Автоматизована установка для вирощування рослин у штучному кліматі “адам-1″

Реферат: Автоматизована установка для вирощування рослин у штучному кліматі містить оснащену приводами раму, на якій встановлено оснащений світильником рухомий циліндричний блок, твірна поверхня якого виконана у вигляді касет з фунтовим субстратом, які виконані знімними, а світильник розміщено на центральній осі блока, причому в нижній частині рами встановлена ємність з живильним розчином. Додатково містить ємність з живильним розчином, насос реверсивного типу, сенсорні датчики, що фіксують температуру, вологість, рівень СО2, рівень живильного розчину та інші показники роботи установки, генератор туману та пульт керування, який містить GSM-модем та мікропроцесорний контролер, з'єднаний із сенсорними датчиками, на якому встановлено програмний модуль, що контролює процес живлення рослин і виконаний з можливістю отримання та обробки показників роботи установки та подальшого коригування її роботи за заданими параметрами, а рама містить зачіпні механізми, які контактують з касетами, при цьому кожна касета розташована своєю площиною перпендикулярно до нормалі поверхні циліндричного блока, містить жолоби для ґрунтового субстрату та закріплена до циліндричного блока за допомогою двох осей з одного боку та принаймні одного тримача з іншого, який виконаний з можливістю автоматичного вивантаження касети при обертанні циліндричного блока у зворотному напрямку. UA 98612 U (12) UA 98612 U UA 98612 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Корисна модель належить до сільського господарства, а саме до галузі рослинництва і може бути використана для вирощування рослинних культур в замкненій системі годування гідропонним методом з елементами аеропоніки в автоматично контрольованих умовах. Відомий пристрій для виробництва гідропонної продукції (Патент України № 67149А, МПК A01G 31/02, опубл. 15.06.2004 р. Бюл. № 6], який містить багатоярусний лотковий конвеєр, лотки якого з'єднані з безкінечними ланцюгами, які несуть навантаження і через ролики кочення розміщені на направляючих опорних коліях, при цьому пристрій містить стержневу конструкцію, що являє собою шестигранну призму, що має можливість обертання в опорах навколо горизонтальної осі, а на ребрах призми шарнірно закріплені лотки, які мають можливість чіткого поступального руху при обертанні призми. Недоліками даного пристрою є недостатня раціональність використання корисних площ та відсутність допоміжних систем життєзабезпечення рослин, що гальмує процес вирощування та збільшує строки отримання готової продукції. Як найближчий аналог було вибрано пристрій для вирощування рослин у штучно створеному кліматі, який містить оснащений світильником циліндричний блок, бічна поверхня якого утворена жолобами, наповненими гідропонікою, у нижній частині під циліндром розміщена ємність з рідиною, а циліндричний блок виконаний з можливістю переміщення по криволінійній траєкторії, при цьому жолоб з гідропонікою при обертанні циліндру стикається із рідиною [джерело на 19.01.2015 р. - http://www.omegagarden.com/index.php?content_id=1500]. Недоліками даного пристрою є недостатньо раціональна будова конструкції, кріплення касет, що в процесі завантаження посівного матеріалу та збору готового врожаю потребує багато часу та використання людського ресурсу, а також утруднює автоматизацію процесу вирощування рослин. В основу корисної моделі, що заявляється, поставлено задачу створення установки для вирощування рослин у штучному кліматі, в якій завдяки внесенню конструктивних змін в елементи відомого пристрою, а також використанню систем контролю та регулювання показників роботи установки, як то вологість, температура, рівень СО 2, та автоматизації процесу вирощування рослин, досягається збільшення швидкості росту рослин, скорочення строку отримання готової продукції, а також мінімізування втрат енергетичних та людських ресурсів. Поставлена задача вирішується тим, що відомий пристрій, який містить оснащену приводами раму, на якій встановлено оснащений світильником рухомий циліндричний блок, твірна поверхня якого виконана у вигляді касет з ґрунтовим субстратом, які виконані знімними, а світильник розміщено на центральній осі блока, причому в нижній частині рами встановлена ємність з живильним розчином, згідно з корисною моделлю, містить додаткову ємність з живильним розчином, насос реверсивного типу, сенсорні датчики, що фіксують температуру, вологість, рівень СО2, рівень рН живильного розчину, рівень живильного розчину та інші показники роботи установки, генератор туману та пульт керування, який містить