ما هو الدفيئة الذكية؟
نظام الدفيئة الذكي هو في الأساس دفيئة عادية مزودة بمجموعة من أجهزة الاستشعار ومعدات التحكم المتقدمة في الدفيئة للحفاظ على العوامل المؤثرة على نمو النباتات، بما في ذلك الحرارة والرطوبة والضوء، في المستوى الأمثل. إن ذكاء الدفيئة يجعل النباتات تنمو بشكل أسرع ومن الممكن حصاد المزيد من المحاصيل في وقت أقصر.
في هذه التكنولوجيا، يتم استخدام البيانات المجمعة من أجهزة الاستشعار المثبتة في البيوت الزجاجية الذكية للتحكم تلقائيًا في مناخ البيت الزجاجي. على سبيل المثال، يتم استخدام البيانات التي يتم جمعها بواسطة أجهزة استشعار درجة الحرارة والرطوبة للتحكم في مناخ الدفيئة، كما يوفر نظام التهوية التلقائي تدفق الهواء الأمثل للدفيئة. في البيوت الزجاجية تحت الأرض التي لا يمكنها الوصول إلى ضوء الشمس، يمكن لنظام الإضاءة الذكي للدفيئة ضبط شدة الضوء ومدته تلقائيًا لمحاكاة ضوء الشمس.
ميزات وميزات الدفيئة الذكية
توفر لنا الدفيئة الذكية العديد من الميزات والمرافق التي تعمل معًا على خلق بيئة محكمة ومثالية لنمو النباتات. وباستخدام هذه المرافق، يتم زيادة كفاءة الدفيئة وجودة المنتجات وتقليل التكلفة أو الاعتماد على الطاقة البشرية. أهم مميزات الدفيئة الذكية هي:
التحكم الآلي في درجة الحرارة والرطوبة والإضاءة ومستوى غاز ثاني أكسيد الكربون في الدفيئة
الري الذكي للدفيئة يعتمد على ظروف التربة وكمية الرطوبة التي تحتاجها النباتات
التحكم الآلي في إضاءة الدفيئة وإمكانية زراعة النباتات على مدار السنة
إمكانية المراقبة والتحكم عن بعد في معدات الدفيئة
الوصول إلى بيانات الاحتباس الحراري في أي لحظة والقدرة على اتخاذ القرارات في الوقت المناسب
الاستخدام الأمثل للمياه والطاقة بناء على احتياجات النباتات
إخطار المشغل بحدوث ظروف حرجة مثل تقلبات درجات الحرارة وانقطاع التيار الكهربائي وتعطل المعدات
Greenhouse Smart Equipment
يتم تصميم الدفيئات الذكية باستخدام أجهزة مختلفة تم تصنيعها لمراقبة ظروف الدفيئة والتحكم فيها. تؤثر الظروف البيئية مثل درجة الحرارة والرطوبة ومستوى ثاني أكسيد الكربون والضوء وغيرها بشكل مباشر على نمو النباتات وكمية المحصول، وتساعدنا هذه المعدات في التحكم في ظروف الدفيئة تلقائيًا دون الحاجة إلى تدخل بشري. أهم المعدات المستخدمة لجعل الدفيئة ذكية هي:
حساس الرطوبة: يستخدم حساس الرطوبة لقياس كمية الرطوبة في الدفيئة ومن ثم ضبط هذا العامل بناء على احتياجات نباتات الدفيئة.
معدات التحكم في درجة الحرارة: درجة حرارة الدفيئة لها تأثير كبير على الحفاظ على صحة النباتات وكذلك نمو النباتات. يتم التحكم في درجة حرارة البيت الزجاجي الذكي من خلال منظم حرارة ذكي. إذا تجاوزت درجة حرارة الدفيئة القيمة المسموح بها أو انخفضت درجة حرارة الدفيئة عن الحد المسموح به، يقوم منظم الحرارة الذكي باكتشاف هذه التغيرات ويرفع درجة الحرارة إلى النطاق المسموح به.
معدات التحكم في الإضاءة: يوفر نظام الإضاءة الذكي الضوء اللازم لنمو النبات بناءً على خصائص كل نبات. يساعدنا هذا النظام على تزويد النباتات بكثافة الضوء ومدة الإشعاع والطيف الضوئي بناءً على احتياجاتها؛ ولذلك يمكن إنشاء بيوت بلاستيكية متعددة الطوابق وبيوت بلاستيكية تحت الأرض دون الحاجة لأشعة الشمس وبأقل استهلاك للطاقة. حساس غاز ثاني أكسيد الكربون: يقوم هذا الحساس الذكي بقياس كمية غاز ثاني أكسيد الكربون في الهواء. إذا انخفضت أو زادت كمية ثاني أكسيد الكربون في الهواء، فسيتم إعلامك بذلك. من الممكن أيضًا ضبط نظام التهوية بناءً على بيانات مستشعر ثاني أكسيد الكربون في الهواء الدفيئة. نظام مراقبة ومراقبة مغذيات التربة: تساعدنا مستشعرات قياس مغذيات التربة على معرفة وجود العناصر التي تحتاجها النباتات، مثل مستوى النيتروجين والبوتاسيوم والفوسفور وغيرها؛ ولذلك يمكننا إجراء التسميد بناءً على العناصر الموجودة في التربة واحتياجات النباتات بشكل أكثر دقة. معدات الري الذكية: يقوم نظام الري الذكي بضبط كمية المياه المستخدمة ووقت الري بناءً على بيانات أجهزة الاستشعار المختلفة مثل مستشعر رطوبة التربة؛ لذلك، بينما تحصل النباتات على كمية كافية من الماء، يتم أيضًا منع هدر المياه.
