کشاورزی هوشمند و طراحی سیستم‌های آبیاری مدرن

مقدمه

کشاورزی دقیق

کشاورزی دقیق به استفاده از فناوری‌های پیشرفته برای مدیریت و بهینه‌سازی فعالیت‌های کشاورزی اشاره دارد. این فناوری‌ها شامل سیستم‌های آبیاری پیشرفته، سنجش و کنترل از راه دور پارامترهای محیط، و تحلیل داده‌های کشاورزی هستند، که به کشاورزان کمک می‌کنند تا منابع را به بهترین شکل مدیریت کرده و تولید را بهبود ببخشند.

مزایای کشاورزی دقیق

  • کاهش مصرف آب
  • افزایش بهره‌وری محصول
  • جمع‌آوری داده‌های واقعی و اطلاعات مفید
  • کاهش هزینه‌های عملیاتی
  • بهبود کیفیت محصول
  • ارزیابی دقیق زمین‌های کشاورزی
  • نظارت و کنترل از راه دور
  • کمک به تصمیم‌گیری آگاهانه،کاهش وابستگی به نیروی انسانی

اجزای اصلی کشاورزی دقیق با رویکرد آبیاری و نهاده

کنترلر مرکزی (کنترلر هوشمند)

سخت افزار مرکز نمایش، کنترل و مرجع تصمیم­گیری کلیه پارامترهای مزرعه می­باشد. این سخت­­افزار با تمام اجزای کشاورزی دقیق از جمله اینورتر، ماژول­های کنترل از راه دور، حسگرها، نرم­افزار، سیستم فیلتراسیون و ماشین­های تزریق کود به صورت بی‌سیم یا با سیم ارتباط دارد. تنظیم زمان و میزان آبیاری را بر اساس داده‌های مختلف دریافتی از حسگرها را بر عهده دارد. کنترلرها معمولاً از طریق اپلیکیشن موبایل یا کامپیوتر کنترل می‌شوند.

کنترل مرکزی - کشاورزی هوشمند

نرم ­افزارهای مدیریتی

وب اپلیکیشن جامع مانیتورینگ و کنترل امکان تنظیم و نظارت بر برنامه‌های آبیاری را فراهم می‌کند و از طریق پنل وب قابل دسترسی است. شرکت پتواز با در اختیار داشتن دانش برنامه‌نویسی اپلیکیشن تحت وب برای این منظور ایجاد نموده است تا امکان نظارت بر کنترلرها از راه دور، تنها با تلفن همراه وجود داشته باشد. دسترسی به این نسخه تحت وب از طریق آدرس Patvaz.net امکان‌پذیر می‌باشد. از طریق این وب اپلیکیشن می­توان در هر زمان برنامه آبیاری و شیفت­بندی­ها را حتی از راه دور تغییر داد.

مانیتورینگ - نرم افزار- هوشمند
دیتا - اینترنت اشیا - کشاورزی

ماژول­ های IOT

ماژول­های اینترنت اشیاء سخت افزار مخابراتی بین سنسورها و عملگرها (شیرهای برقی) می­باشند و ارتباط با دستگاه کنترلر مرکزی را به صورت بی­سیم با شبکه محلی LoRa یا GSM به منظور ارسال اطلاعات سنسورها بر قرار می­کند و تأمین انرژی لازم برای شیر برقی­ها را نیز فراهم می­آورد.

نصب اینورتر

شیر برقی

این شیرها انرژی لازم برای باز و بسته شدن دیافراگم لاستیکی را از فشار شبکه تأمین می­نمایند و با یک پالس کوچک الکتریکی مسیر آب را از حالت باز به بسته و بالعکس تغییر می­دهند.

ویژگی­ها:

  • عملکرد و نگهداری آسان با ساختار ساده
  • کاهش هزینه­ها
  • قابلیت عملکرد در محدوده گسترده فشار
  • کنترل و تنظیم دقیق حتی در دبی­های پایین
  • دیافراگم انعطاف­پذیر برای باز و بسته شدن بدون ضربه
  • طول عمر مفید زیاد به دلیل عدم وجود یاتاقان، بوش و شفت در بدنه شیر
  • آب­بندی کامل با دیافراگم تقویت شده و فنر داخلی
  • قابلیت کنترل گسترده با انواع شیرهای پایلوت مختلف
  • امکان عملکرد در موقعیت­های افقی و عمودی در محیط­های کاربردی
  • دسترسی به برندهای مختلف ایرانی، اروپایی و ترک

حسگرها

حسگر رطوبت خاک (TDR و بلوک گچی):

میزان رطوبت خاک را اندازه‌گیری می‌کند و به کنترلر اطلاعات لازم برای شروع یا توقف آبیاری می‌دهد.

حسگرهای آب و هوا (سیستم هواشناسی):

اطلاعات مربوط به دما، بارندگی، باد و تابش خورشید را جمع‌آوری کرده و به کنترلر ارسال می‌کنند.

سنسور آب:

این سنسورها به اندازه‌گیری PH و EC آب برای آبیاری هدفمند و درست می­پردازند؛ چرا که آب مناسب ارتباط مستقیم با کیفیت محصولات دارد.

