Способ и система выращивания растений в управляемых условиях Российский патент 2023 года по МПК A01G31/02 A01G9/24 

Область техники, к которой относится изобретение

Настоящее изобретение относится к способам и устройствам управления выращиванием растений в управляемых условиях, обеспечиваемых управляемой системой выращивания, а более конкретно – к интеллектуальному управлению выращиванием, в том числе с использованием получения информации путем считывания индивидуальной, визуально распознаваемой машиночитаемой маркировки, содержащейся на объектах системы.

Предыдущий уровень техники

Интеллектуальное управление выращиванием растений стало актуальной темой в области сельского хозяйства, для которой люди сделали много технологических усовершенствований и приложили много усилий.

Наиболее распространенное интеллектуальное выращивание представляет собой, в частности, автоматическую систему полива, обслуживающую независимых пользователей в условиях естественного освещения. Величина расхода воды полива и временной интервал основаны на приблизительной оценке.

В публикации патентной заявки Китая CN 102550371А представлена автоматическая система и способ управления орошением для производственного модуля или усадьбы с использованием возможностей Интернета вещей, которая состоит из системы управления, регионального узла, датчика температуры и влажности почвы и терминала для орошения дождеванием. В этой технологии отслеживают два индикатора температуры и влажности, и решение о поливе принимается согласно двум индикаторам, т.е. температуры и влажности. Однако величина полива в этом способе основана на заданном пороговом значении или ручном управлении, независимо от видов растений и цикла роста растений. Для окружающей среды рассматриваются только влажность и температура почвы.

В публикации патентной заявки Китая CN 102868749A представлены система облачных сервисов Интернета вещей (IoT) и способ сервисных процессов для земледелия и животноводства. При этом собирают данные о выращивании, затем их посылают в облачный центр и в итоге – в пользовательский терминал. Облачные сервисы включают: сельскохозяйственную информацию, принципы деятельности и нормативные документы, передачу информации, информационный консалтинг, экспертные системы, технические сервисы, сбор данных, мониторинг производства, мониторинг окружающей среды и модуль терминального управления. В технологии существуют следующие проблемы: в ее главных сервисах сбора данных и передачи и получения информации отсутствует управление самим выращиванием с обратной связью; информация проходит в одном направлении, то есть данные о выращивании собирают и посылают в пользовательский терминал. Это означает, что в системе отсутствуют возможности активного интеллектуального регулирования; система обмена данными не учитывает виды растений, жизненный цикл растений и другую информацию.

Известны способ и устройство интеллектуального выращивания, патент РФ № 2688234 (G06Q 10/06 (2012.01)) на изобретение «Способ интеллектуального управления выращиванием и интеллектуальное устройство для выращивания». Способ предусматривает стадию сбора данных, стадию классификации-маркировки и стадию регулирования, причем стадия сбора данных предусматривает:

• сбор информации о выращивании растений и информации об окружающей среде, где расположены устройства для выращивания, и отправку информации в систему обработки данных;

• сбор информации с заданными временными интервалами по меньшей мере об одном условии выращивания из множества условий выращивания и отправку информации об условиях выращивания в систему обработки данных; и

• сбор вегетационно-средовых характеристик растений и отправку вегетационно-средовых характеристик в систему обработки данных;

стадия классификации-маркировки предусматривает:

• в системе обработки данных классификацию на основании информации о выращивании и информации об окружающей среде, оценку в баллах на основании вегетационно-средовых характеристик в устройствах для выращивания и сравнение баллов вегетационно-средовых характеристик множества устройств для выращивания согласно заданным условиям в одной и той же категории, маркировку каждой информации об условиях выращивания устройства для выращивания с высоким баллом вегетационно-средовых характеристик и сохранение маркированной информации об условиях выращивания по каждой категории, относящейся к циклу роста растений;

стадия регулирования предусматривает:

• сравнение текущей информации об условиях выращивания с сохраненной маркированной информацией об условиях выращивания, основанной на информации о выращивании и информации об окружающей среде соответствующего устройства для выращивания, и когда разница между первой и последней превышает пороговое значение, генерирование регулирующих данных на основании сохраненной маркированной информации об условиях выращивания и текущей информации об условиях выращивания; и отправку регулирующих данных в соответствующее устройство для выращивания для выполнения операции регулирования условий выращивания соответствующего устройства для выращивания.

