Регистрация | Вход

Объявление

Свернуть
Пока нет объявлений.

Журнал «ЭК»:Растениеводство в контролируемых средах

Свернуть
X
 
  • Фильтр
  • Время
  • Показать
Очистить всё
новые сообщения

    Журнал «ЭК»:Растениеводство в контролируемых средах

    Алок Баруа (Aloke Barua), ст. менеджер по маркетингу продукции, Microchip Technology



    Одним из наиболее многообещающих бизнес-проектов с использованием облачных услуг и интернета вещей (IoT) является мониторинг окружающей среды, который обеспечивает стабильные условия для выращивания неместных культур, например фруктов, орехов, овощей и трав. Подключенные к облаку IoT-сети позволят использовать эффективные управляющие системы до и после сбора урожая в приложениях для растениеводства и выращивания в помещениях, а также будут способствовать появлению и развитию крупномасштабного сельского хозяйства с контролируемой средой (CEA) – экологически безопасной, рациональной и прибыльной отрасли. В этих приложениях будут применяться датчики интернета вещей, которые постоянно измеряют параметры окружающей среды и отправляют полученные результаты, а также запускают соответствующие команды при необходимости регулировки. Производителям потребуются передовые практические методы для определения и развертывания этих приложений, а также для реализации критически важных технологий шифрования и аутентификации, препятствующих хакерам осуществить взлом, нанести ущерб системам или украсть ценные данные.



    Преимущества локализованного растениеводства в помещениях

    Прежде чем приступить к разработке локализованных культивационных систем с подключением к облаку, мы рассмотрим три главных преимущества выращивания растений в домашних условиях.



    Увеличение объема продукции

    Глобальный спрос на фрукты, орехи, овощи и травы, которые не произрастают в определенном географическом регионе, можно удовлетворить быстрее и эффективнее, если выращивать их в регионе потребления. В результате не только сократится расстояние, которое преодолевает транспорт для доставки продукции, но и повысится продовольственная безопасность и доступность продукции. К другим побочным преимуществам относится увеличение продолжительности вегетационного периода – возможность выращивать определенную продовольственную культуру 12 месяцев в году, а также способность заниматься эффективным глобальным производством продовольствия, несмотря на постоянно меняющиеся климатические условия.



    Уменьшение вредного влияния на среду обитания

    Развитие сельского хозяйства с контролируемой средой или выращивание незерновых культур в закрытых помещениях позволяет уменьшить разрушение среды обитания. Имеются веские причины, по которым сельское хозяйство не рассматривается в качестве угрозы состоянию окружающей среды; при этом наибольшее внимание уделяется освоению земель и вырубке деревьев лесозаготовительными предприятиями. По данным Всемирного фонда охраны природы (WWF), на Земле ежегодно вырубается около 75676 кв. км лесов, и примерно 50% пригодных для жилья земель в мире стали сельскохозяйственными угодьями. К основным видам землепользования относятся выпас скота и животноводство, масштабная сельскохозяйственная деятельность, выращивание овощей и зерновых для потребления людьми; при этом более трети земель предназначено для выращивания кормовых культур – кукурузы, ячменя, овса, сорго и сои. Очевидно, что методы ведения сельского хозяйства, которые рассчитаны на потребление огромных площадей земли, нерациональны.



    Здоровый рацион питания

    Сельское хозяйство с контролируемой средой и выращивание в помещениях не только сократят площадь земли для ведения сельского хозяйства традиционными методами, но и поспособствуют более здоровому питанию. Как известно, люди лучше себя чувствуют, если в их рацион питания входит смесь растений, фруктов и орехов при сравнительно меньшем количестве мяса. Более широкое внедрение такого рациона приведет к значительному сокращению производства кормов для домашнего скота и, таким образом, позволит множеству людей вести рациональный образ жизни, не наносящий ущерба природе. Кроме того, появится возможность сократить поголовье разводимого скота, что уменьшит потребности в транспортировке продуктов питания и выбросы парниковых газов. По данным Продовольственной и сельскохозяйственной организации (FAO) при ООН, доля выбросов парниковых газов в результате животноводческой деятельности составляет 14,5% от тех выбросов, которые обусловлены антропогенной деятельностью.

    Сельское хозяйство с контролируемой средой и выращивание в помещениях пока находятся в зачаточном состоянии. В настоящее время более распространенным подходом является развертывание культивационных сооружений – теплиц на широких участках земли. Наблюдается также тенденция к строительству вертикальных сельскохозяйственных сооружений – высокоавтоматизированного агропромышленного комплекса, в состав которого входят переоборудованные фабрики или многоярусные склады. Такой подход позволяет более эффективно и прагматично использовать пространство для культивации незерновых растений. Вертикальное сельское хозяйство также хорошо подходит для выращивания птицы как источника мяса, которое лучше усваивается.

    Имеется несколько предпосылок для внедрения крупномасштабного сельского хозяйства с контролируемой средой и выращивания в помещениях. Воспроизведение и поддержание естественных условий требует регулярного контроля таких параметров как тепло, искусственное освещение, содержание влаги в воздухе и почве и, в случае гидропоники или аэропоники – контроля над содержанием питательных веществ в воде. У крупных производителей появится много сооружений с закрытыми помещениями, каждое из которых будет оптимизировано под определенные условия роста. С этой целью потребуется использование подключенных к облаку датчиков для постоянного измерения параметров окружающей среды в зависимости от времени и передачи данных на центральную станцию ​​мониторинга.