GSM-модем та мікропроцесорний контролер, з'єднаний із сенсорними датчиками, на якому встановлено програмний модуль, що контролює процес живлення рослин і виконаний з можливістю отримання та обробки показників роботи установки та подальшого коригування її роботи за заданими параметрами, а рама містить зачіпний механізм, який контактує з касетами, при цьому кожна касета розташована своєю площиною перпендикулярно до нормалі поверхні циліндричного блока, містить жолоби для ґрунтового субстрату та закріплена до циліндричного блока за допомогою двох осей з одного боку та принаймні одного тримача з іншого, який виконаний з можливістю автоматичного вивантаження касети при обертанні циліндричного блоку у зворотному напрямку. Згідно з корисною моделлю, рама містить принаймні два зачіпних механізми, встановлених на поперечній грані рами в ряд. Згідно з корисною моделлю, тримач касети містить каркас, зворотну пружину, зачіп із з'єднувальною тягою, натискач, пружину замка, регулювальний гвинт, замок та палець замка. Згідно з корисною моделлю, зачіпний механізм містить приймальне колесо, ролик зачіпний, важіль, тягу, основну пружину, гайку регулювання натягу пружини та виконаний із можливістю при обертанні циліндричного блока у зворотному напрямку тиснути на зачіп тримача касети та звільняти касету з тримача. Згідно з корисною моделлю, установка додатково містить стійку з прийомними колесами, виконану з можливістю прийому касет, вивантажених з установки, руху касет у тому числі в реверсному режимі. Згідно з корисною моделлю, дно ємності з живильним розчином підігрівається нагрівальним елементом, дно ємності з живильним розчином виконано з можливістю підігріву нагрівальним 1 UA 98612 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 елементом, який розташовано із зовнішньої сторони ємності з живильним розчином, а саме під її дном. Згідно з корисною моделлю, як генератор туману використано систему зволоження повітря ультразвукового типу, що з'єднана з рамою каналом підведення туману. Згідно з корисною моделлю, світильник виконано у вигляді кварцової колби, в якій встановлено принаймні одну натрієву лампу та вентилятор охолодження. Згідно з корисною моделлю, установка містить балон із СО 2. Згідно з корисною моделлю, GSM-модем виконано з можливістю забезпечення двостороннього зв'язку контролера з оператором, шляхом відсилання повідомлень на персональний комп'ютер оператора та/або командних SMS-повідомлень на мобільний телефон оператора, а також з можливістю дистанційного керування оператором роботи установки. Згідно з корисною моделлю, циліндричний блок з обох боків закрито ПВХ-мембранами. Згідно з корисною моделлю, установка виконана як окремий елемент, який встановлений на додатковій рамі з розрахунковою кількістю таких елементів, відповідно до розмірів приміщення та потужності приводу. Між сукупністю суттєвих ознак корисної моделі, що заявляється, і технічним результатом, що досягається, існує наступний причинно-наслідковий зв'язок. Обертання циліндричного блока навколо своєї осі призводить до того, що рослини, що знаходяться в касетах, відчувають постійно мінливий напрямок сили тяжіння. Це призводить до блокування рецепторів рослин, які задають тривалість фази сну і неспання в залежності від поточної гравітації і положення в просторі самої рослини, внаслідок чого ріст рослин різко збільшується. Живлення рослин відбувається шляхом занурювання касет в живильний розчин, що знаходиться у ємності з живильним розчином. Використання сенсорних датчиків, які кріпляться до елементів установки, дає можливість вимірювати показники, необхідні для оптимальної роботи установки: температуру середовища, рівень СО2, вологість, рівень рН живильного розчину тощо. Використання додаткової ємності з живильним розчином та насосу реверсивного типу, дозволяє подавати в ємність з живильним розчином рівно стільки рідини, скільки вбирає в себе субстрат, а після "годування" рослин розчин, що залишився, відкачувати назад в додаткову ємність. Це призводить до зменшення витрат живильного розчину в порівнянні з традиційною гідропонікою, тобто до його економії. Підтримання вологісного режиму повітря в установці забезпечується за допомогою генератора туману. Використання генератора туману ультразвукового типу дозволяє отримати водяний туман з дуже дрібними краплями, які повністю випаровуються в навколишньому середовищі. На відміну від нагрівальних парових зволожувачів, енергоспоживання генератора туману ультразвукового типу нижче в 8-9 разів і становить близько 90 Вт на один літр води, що розпилюється. Тобто, використання ультразвукової системи