فوائد الدفيئة الذكية
للبيوت البلاستيكية الذكية عدة مميزات تبرر تنفيذ هذه الخطة بشكل كامل من الناحية الاقتصادية مما يسهل إدارة البيوت البلاستيكية ويحسن جودة المنتجات. ومن أهم مميزات البيوت الزجاجية الذكية ما يلي:
الوصول إلى بيانات الدفيئة في أي وقت: يتم تركيب أجهزة استشعار مختلفة في جميع أنحاء الدفيئة لقياس بيانات الدفيئة بما في ذلك درجة الحرارة والرطوبة وثاني أكسيد الكربون والإضاءة وما إلى ذلك. وباستخدام هذه البيانات، يتم توفير إمكانية التحكم الدقيق والآلي في ظروف الدفيئة بناءً على خصائص كل نبات.
زيادة الإنتاجية في سقي وتسميد النباتات: بينما يساعدنا قياس المعلمات البيئية مثل درجة الحرارة والرطوبة وما إلى ذلك على معرفة ظروف الدفيئة، فإن البيانات المستمدة من أجهزة استشعار رطوبة التربة وقياس العناصر الغذائية تساعد أيضًا على تحسين استهلاك المياه وإمدادات المواد اللازمة بواسطة النباتات المستخدمة.
مكافحة الآفات ومنع انتشار الأمراض النباتية: تعتبر الآفات والأمراض النباتية من أهم التحديات في مجال إدارة البيوت المحمية. باستخدام البيانات التي تم جمعها بواسطة أجهزة استشعار الدفيئة الذكية، يمكننا معرفة ما يحدث في الدفيئة بسرعة ومنع انتشار الآفات والأمراض النباتية إلى مساحة الدفيئة بأكملها عن طريق إجراء الرش أو المكافحة البيولوجية في الوقت المناسب.
زيادة أمن الدفيئات الزراعية: يمكن تجهيز الدفيئات الذكية بأجهزة أمنية مختلفة لتنبيه الأشخاص غير المصرح لهم بدخول الدفيئات. ومن خلال تركيب أجهزة استشعار لتسرب الغاز أو أجهزة كشف الدخان، يمكننا أيضًا منع وقوع حوادث مثل الحريق أو الانفجار.
كيفية تصميم وبناء دفيئة ذكية
لتصميم وتنفيذ مشروع الدفيئة الذكية، يجب مراعاة عوامل مختلفة حتى تكون الدفيئة أقل تكلفة وأعلى كفاءة. عند تصميم الدفيئة الذكية، يجب مراعاة مبادئ تصميم الدفيئة ومعايير كل دولة لتصميم وبناء هيكل الدفيئة ومناخ المنطقة والقيود المناخية ومحدودية المساحة المتاحة لبناء الدفيئة. وينبغي أن تؤخذ في الاعتبار الدفيئة.
بعد التصميم يأتي وقت تنفيذ البيت الزجاجي والذي يتضمن تركيب الإطار الرئيسي للبيت الزجاجي وتركيب غطاء البيت الزجاجي. يتم تركيب معدات الدفيئة، بما في ذلك جميع أنواع أجهزة الاستشعار وأنظمة التحكم في الدفيئة، بعد مرحلة البناء. أنواع الدفيئات الذكية هي:
الدفيئة الذكية مع AVR
يمكننا استخدام متحكم دقيق للتحكم تلقائيًا في ظروف الدفيئة. تعتبر عائلة المتحكمات الدقيقة AVR إحدى الأدوات المثبتة في هذا المجال، والتي تستخدم للتحكم في المتغيرات المختلفة في الصناعة والمشاريع التعليمية والأجهزة الإلكترونية المتقدمة وغيرها.
Greenhouse Smart with PLC
اليوم، يتم استخدام PLC على نطاق واسع للتحكم في المعدات الصناعية، بحيث يمكننا العثور في كل وحدة إنتاج متقدمة تقريبًا على معدات مجهزة بنظام التحكم هذا. باستخدام PLC يمكننا التحكم في درجة الحرارة والضوء ونظام الري تلقائيا. وحدة التحكم PLC قابلة لإعادة البرمجة؛ ولذلك في حالة تغيير نوع النباتات الدفيئة من الممكن استخدام أكواد برمجة مختلفة.
الدفيئة المائية
في الطريقة التقليدية يتم زراعة النباتات الدفيئة على التربة لتمتص الماء والعناصر الغذائية بهذه الطريقة، أما في طريقة الزراعة المائية فإن الماء والعناصر التي تحتاجها النباتات تصل إلى جذور النباتات عن طريق المحاليل المعدنية. باستخدام أجهزة استشعار مختلفة ومعدات متطورة، تقوم الدفيئة المائية الذكية بضبط ظروف الدفيئة وفقًا لاحتياجات النباتات لتحقيق أعلى كفاءة بأقل تكلفة.
الدفيئة الذكية مع Arduino
أردوينو عبارة عن منصة أجهزة وبرمجيات تستخدم في عالم اليوم لتنفيذ مشاريع تعليمية وعلمية مختلفة. تتكون هذه المنصة من وحدة تحكم دقيقة ولوحة ومحمل إقلاع ويمكن برمجتها باستخدام برنامج IDE.