سنسورهای گیاه (دندرومتر):

این سنسورها به عنوان حسگرهای جابجایی با دقت بالا عمل می‌کنند و از طریق آن‌ها می‌توان انبساط و انقباض تنه یا ساقه را اندازه‌گیری کرد. این سنسورها برای پیگیری رشد صحیح ساقه بسیار مفید هستند و با بررسی دامنه نوسانات، به طور فوری میزان تنش آبی را که به گیاه وارد می‌شود نشان می‌دهند.

ماژول¬های IOT اطلاعات این سنسورها را به دستگاه کنترلر مرکزی ارسال می¬کند.

اینورتر (VFD)

موجب راه اندازی موتور به صورت نرم و هموار، تا رسیدن به جریان و دور نامی می­گردد .امکان کنترل سرعت و دبی را به صورت دستی و خودکار، دارد. به عبارت دیگر به تناسب نیاز آبیاری هر شیفت، از طریق دستگاه کنترل مرکزی، دبی لازم برای آن شیفت را با کنترل دور موتور تأمین می­کند. محافظت کامل از موتور در کل طول کارکرد انجام می­دهد. با کنترل کامل گشتاور، ولتاژ و سرعت باعث افزایش طول عمر تجهیزات و کاهش هزینه­های نگهداری موتور و کلیه متعلقات می­گردد. اینورترها از دستگاه کنترل مرکزی به صورت با سیم فرمان می­گیرند. همچنین دارای ماژول IOT می­باشد و قابلیت کنترل عملکرد چاه و مانیتور چاه­ها را نیز دارد.

سیستم اسکادا:

سامانه سرپرستی و گردآوری داده یا اسکادا (SCADA: Supervisory Control And Data Acquisition) یک سیستم کنترلی است که از رایانه‌ها، ارتباط داده شبکه‌ای و رابط‌ کاربری گرافیکی استفاده می‌کند تا فرآیندهای نظارتی را مدیریت کند، اما برای ارتباط برقرار کردن با ماشین‌آلات از دیگر وسایل جانبی از قبیل پی‌ال‌سی یا کنترل‌کننده‌های پی‌آی‌دی گسسته استفاده می­نماید. در بحث کشاورزی، سیستم اسکادا به سیستم پمپاژ و مخازن اطلاق می­شود از سیستم اسکادا برای مانتیورینگ، حفاظت، هوشمندسازی منطقه­ای، هوشمندسازی جامع، آلارمینگ، اوپراتوری، راهبری و مدیریت شبکه آبرسانی استفاده می­شود.

از آنجایی که ثابت نگه داشتن سطح مخزن، خاموش و روشن شدن به موقع پمپ و در دست داشتن اطلاعات مربوط به مخزن از جمله حجم آن از موارد حائز اهمیت در سیستم پمپاژ است، لذا به کارگیری اسکادا به ارتباط بین چاه، پمپ، مخزن و پمپاژ ثانویه کمک شایانی خواهد کرد.

اسکادا - اسپانیا - کشاورزی مدرن

سیستم فیلتراسیون

وظیفه حذف ذرات معلق و ناخالصی‌های موجود در آب را دارد تا از انسداد نازل‌ها و آسیب به پمپ‌ها جلوگیری شود. فیلترها به حفظ عملکرد بهینه سیستم کمک می‌کنند. سیستم فیلتراسیون در سامانه آبیاری یک افت فشار ایجاد می­کند، اما زمانی که گرفتگی در این سیستم صورت گیرد این افت فشار بیشتر شده و هنگامی که اختلاف فشار از یک محدود­ه­ای بیشتر گردد، در صورت وجود شیر برقی و ماژول IOT در سیستم فیلتراسیون به صورت هوشمند بک واش برای از بین بردن گرفتگی­ها انجام خواهد شد. همچنین اگر اینورتر نیز وجود داشته باشد با فشار بالاتری که برای انجام بک واش نیاز است، این اقدام انجام خواهد گرفت. کنترلر مرکزی با این سیستم به صورت با سیم ارتباط دارد.

ماشین تزریق کود

به دلیل اینکه یک سوم هزینه‌های کشاورزی به تأمین کود و نهاده‌ها اختصاص می‌یابد، این موضوع به عنوان یکی از مهم‌ترین عوامل در بهبود عملکرد و بهره‌وری در کشاورزی مطرح است. ماشین‌های تزریق کود به طور گسترده‌ای در فرآیند کوددهی و کشاورزی دقیق به کار می‌روند و قابلیت دستیابی به آبیاری و کوددهی دقیق را فراهم می‌کنند. این سیستم‌ می‌توانند به طور مؤثری در مصرف آب، کود و نیروی کار صرفه‌جویی کنند و به افزایش عملکرد محصولات کمک نمایند.

در این سیستم‌، هر مخزن مربوط به نوع خاصی از کود می‌باشد که مجهز به یک فلومتر بوده تا میزان دقیق کود مورد نیاز برای هر شیفت آبیاری را اندازه‌گیری نماید. سپس تمامی کودها و اسیدهای لازم برای هر قطعه زراعی در یک لوله کلکتور تجمیع می‌شوند و برای تزریق آماده می‌گردند. شایان ذکر است که این سیستم با کنترلر مرکزی به‌صورت سیمی ارتباط دارد که امکان نظارت و مدیریت بهینه بر فرآیند تزریق و آبیاری را فراهم می‌آورد.