Однако данные способ и устройство для его реализации не позволяют осуществлять управление процессом роста в режиме реального времени в автоматическом или непосредственном режиме с учетом информации об текущих или установленных условиях выращивания растений, что в случае возникновения нестандартных ситуаций не позволяет обеспечить надежность и бесперебойность управления выращиванием растений, а также определять наилучший режим выращивания растений исходя из сведений об условиях выращивания.

Известна система управления условиями выращивания растений (патент РФ № 2776122, дата регистрации 13.07.2022, МПК A01G 25/16 (2006.01), A01G 31/02 (2006.01), A01G 9/24 (2006.01), A01G 27/00 (2006.01)), содержащая по меньшей мере один детектор для измерения свойств окружающей среды, первое (1303) и второе средство обработки данных, причем первое средство обработки данных (1303) выполнено с возможностью:

хранить в памяти заранее определенные данные выращивания, включающие данные по орошению, данные об окружающей среде, данные об урожае, данные о выращиваемой культуре и/или климатические данные, определяющие взаимосвязь между:

многочисленными значениями для одной или нескольких величин из числа температуры, уровня рН, содержания воды, содержания питательных веществ, содержания кислорода в субстрате, температуры воздуха, влажности и уровня освещенности, климатических условий, параметров растения, урожая и состояния посевов; и

множеством желаемых параметров орошения и параметров окружающей среды;

обрабатывать измеренные свойства, принятые от каждого детектора, для получения обработанных свойств субстрата;

предоставлять выходные данные, указывающие на желаемые входные данные выращивания для субстрата для выращивания, на основании обработанных свойств и заранее определенных данных выращивания, причем обработанные свойства и указанные выходные данные образуют обработанные данные; и

вычислять прогнозируемые свойства субстрата на основании обработанных данных;

определять разницу между обработанными свойствами субстрата и прогнозируемыми свойствами субстрата;

причем второе средство обработки данных выполнено с возможностью:

принимать указанную разницу от первого средства обработки данных (1303);

принимать входные данные условия сообщения для выведения сообщения на основании указанной разницы; и выводить сообщение, когда указанная разница удовлетворяет условию сообщения, а также устройства связи.

Однако данная система не позволяет определять конкретные объекты выращивания и устанавливать соответствующие им автоматически управляемые режимы выращивания.

Используемые понятия и определения

Циклограмма выращивания – полное описание параметров окружающей среды, в которой выращиваются растения, на одни сутки. Включает график изменения интенсивности и спектра освещения, график подачи питательного раствора, допустимый диапазон параметров питательного раствора, диапазоны параметров климата (температура, влажность, концентрация CO2). Диапазоны параметров климата могут изменяться в течение суток.

РС1 – управляющий процессор: устройство управления и сбора данных. Получает циклограмму выращивания от PC2, cобирает текущие данные от датчиков Д, сверяет показания датчиков Д с параметрами циклограммы и передает корректирующие команды на исполнительные устройства И, передаёт информацию об отклонениях параметров среды выращивания от циклограммы на PC2, накапливает показания датчиков Д и периодически передаёт их в удаленные устройства РС2.

РС1 может поддерживать жизнеобеспечение системы даже в отсутствие связи с РС2 в достаточно длительный период времени (несколько суток).

Работа РС1 обеспечивается следующими программными средствами:

1. «Программное обеспечение устройства Grolli Air», свидетельство № 2022680076, дата регистрации: 27.10.2022.

Программное обеспечение интеллектуальной метеостанции Grolli Air на основе микроконтроллера ESP32 предназначено для передачи в облачную платформу «Виртуальный агроном» информации о параметрах окружающей среды и управления исполнительными устройствами на основе указаний, поступающих от облачной платформы. ПО фиксирует текущие показания датчиков температуры, влажности и концентрации углекислого газа, выполняет их предварительную обработку и передаёт в облачную платформу по протоколу MQTT через беспроводной сетевой интерфейс. Управляет исполнительными устройствами, в частности: тремя исполнительными реле, двумя широтно-импульсными модуляторами согласно полученному из облака расписанию или на основе показаний датчиков. Язык программирования: С++. Размер исходного кода: 206 килобайт.

