گلخانهها محیط کنترل شدهای را برای پروش گیاهان و تولید مواد غذایی فراهم میکنند و فعالیت این صنعت برای تامین محصولات کشاورزی در فصول مختلف سال اهمیت زیادی دارد. انسانها همواره به دنبال استفاده از تکنیکهایی هستند تا ضمن کاهش هزینهها، بهرهوری در تولید محصولات کشاورزی را افزایش دهند. راهاندازی گلخانه هوشمند راهکار موثری برای تولید محصولات با کیفیت، کاهش هزینهها، مبارزه موثر با آفتها، کنترل آسان و افزایش حجم تولید محصولات گلخانهای محسوب میشود. برای آشنایی با چگونگی هوشمند سازی گلخانه در این مقاله با شرکت هوشمند سازی فریتز همراه باشید.
فهرست مطالب
گلخانه هوشمند چیست؟
سیستم گلخانه هوشمند اساساً یک گلخانه معمولی است که به مجموعهای از سنسورها و تجهیزات پیشرفته کنترل گلخانه مجهز شده تا فاکتورهای موثر در رشد گیاهان شامل گرما، رطوبت و نور را در یک سطح بهینه حفظ کند. هوشمند سازی گلخانه موجب میشود تا گیاهان سریعتر رشد کرده و امکان برداشت محصول بیشتر در زمان کوتاهتری فراهم شود.
در این فناوری، دادههای جمعآوری شده از سنسورهای نصب شده در گلخانه های هوشمند، برای کنترل خودکار آب و هوای گلخانه مورد استفاده قرار میگیرند. برای مثال از دادههای جمعآوری شده توسط سنسورهای دما و رطوبت برای کنترل آب و هوای گلخانه استفاده میشود و سیستم تهویه خودکار نیز جریان بهینه هوا برای گلخانه را فراهم میکند. در گلخانههای زیرزمینی که به نور خورشید دسترسی ندارند، سیستم روشنایی هوشمند گلخانه میتواند به طور خودکار شدت و مدت زمان تابش نور را برای شبیه سازی نور خورشید تنظیم کند.
امکانات و ویژگی های گلخانه هوشمند
گلخانه هوشمند ویژگیها و امکانات مختلفی را در دسترس ما قرار میدهد که در کنار یکدیگر محیط کنترل شده و بهینه برای رشد گیاهان را ایجاد میکنند. با استفاده از این امکانات، بازدهی گلخانه و کیفیت محصولات افزایش یافته و هزینه یا وابستگی به نیروی انسانی کاهش مییابد. مهمترین قابلیتهای یک گلخانه هوشمند عبارتند از:
- کنترل خودکار دما، رطوبت، روشنایی و سطح گاز دی اکسید کربن در گلخانه
- آبیاری هوشمند گلخانه بر اساس شرایط خاک و میزان رطوبت مورد نیاز گیاهان
- کنترل خودکار روشنایی گلخانه و فراهم شدن امکان کشت گیاهان در تمام طول سال
- امکان نظارت و کنترل تجهیزات گلخانه از راه دور
- دسترسی به دادههای گلخانه در هر لحظه و امکان اتخاذ تصمیمات به موقع
- مصرف بهینه آب و انرژی بر اساس نیاز گیاهان
- مطلع کردن اپراتور از وقوع شرایط بحرانی مانند نوسانات دما، قطعی برق و خرابی تجهیزات
تجهیزات هوشمند سازی گلخانه ها
طراحی گلخانه های هوشمند با استفاده از تجهیزات مختلفی انجام میشود که برای نظارت و کنترل شرایط گلخانه ساخته شدهاند. شرایط محیطی مانند، دما، رطوبت، سطح CO2، نور و غیره به طور مستقیم روی رشد گیاهان و میزان برداشت محصول تاثیر میگذارند و این تجهیزات به ما کمک میکنند تا شرایط گلخانه را به طور خودکار و بدون نیاز به دخالت انسان کنترل کنیم. مهمترین تجهیزات مورد استفاده برای هوشمند سازی گلخانه عبارتند از:
سنسور رطوبت: سنسور رطوبت برای اندازهگیری میزان رطوبت گلخانه و سپس تنظیم این فاکتور بر اساس نیاز گیاهان گلخانه مورد استفاده قرار میگیرد.