туманоутворення дає змогу отримувати ефективне туманоутворення з мінімальними енерговитратами. Автоматизація процесу відбувається за рахунок встановленого на установці пульта керування, який містить GSM-модем та мікропроцесорний контролер, з'єднаний із сенсорними датчиками. При цьому на мікропроцесорний контролер встановлено програмний модуль, який контролює процес живлення рослин і виконаний з можливістю отримання та обробки показників роботи установки та подальшого коригування її роботи за заданими параметрами. Пульт керування здійснює автоматичний контроль роботи двигуна, підтримання заданого рівня рН, керування підготовкою розчина, контроль за його температурою та подачею в ємність з живильним розчином, контроль температури та вологості в середині циліндричного блоку, керування подачею вуглекислого газу, on-line відео-реєстрацію росту рослин тощо. Вбудований в пульт керування GSM-модем забезпечує зв'язок контролера з оператором. При цьому керування можливо здійснювати в режимі реального часу як персональним комп'ютером, так і за допомогою мобільного телефону шляхом відсилання командних SMS-повідомлень. Зміна програмного наповнення контролера не вимагає безпосереднього підключення контролера до комп'ютера. Навіть повне оновлення програмного забезпечення можливо здійснювати за допомогою GSM-модему, що дозволяє в найкоротші терміни вносити зміни в програму, відповідно економити час. При роботі установки "людський фактор" зведений до мінімуму. Участь людини (робочого персоналу) необхідна при стартовому завантаженні та збиранні готового врожаю, а також при проведенні планового технологічного обслуговування установки, при цьому можливе поєднання автоматичної установки з роботизованою лінією закладки насіннєвого матеріалу з живильним розчином і подальшим збиранням готового врожаю. Нагрівий елемент, що знаходиться під дном ємності з живильним розчином, прогріває простір лише в нижній частині установки завдяки великій площі нагріву і невеликій потужності самого нагрівального елементу. Таким чином створюється комфортна для рослини 2 UA 98612 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 температура та під час обертання відбувається чергування теплих і відносно холодних зон, внаслідок чого рослини відчувають мікростреси, які позитивно позначаються на швидкості росту. Виконання світильника у вигляді кварцової колби, в якій встановлено натрієву лампу та вентилятор охолодження, дозволяє отримати максимальний світловий спектр. Світловий потік кожної лампи становить 14500 люмен, світлова віддача – 100 люмен/ват, температура – 2000 К. За рахунок обертання рослини навколо світильника забезпечується повне та планомірне освітлення усіх ділянок рослин. Виконання тримачів касет з використанням заявлених вузлів та механізмів, дозволяє створити надійний замок, за допомогою якого касети утримуються в закритому положенні при прямому русі циліндричного блоку (за годинниковою стрілкою). А розташування на рамі зачіпного механізму, який контактує з касетами при обертанні циліндричного блоку у зворотному напрямку (проти годинникової стрілки), дозволяє "відкривати" цей замок, легко вивантажувати касети із готовою продукцією, а також завантажувати касети із гідропонікою для подальшої роботи установки. Це сприяє автоматизації процесу та звільняє від використання робочої сили, тобто економить людські ресурси. Закриття циліндричного блока з обох боків ПВХ-мембранами дозволяє створити сприятливі умови в середині блоку, що також призводить до економії енергоресурсів. Установка може бути розміщена на додатковій рамі. Кількість таких установок визначається розмірами приміщення, потужністю приводу та бажаною продуктивністю, а приміщення може бути як стаціонарне, так і збірно-розбірним, із дахом, що відкривається. Суть корисної моделі пояснюється наступними зображеннями: Фіг. 1 - загальний вигляд установки, де: 1- рама, 2- циліндричний блок, 3 - касета, 4 - моторредуктор, 5 - привідне колесо, 6 - ємність з живильним розчином, 7 - світильник, 8 - додаткова ємність з живильним розчином, 9 - насос реверсивного типу, 10 - пульт керування, 11 генератор туману, 12 - балони з СО2; Фіг. 2 - загальний вигляд основної конструкції спереду і збоку, де: 13 - зачіпний механізм, 14 - стійка з приймальними колесами; Фіг. 3 - загальний вигляд касети; Фіг. 4 - загальний вигляд тримача касети, де: 15 - каркас, 16 - зворотна пружина, 17 - зачіп із з'єднувальною тягою, 18 - засувка, 19 - натискач, 20 - пружина замка, 21 - регулювальний гвинт, 22 - замок, 23 - палець замка; Фіг. 5 - загальний вигляд зачіпного механізму, де: 24 - приймальне колесо, 25 - зачіпний