    Передовые методы разработки систем

    Сначала определяются те условия окружающей среды, которые станут по мере необходимости использоваться для коррекции в качестве исходных. Затем принимается решение о типе разворачиваемой сети. С ростом доступности интернета вещей для подключения датчиков появилась возможность развернуть сеть, управляемую центральным хабом или шлюзом, который связывается с локальным контроллером или компьютером (см. рис. 1). Контроллер используется для загрузки данных в облако для их последующего анализа. Облако может быть проприетарным или предлагаться в качестве услуги.



    Рис. 1. Типовая реализация экосистемы интернета вещей

    Cloud Computing – Облачные вычисления

    Edge Computing – Краевые вычисления

    Gateway – Шлюз

    Sensor Network – Датчиковая сеть



    Фермер может решить, что нет необходимости мгновенно реагировать на отправленную датчиками информацию. В этих случаях облако отдает команды или выполняет действия в неком допустимом временном интервале. Однако если требуется минимальная или нулевая задержка между отправкой данных с датчика и выдачей центральным компьютером команды, производитель может воспользоваться граничным контроллером между шлюзом и облаком, чтобы ускорить время между моментом завершения анализа и действием. В конечном итоге, чем точнее контролируется окружающая среда, тем лучше созревает урожай.

    Реализацию периферийных вычислений можно разделить на внутреннюю и внешнюю части, каждая из которых играет важную роль в оптимизации растениеводства в закрытой среде. Внутренняя часть содержит элементы граничных и облачных вычислений, а внешняя – элементы датчиковой сети и шлюза. Появится экосистема поставщиков оборудования и системных интеграторов, которые предоставят все элементы для поддержки такой архитектуры. Одним из особо важных элементов является датчиковая сеть, которая отвечает за мониторинг окружающей среды и сбор данных для передачи шлюзу. Необходимо также, чтобы каждый датчиковый узел был простым в эксплуатации и обслуживании, надежным, имел очень низкое энергопотребление, что увеличило бы срок службы батареи, мог связываться со шлюзом и, в конечном итоге, с поставщиком облачных услуг с помощью разных технологий беспроводной связи.

    Предпочтительным стандартом беспроводной связи станет либо Bluetooth Low Energy (BLE), либо новый стандарт Wi-Fi с низким энергопотреблением 802.11ah. Такое решение гарантирует работу сетей в нелицензируемых диапазонах и передачу данных на расстоянии 10–100 м при выращивании растений в помещении. Стандарт 802.11ah имеет самую большую зону действия, достигающую 1 км. Скорость передачи данных в стандарте BLE составляет 10 Кбит/с…10 Мбит/с, а в случае 802.11ah Wi-Fi – 50–100 Кбит/с. Такой пропускной способности вполне достаточно для измерения значений разных параметров.

    Датчиковый узел должен быть надежно защищен. Как и в любом другом бизнесе, появится много фермеров или крупных агрохолдингов, занятых крупномасштабным выращиванием в закрытых помещениях или контролируемых средах. Любая информация, которая позволяет одному поставщику получить конкурентное преимущество над другим, означает более высокие доходы и прибыль. Желание и возможность взломать беспроводную сеть с целью получения данных, обеспечивающих это преимущество, хорошо понятны. Лучший способ снизить риск несанкционированного доступа – использовать аппаратное решение, которое может шифровать, а также аутентифицировать данные и узел. При этом общепризнанным является факт, что программные методы борьбы с хакерами не обеспечивают требуемой надежности.

    Разработчики и производители датчиковых узлов предлагают полупроводниковые решения, которые позволяют сделать законченную систему простой в эксплуатации, модульной и обновляемой. У такой системы – низкое энергопотребление, высокий уровень защиты и гибкости, благодаря чему обеспечивается беспроводная связь с требуемыми функциями. Разработчики и производители датчиковых узлов также активно сотрудничают с известными поставщиками облачных услуг. Если решение является платформенно-независимым от облака, поставщик должен быть в состоянии обеспечить конфигурацию для установления связи с заданными параметрами.

    Одним из примеров решения этого типа являются отладочные платы AVR-IoT WG и PIC-IoT WG, предлагаемые компанией Microchip Technology (см. рис. 2–3). Эти платы с микроконтроллерами, элементами безопасности и полностью сертифицированными сетевыми контроллерами сетей Wi-Fi обеспечивают самый простой и эффективный способ подключения датчиковых узлов к платформе Cloud IoT Core от Google. Пользователи могут напрямую к ней подключиться, предварительно настроив бесплатную учетную запись, или виртуальную тестовую среду, чтобы просмотреть данные об освещении и температуре. При необходимости можно подключить дополнительные датчики с помощью широкодоступных плат Click от MikroElektronika, которые позволяют расширить возможности проекта.



    ...



    Прочитать в оригинале…
    Последний раз редактировалось Darya; 11-01-2021, 12:06.
    Взято автоматически из интернета.

Похожие темы

Тема Автор Раздел Последнее сообщение
2002—2020 «ЭтЛайт»
Наши контакты: +7 (812) 309-50-30, client@efind.ru
Реклама · Участие в поиске · Инструменты · Блог · Аналитика · English version

  RADEL ExpoElectronica
Обработка...
X