تجهیزات کنترل دما: دمای گلخانه تاثیر زیادی در حفظ سلامت گیاهان و همچنین رشد گیاهان دارد. کنترل دمای گلخانه هوشمند از طریق ترموستات هوشمند انجام میشود. در صورتی که دمای گلخانه از مقدار مجاز فراتر رود یا دمای گلخانه به زیر حد مجاز برسد، ترموستات هوشمند این تغییرات را تشخیص داده و دما را به محدوده مجاز میرساند.
تجهیزات کنترل روشنایی: سیستم روشنایی هوشمند، نور مورد نیاز برای رشد گیاهان را بر اساس ویژگیهای هر گیاه فراهم میکند. این سیستم به ما کمک میکند تا شدت نور، مدت زمان تابش و طیف نور را بر اساس نیاز در اختیار گیاهان قرار دهیم؛ بنابراین امکان ایجاد گلخانههای چند طبقه و گلخانههای زیر زمینی بدون نیاز به نور خورشید و با کمترین انرژی مصرفی فراهم میشود.
سنسور گاز دیاکسید کربن: این سنسور هوشمند میزان گاز دیاکسید کربن موجود در هوا را اندازهگیری میکند. در صورت کاهش یا افزایش میزان گاز دیاکسید کربن هوا از این اتفاق مطلع خواهید شد. همچنین امکان تنظیم سیستم تهویه بر اساس دادههای سنسور دیاکسید کربن هوای گلخانه نیز وجود دارد.
سیستم نظارت و کنترل مواد مغذی خاک: سنسورهای اندازهگیری مواد مغذی خاک به ما کمک میکنند تا از وجود عناصر مورد نیاز گیاهان مانند سطح نیتروژن، پتاسیم، فسفر و غیره مطلع شویم؛ بنابراین میتوانیم کوددهی را بر اساس عناصر موجود در خاک و نیاز گیاهان به طور دقیقتری انجام دهیم.
تجهیزات آبیاری هوشمند: سیستم آبیاری هوشمند، حجم آب مصرفی و زمان آبیاری را بر اساس دادههای سنسورهای مختلف مانند سنسور رطوبت خاک تنظیم میکند؛ بنابراین در حالی که گیاهان آب کافی را دریافت میکنند، از هدر رفتن آب نیز جلوگیری میشود.
مزایای گلخانه هوشمند
هوشمند سازی گلخانه ها مزایای متعددی دارد که اجرای این طرح را کاملاً از نظر اقتصادی، آسانتر کردن مدیریت گلخانه و بهبود کیفیت محصولات توجیهپذیر میسازد. برخی از مهمترین مزایای گلخانه های هوشمند عبارتند از:
- دسترسی به دادههای گلخانه در هر لحظه: سنسورها مختلفی در سراسر گلخانه نصب میشوند تا دادههای مربوط به گلخانه شامل دما، رطوبت، میزان گاز Co2، روشنایی و غیره را اندازهگیری کنند. با استفاده از این دادهها امکان کنترل دقیق و خودکار شرایط گلخانه بر اساس ویژگیهای هر گیاه فراهم میشود.
- افزایش بهرهوری در آبیاری و کوددهی به گیاهان: در حالی که اندازهگیری پارامترهای محیط مانند دما، رطوبت و غیره به ما کمک میکند تا از شرایط گلخانه مطلع شویم، دادههای حاصل از سنسورهای رطوبت خاک و اندازهگیری مواد مغذی نیز برای بهینه سازی مصرف آب و تامین مواد مورد نیاز گیاهان مورد استفاده قرار میگیرد.
- کنترل آفتها و جلوگیری از شیوع بیماریهای گیاهان: آفتها و بیماریهای گیاهی یکی از مهمترین چالشها در حوزه مدیریت گلخانهها محسوب میشود. با استفاده از دادههای جمعآوری شده توسط سنسورهای گلخانه هوشمند میتوانیم به سرعت از اتفاقات گلخانه مطلع شویم و با انجام سمپاشی یا مبارزه بیولوژیکی به موقع از شیوع آفتها و بیماریهای گیاهی به تمامی فضای گلخانه جلوگیری کنیم.
