной
программы выращивания
конкретных растений

27. Отслеживаемые параметры
среды
• Внутренняя температура теплицы (C°);
• Внешняя температура (C°);
• Влажность воздуха (%);
• Влажность земли (%);
• Содержание CO2 в воздухе (%);
• Освещенность (Люксы - Lx);
• Объем воды, доступной для полива.

28. Датчики

29. Проверка работы датчика влажности почвы

30. Датчик
углекислого
газа MQ-7

31. Освещение
Важнейшей
технологической задачей
является поддержание
уровня необходимой
оптимальной по спектру и
уровню освещенности.

32. График освещенности теплицы по времени суток
Освещенность теплицы (люкс)
0
100
200
300
400
500
600
700
1:00
3:00
5:00
7:00
9:00
11:00
13:00
15:00
17:00
19:00
21:00
23:00
Время
Освещенность

33. Блок управления

34. Прототип теплицы

35. Верхний уровень

36. Основные функции верхнего
уровня (Клиент)
• Взаимодействие с
серверной частью (запрос
данных с сервера,
передача команд);
• Визуализация данных;

37. Основные функции верхнего
уровня (Клиент)
• Подача звукового сигнала,
отображения сообщения на
экране клиентского устройства;
• Экспорт журнала событий в
Microsoft Excel или в формат
XML для последующей
обработки и анализа.

38. Основные функции верхнего
уровня (Сервер)
• Прием и обработка информации,
поступающей с нижнего уровня
системы (усредненные данные с
датчиков и состояние системы);
• Хранение информации, полученной с
нижнего уровня, в базе данных;
• Взаимодействие с клиентским
программным обеспечением;

39. Основные функции верхнего
уровня (Сервер)
• Слежение за показателями системы в
режиме реального времени и
оповещение в случае критических
событий.
• Передача команд нижнему уровню
(включениеотключение полива,
освещения, вентиляции, обогрева);

40. Основные функции верхнего
уровня (Сервер)
• Хранение и передача
оптимальных значений для
каждого из этапов жизненного
цикла культуры на нижний
уровень.

41. Программа выращивания
растений
Для каждой культуры формируется
программа выращивания. Она содержит
оптимальные значения параметров
системы для каждого из этапов жизненного
цикла культуры. Оператору достаточно
выбрать соответствующую программу для
выращивания определенной культуры и
нижней уровень будет автоматически
контролировать параметры среды в
соответствии с заданными значениями.

42. Этапы жизненного цикла
сельско-хозяйственных
культур
1.Всход растения
2.Период роста
3.Период цветения
4.Период плодоношения

43. Данные с датчиков

44. Графики данных

45. Данные с датчиков

46. Таблица данных с датчиков

47. Потребители и рынок сбыта
• Проект предназначен:
1. Потенциальным организаторам и/или
инвесторам тепличного бизнеса по
выращиванию зеленных культур и
листовых салатов, а также поставщикам
тепличного оборудования, конструкций и
расходных материалов для работы
салатных теплиц;
2. Физическим лицам ведущим личные
огородные и подсобные хозяйства

48. Преимущества проекта
1.Низкая себестоимость;
2.Минимизация участия
человека в выращивании
продукции;
3.Простота настройки;
4.Гибкое компьютерное
регулирование технических и
технологических режимов;

49. Преимущества проекта
5. Теплица сконструирована таки образом,
что возможность неправильной сборки
сведена к минимуму;
6. Вся система является модульной и
позволяет многократным монтаж-
демонтаж;
7. Система является энергоэкономной за
счет применения энергоэффективных
решений.

50. Экономические показатели
проекта
• Стоимость затрат на 1м2
теплицы:
1.Оборудование и оснащение – 6500 руб;
2.Монтажные работы – смета и материал
исполнения согласуется с заказчиков (для
прототипа: на 1м2
теплицы – 1200руб).
Установка оборудования выполняется на
готовую теплицу
3.Заработная плата – 2450 руб.
Трудоемкость монтажных работ – 15
человеко/часов
Сезонность бизнеса – круглогодичное
выращивание

51. Ожидаемые результаты проекта
1. Полезная модель «Программно-
аппаратный комплекс для
автоматизированного управления
тепличным хозяйством;
2. Технология индивидуального
выращивания тепличной продукции с
минимальным участием человека.

52. Ожидаемый экономический и
социальный эффект для
Республики Хакасия
• Разработанное программно-аппаратное
решение "Тепличное хозяйство" может
производиться серийно и обеспечить
индивидуальных предпринимателей в
современных тепличных системах.
• Решение может быть реализовано
предпринимателям и фермерским
хозяйствам Республики Хакасия.

53. Потребность в содействии
проекта
1. Необходимые финансовые ресурсы
составляют 70 000 рублей
необходимых для создания рабочей
модели;

54. Спасибо за внимание!