ролик, 26 - важіль, 27 - тяга, 28 - основна пружина, 29 - гайка регулювання натягу пружини, 30 каркас. Фіг. 6 - схематичне зображення принципу роботи замка касет. Автоматизована установка для вирощування рослин у штучному кліматі "Адам-1" працює наступним чином. В положенні 8 (Фіг. 6) здійснюється завантаження касет (3) з ґрунтовим субстратом, в якому знаходяться заздалегідь висадженні насіння (або здійснюється висадження безпосередньо в розташований в касеті субстрат) в циліндричний блок (2). Після завантаження всіх касет (3) вмикається основний режим роботи установки, при якому вмикається механізми приводу (мотор-редуктор (4), привідне колесо (5)), світильник (7), пульт керування (10), який здійснює опитування всіх задіяних сенсорів та виконує необхідні процедури з налагодження необхідних параметрів середовища вирощування (коригування температури, вологості та подача живильного розчину). При цьому циліндричний блок (2) знаходиться в режимі обертання зі швидкістю встановленою програмою. Швидкість циліндричного блоку (2) контролюється за допомогою магнітного сенсора шляхом вимірювання часу проходження контрольних точок. При відсутності сигналу сенсора понад встановленого проміжку часу контролер переходить в аварійний режим (зупинка всіх систем, індикація аварії на пульті керування та відправка SMS повідомлення на встановлений номер яке інформує оператора про виникнення аварії). Живлення рослин розчином відбувається в періоди, встановлені програмою. Після отримання програмної команди контролер вмикає насос реверсивного типу (9), а рідина із додаткової ємності з живильним розчином (8) надходить до ємності з живильним розчином (6) до рівня який контролюється сенсорним датчиком, встановленим у ємності з живильним розчином (6). Під час наповнення ємності з живильним розчином (6) рідиною, система здійснює виміри рівню рН, та при необхідності коригує його за допомогою вуглекислого газу, який подається із балонів з СО2 (12) безпосередньо в живильний розчин. 3 UA 98612 U 5 10 15 20 25 30 Після пройденого етапу годування, тривалість якого встановлена програмою, залишки розчину за допомогою реверсивного насоса (9) відкачуються назад до додаткової ємності з живильним розчином (8). Рівень живильного розчину в ємності (6) також контролюється і при знижені його менше встановленого мінімуму, система одразу про це повідомляє оператора. Контроль вологості здійснюється за допомогою сенсорного датчика, який встановлено в середині циліндричного блоку (2). При знижені вологості нижче встановленого рівня система дає команду на увімкнення генератора туману (11). Рівень води в генераторі туману (11) також контролюється. Датчик СО2, який встановлено в середині циліндричного блоку (2), відповідає за контроль рівню вуглекислого газу. При необхідності система вмикає реле електромагнітного клапану і газ починає потрапляти в зону росту рослин. Для безпечної роботи оператора в зоні обслуговування рівень CO також контролюється і при збільшені його вище граничнодопустимої концентрації система одразу повідомляє оператора. Циліндричний блок (2) з обох сторін закривають ПВХ-мембранами, що дає змогу створити сприятливі умови всередині блока. Після дозрівання врожаю вмикається режим вивантаження, при якому циліндричний блок (2) починає обертатись в зворотному напрямку (проти годинникової стрілки). Зачіпом із з'єднувальною тягою (17) тримач касети входить в контакт з зачіпним роликом (25) відкривального механізму. Зачіпний ролик (25) утримується у нерухомому стані під дією основної пружини (28) та зрушує з місця зачіп із з'єднувальною тягою (17), який за допомогою з'єднувальної тяги призводить до руху задвижку (18). Засувка (18), долаючи опір зворотної пружини (16), обертається навколо осі до положення, встановленого регулювальним гвинтом (21). В цьому положенні касета (3) під дією тяжіння опускається на приймальні колеса (24). Одночасно з касетою (3) опускається замок (22), який за допомогою пальця замка (23) блокує задвижку (18) у відкритому положенні. Тримач касети залишається у відкритому положенні до тих пір, поки палець замка (23) буде знаходитись у зачіпному отворі задвижки 18). При увімкненні режиму завантаження, циліндричний блок (2), обертаючись за годинниковою стрілкою, тягне касету (3). Касета (3), рухаючись по приймальним колесам (24), підіймається та заходить в тримач. Касета (3) починає тиснути на замок (22). Подолавши опір пружини замка (20), замок (22) підіймається та виводить палець замка (23) із зачеплення з задвижкою (18), тим самим вивільняючи її. Під дією зворотної пружини (16), задвижка (18) обертається навколо вісі та блокує касету (3) (закриває). ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 35 40 45 50 55 60 1. Автоматизована установка для вирощування рослин у штучному кліматі, що містить оснащену приводами раму, на якій встановлено оснащений світильником рухомий циліндричний блок, твірна поверхня якого виконана у вигляді касет з фунтовим субстратом, які виконані знімними, а світильник розміщено на центральній осі блока, причому в нижній частині рами встановлена ємність з живильним розчином, яка відрізняється тим, що містить додаткову ємність з живильним розчином, насос реверсивного типу, сенсорні датчики, що фіксують температуру, вологість, рівень СО2, рівень живильного розчину та інші показники роботи установки, генератор туману та пульт керування, який містить GSM-модем та мікропроцесорний контролер, з'єднаний із сенсорними датчиками, на якому встановлено програмний модуль, що контролює процес живлення рослин і виконаний з можливістю отримання та обробки показників роботи установки та подальшого коригування її роботи за заданими параметрами, а рама містить зачіпні механізми, які контактують з касетами, при цьому кожна касета розташована своєю площиною перпендикулярно до нормалі поверхні циліндричного блока, містить жолоби для ґрунтового субстрату та закріплена до циліндричного блока за допомогою двох осей з одного боку та принаймні одного тримача з іншого, який виконаний з можливістю автоматичного вивантаження касети при обертанні циліндричного блока у зворотному напрямку. 2. Автоматизована установка для вирощування рослин у штучному кліматі за п. 1, яка відрізняється тим, що рама містить принаймні два зачіпних механізми, встановлених на поперечній грані рами в ряд. 3. Автоматизована установка для вирощування рослин у штучному кліматі за п. 1, яка відрізняється тим, що тримач касети містить каркас, зворотну пружину, зачіп із з'єднувальною тягою, натискач, пружину замка, регулювальний гвинт, замок та палець замка. 4. Автоматизована установка для вирощування рослин у штучному кліматі за п. 1-3, яка відрізняється тим, що зачіпний механізм містить приймальне колесо, ролик зачіпний, важіль, тягу, основну пружину, гайку регулювання натягу пружини та виконаний із можливістю при 4 UA 98612 U 5 10 15 20 25 30 обертанні циліндричного блока у зворотному напрямку тиснути на зачіп тримача касети та звільняти касету з тримача. 5. Автоматизована установка для вирощування рослин у штучному кліматі за п. 1-4, яка відрізняється тим, що додатково містить стійку з приймальними колесами, виконану з можливістю приймання касет, вивантажених з циліндричного блока, руху касет у тому числі в реверсному режимі. 6. Автоматизована установка для вирощування рослин у штучному кліматі за п. 1-5, яка відрізняється тим, що дно ємності з живильним розчином виконано з можливістю підігріву нагрівальним елементом, який розташовано із зовнішньої сторони ємності з живильним розчином, а саме під її дном. 7. Автоматизована установка для вирощування рослин у штучному кліматі за п. 1-6, яка відрізняється тим, що як генератор туману використано систему зволоження повітря ультразвукового типу, що з'єднана з внутрішньою порожниною циліндричного блока каналом підведення туману. 8. Автоматизована установка для вирощування рослин у штучному кліматі за п. 1-7, яка відрізняється тим, що світильник виконано у вигляді кварцової колби, в якій встановлено принаймні одну натрієву лампу та вентилятор охолодження. 9. Автоматизована установка для вирощування рослин у штучному кліматі за п. 1-8, яка відрізняється тим, що містить балон із СО2. 10. Автоматизована установка для вирощування рослин у штучному кліматі за п. 1-9, яка відрізняється тим, що GSM-модем виконано з можливістю забезпечення двостороннього зв'язку контролера з оператором шляхом відсилання повідомлень на персональний комп'ютер оператора та/або командних SMS-повідомлень на мобільний телефон оператора, а також з можливістю дистанційного керування оператором роботи установки. 11. Автоматизована установка для вирощування рослин у штучному кліматі за п. 1-10, яка відрізняється тим, що циліндричний блок з обох боків закрито ПВХ-мембранами. 12. Автоматизована установка для вирощування рослин у штучному кліматі за п. 1-11, яка відрізняється тим, що виконана як окремий елемент, який встановлений на додатковій рамі з розрахунковою кількістю таких елементів, відповідно до розмірів приміщення та потужності приводу. 5 UA 98612 U 6 UA 98612 U 7 UA 98612 U Комп’ютерна верстка О. Рябко Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Василя Липківського, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 8