- افزایش امنیت گلخانهها: گلخانههای هوشمند را میتوانیم به تجهیزات امنیتی مختلفی مجهز کنیم تا ورود افراد غیر مجاز به گلخانه را اطلاع دهند. با نصب سنسورهای نشت گاز یا تشخیص دود نیز میتوانیم از اتفاقاتی مانند آتشسوزی یا انفجار جلوگیری کنیم.
معایب گلخانه های هوشمند
هوشمند سازی گلخانه نیز همانند هر فناوری دیگری معایبی نیز دارد که بهتر است پیش از اقدام برای انجام این کار در نظر گرفته شوند. معایب ساخت سیستم کنترل هوشمند گلخانه عبارتند از:
- قیمت گلخانه هوشمند: هزینه مهمترین مانع توسعه گلخانه های هوشمند محسوب میشود. اگرچه با هوشمند سازی گلخانه میتوانیم محصولات با کیفیتتری را با حجم تولید بالاتر به فروش برسانیم و با کاهش هزینه مصرف آب و برق بازگشت تدریجی سرمایه را شاهد باشیم اما هزینه اولیه خرید تجهیزات هوشمند سازی گلخانه میتواند افراد زیادی را از انجام این کار منصرف کند.
- پیچیدگی فنی: نصب، راهاندازی و یکپارچهسازی تجهیزات گلخانه هوشمند میتواند برای افراد معمولی پیچیده و دشوار باشد.
- وابستگی عملکرد گلخانه به فناوری: شرایط محیطی گلخانه های هوشمند توسط تجهیزات پیشرفتهای کنترل میشوند. باید توجه داشته باشیم که تجهیزات بیکیفیت نرخ خرابی بالاتری دارند و وقوع خرابی تجهیزات گلخانه میتواند منجر به آسیب دیدن گیاهان گلخانه شود.
قیمت سیستم هوشمند سازی گلخانه
هزینه هوشمند سازی گلخانه با توجه به ابعاد، ویژگیها و نوع گلخانه میتواند متغیر باشد. گلخانههای بزرگ به تجهیزات بیشتری نیاز دارند و در نتیجه هزینه هوشمند سازی بیشتری نیز در مقایسه با گلخانههای کوچک دارند. نوع و کیفیت تجهیزات مورد استفاده توسط شرکت هوشمند سازی گلخانه، سطح هوشمند سازی گلخانه و هزینه نصب و راهاندازی و خدمات پس از فروش از جمله فاکتورهای موثر در قیمت هوشمند سازی گلخانه محسوب میشوند.
بیشتر بخوانید: خانه هوشمند چیست + بررسی امکانات ساختمان هوشمند
نحوه طراحی و ساخت گلخانه هوشمند
برای طراحی و اجرای پروژه هوشمند سازی گلخانه باید عوامل مختلفی در نظر گرفته شوند تا گلخانه کمترین هزینه و بیشترین بازدهی را داشته باشد. در زمان طراحی گلخانه هوشمند باید اصول مربوط به طراحی گلخانه، استانداردهای هر کشور برای طراحی و ساخت سازه گلخانه، آب و هوای منطقه، محدویتهای اقلیمی و محدودیت فضای در دسترس برای احداث گلخانه لحاظ شوند.
پس از طراحی نوبت به مرحله اجرای گلخانه میرسد که نصب اسکلت اصلی گلخانه، نصب پوشش گلخانه را شامل میگردد. نصب تجهیزات گلخانه شامل انواع سنسورها و سیستمهای کنترل گلخانه پس از مرحله احداث انجام میشود. انواع گلخانه های هوشمند عبارتند از:
گلخانه هوشمند با AVR
برای کنترل خودکار شرایط گلخانه میتوانیم از یک میکروکنترلر استفاده کنیم. خانواده میکروکنترلرهای AVR یکی از ابزارهای اثبات شده در این زمینه هستند که برای کنترل متغیرهای مختلفی در صنعت، پروژههای آموزشی، دستگاههای الکترونیکی پیشرفته و غیره مورد استفاده قرار میگیرند.
