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.
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.
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.
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.