پروژههای متعددی با استفاده از میکروکنترلر AVR برای تنظیم شرایط محیط گلخانه طراحی و اجرا شدهاند. در این پروژهها سنسورهای مختلف پس از اندازهگیری دما، رطوبت، میزان گاز Co2 و غیره، دادهها را به میکروکنترلر ارسال میکنند. میکروکنترلر بر اساس تنظیمات اعمال شده در کدهای برنامه نویسی، دستورات لازم را به سیستم گرمایش، آبیاری، تهویه و غیره ارسال میکند.
بیشتر بخوانید: موتورخانه هوشمند چیست؛ مزایا و معایب هوشمندسازی موتورخانه
هوشمند سازی گلخانه با PLC
امروزه از PLC به طور گستردهای برای کنترل تجهیزات صنعتی استفاده میشود به طوری که تقریباً در هر واحد تولیدی پیشرفتهای میتوانیم تجهیزاتی را پیدا کنیم که به این سیستم کنترل کننده مجهز شدهاند. با استفاده از PLC میتوانیم دما، نور و سیستم آبیاری را به طور خودکار کنترل کنیم. کنترلر PLC قابلیت برنامهریزی مجدد را دارد؛ بنابراین در صورت تغییر نوع گیاهان گلخانه، امکان استفاده از کدهای برنامهنویسی متفاوت نیز فراهم میشود.
دادههای جمعآوری شده توسط سنسورهای اندازهگیری متغیرهای گلخانه شامل دما، رطوبت و غیره به ورودی PLC ارسال میشوند و خروجی آن نیز به سیستم گرمایش گلخانه، سیستم روشنایی، شیر برقی، فن تهویه و غیره متصل میشوند.
گلخانه هوشمند هیدروپونیک
در روش سنتی گیاهان گلخانه روی خاک کاشته میشوند تا آب و مواد مغذی را از همین طریق جذب کنند اما در روش کشت هیدورپنیک آب و عناصر مورد نیاز گیاهان از طریق محلولهای معدنی به ریشه گیاهان میرسد. گلخانه هوشمند هیدورپنیک با استفاده از سنسورهای مختلف و تجهیزات پیشرفته، شرایط گلخانه را مطابق با نیاز گیاهان تنظیم میکند تا با کمترین هزینه بیشترین بازدهی حاصل شود.
گلخانه هوشمند با آردوینو
آردوینو یک پلتفرم سخت افزاری و نرم افزاری است که در دنیای امروزی برای اجرای انواع پروژههای آموزشی و علمی مورد استفاده قرار میگیرد. این پلتفرم از یک میکرو کنترلر، برد و بوت لودر نرمافزاری تشکیل میشود و با استفاده از نرم افزار IDE قابل برنامهنویسی است.
از آنجایی که آردوینو یک پلتفرم کامل برای کنترل انواع تجهیزات الکترونیکی محسوب میشود، ساخت گلخانه هوشمند با آردوینو به سادگی امکانپذیر است. در این روش، دادههای مربوط به شرایط گلخانه از طریق سنسورهای دما، رطوبت، نور و غیره اندازهگیری میشوند. سپس این دادهها به ورودی آردوینو ارسال میشوند تا پس از پردازش روی نمایشگر نشان داده شده یا دستورات لازم برای کنترل تجهیزات گلخانه بر اساس تنظیمات اعمال شده در کد برنامه نویسی ارسال شوند.
بیشتر بخوانید: انبار هوشمند؛ بررسی امکانات و مزایای انبارداری هوشمند
گلخانه های هوشمند در ایران
ایران در نقطهای از جهان قرار گرفته که میتواند محصولات مختلف کشاورزی و گلخانهای را تولید کرده و به کشورهای مختلف جهان صادر کند. با این وجود، کمبود منابع آبی و خشکسالیهای چند سال اخیر کشاورزان، باغداران و گلخانهداران را با محدودیتهای مختلفی مواجه کرده است. گلخانه های هوشمند مصرف آب را به مقدار مورد نیاز گیاه کاهش میدهند و اتلاف آب را به حداقل مقدار ممکن میرسانند؛ به همین دلیل هوشمند سازی گلخانهها در ایران اهمیت زیادی دارد.
با ایجاد گلخانه های هوشمند متعدد در سراسر کشور میتوانیم در زمینه تولید محصولات کشاورزی مختلف به خودکفایی برسیم. مضاف بر این، محصولات کشاورزی هوشمند در مقایسه با روش سنتی از نظر کیفیت و کمیت نیز برتری دارند.
پاسخ به پرسشهای متداول
آیا ساخت گلخانه هوشمند هزینه بالایی میخواهد؟
قیمت سیستم هوشمند گلخانه به فاکتورهای مختلفی شامل تعداد، نوع و برند تجهیزات مورد استفاده بستگی دارد. اگرچه خرید سیستم هوشمند گلخانه مستلزم صرف هزینه بیشتری در مقایسه با راهاندازی گلخانههای سنتی است، اما به دلیل افزایش سرعت رشد گیاهان، حجم تولید و کیفیت محصولات، کاهش اتلاف آب و انرژی هزینه هوشمند سازی گلخانه در طول زمان به جیب گلخانهداران باز میگردد.
چه فناوریهایی در گلخانه های هوشمند استفاده میشود؟
انواع سنسورهای اندازهگیری شرایط محیط شامل سنسور رطوبت خاک، دما، نور و غیره، سیستم کنترل روشنایی هوشمند، فناوری اینترنت اشیاء برای اتصال تجهیزات مختلف و سیستم آبیاری هوشمند از جمله فناوریهایی هستند که در سیستم گلخانه های هوشمند مورد استفاده قرار میگیرند.
آیا استفاده از گلخانه های هوشمند برای محیط زیست مفید است؟
استفاده از سیستم های کنترل هوشمند گلخانه موجب کاهش اتلاف آب و انرژی میشود؛ بنابراین گلخانه های هوشمند تاثیرات منفی کمتری روی محیط زیست دارند.
آیا گلخانه هوشمند به بهبود کیفیت محصولات کمک میکند؟
در گلخانه هوشمند تمامی شرایط محیط با دقت بیشتری نسبت به گلخانههای سنتی و به طور خودکار کنترل میشوند. در این سیستم، دما، رطوبت، مواد مغذی خاک، روشنایی و تهویه طوری تنظیم میشوند تا محصولات گلخانه رشد سریعتر و کیفیت بالاتری داشته باشند.
چگونه سیستم کنترل محیطی در گلخانههای هوشمند کار میکند؟
سیستم کنترل محیطی با استفاده از سنسورها برای اندازهگیری عوامل مانند دما، رطوبت، نور و دیگر پارامترهای محیطی، اطلاعات را جمعآوری کرده و با تحلیل دادهها، اقدامات اتوماتیکی را انجام میدهد تا شرایط محیطی بهینه برای رشد گیاهان فراهم شود.
آیا گلخانه هوشمند میتواند به کاهش مصرف انرژی کمک کند؟
بله، گلخانه هوشمند با استفاده از اتوماسیون و بهینهسازی فرآیندها میتواند به کاهش مصرف انرژی منجر شود، مانند استفاده از سیستمهای نوردهی هوشمند، کنترل هوادهی، و مدیریت بهینه انرژی.
آیا گلخانه هوشمند قابلیت کنترل از راه دور را دارد؟
بله، بسیاری از گلخانههای هوشمند امکان کنترل از راه دور را فراهم میکنند، به این ترتیب که کشاورزان میتوانند از طریق اینترنت به سیستم کنترل محیطی دسترسی داشته باشند و تغییرات لازم را اعمال کنند.
بیشتر بخوانید: آموزش هوشمند سازی ساختمان | دوره آموزش خانه هوشمند
جمعبندی
ساخت گلخانه هوشمند جهش بزرگی در جهت افزایش کارایی و بازدهی صنعت گلخانهداری محسوب میشود. افزایش بهرهوری گلخانهها با تنظیم شرایط محیط مطابق با نیاز گیاهان، کاهش هزینه، امکان اعمال تنظیمات خودکار و کنترل شرایط محیط از راه دور و دسترسی به دادههای گلخانه در هر لحظه از جمله مزایایی هستند که استفاده از اتوماسیون گلخانه هوشمند به همراه دارد.
از آنجایی که انسانها در طی زمان و به تدریج روشهای قدیمی و ناکارآمد را کنار میگذارند و به استفاده از روشهای بهینه رو میآورند، انتظار میرود که در آینده گلخانه های هوشمند، سهم بزرگی از تولید محصولات گلخانهای داشته باشند.