2. «Программное обеспечение устройства Grolli Aqua», свидетельство №  2022667738, дата регистрации: 23.09.2022.

Программное обеспечение растворного узла Grolli Aqua на основе микрокомпьютера Raspberry Pi 4B предназначено для взаимодействия с исполнительными устройствами, в частности устройствами растворного узла (насосами, клапанами, датчиками), для обеспечения заданных условий выращивания сельскохозяйственных культур. ПО управляет работой и спектром светильников в соответствии с расписанием, подготовкой и подачей питательного раствора с заданными параметрами. Получает параметры выращивания из облачной платформы «Виртуальный агроном» и передает информацию о текущем режиме работы, показаниях датчиков и возникающих проблемах, а также данные для видеоаналитики в облачную платформу и на мобильное приложение. Для управления исполнительными устройствами применяется микроконтроллер на платформе ATMega, который взаимодействует с микрокомпьютером Raspberri Pi по последовательному интерфейсу. Языки программирования: С# (микрокомпьютер Raspberry Pi) и С (микроконтроллер ATmega). Размер исходного кода: 1380 килобайт.

Фаза развития – период времени известной длительности, в котором для оптимального роста растений известной сельскохозяйственной культуры требуются известные постоянные условия.

Модуль выращивания - это совокупность PC1, связанного с ним оборудования и физических объектов, предназначенных для выращивания растений. В каждый момент времени модуль выращивания обеспечивает одни условия выращивания растений. В модуле выращивания растения размещены не менее чем на одной полке.

Пользователь (Оператор) – лицо, осуществляющее контроль и управление системой.

РС2 – облачный сервер: удаленное устройство регулирования и хранения информации. Содержит базу данных (БД) со следующей информацией:

• данными об оптимальных циклограммах выращивания для всех фаз развития всех сельскохозяйственных культур. Имеются подвиды фаз выращивания: лечение, ускоренное выращивание и др. Эта информация пополняется экспертами;

• данными о выращиваемых в настоящий момент культурах и расписании фаз выращивания для всех модулей выращивания. Эту информацию обновляет PC2;

• историей показания датчиков Д всех подключенных PC1.

Отправляет циклограммы выращивания на PC1, принимает от РС1 показания датчиков Д и информацию об отклонениях параметров среды выращивания от циклограммы, подаёт сигналы об отклонениях параметров среды выращивания от циклограммы и указания пользователю на мобильный терминал РС3, сохраняет историю показаний датчиков Д в базе данных.

Работа облачного сервера РС2 обеспечивается программными средствами облачной платформы «Виртуальный агроном», свидетельство № 2022668227, дата регистрации: 04.10.2022.

Облачная платформа «Виртуальный агроном» представляет собой масштабируемое серверное программное обеспечение, работающее в облаках Yandex Cloud. Предназначено для управления базой данных цифровых двойников вертикальных ферм и входящих в их состав устройств. Обеспечивает сбор информации от датчиков контроля о состоянии устройств и обновление цифровых двойников. Предоставляет программный интерфейс для управления конфигурациями ферм и параметрами выращивания авторизованными пользователями и надёжную передачу этой информации исполняющим устройствами. Отслеживает режимы работы и телеметрию устройств и формирует записи о нештатных ситуациях и плановых задачах в БД цифровых двойников. Написано на языках программирования C# (серверная составляющая) и JavaScript (страницы для отображения телеметрии и состояния устройств). Размер исходного кода: 919 килобайт.

Объекты среды выращивания – семена выращиваемых культур; удобрения, пестициды, фунгициды, помещенные в соответствующие емкости; емкости с различными питательными и защитными составами; элементы инженерных систем, включающие стеллажи, поддоны с растениями, сменные фильтры и т.п., которые или упаковки которых снабжены считываемыми электронными метками.

Метки – идентификаторы, штрих-коды и аналогичные элементы, которые могут быть прикреплены к поверхности объекта контроля или встроены в него, информация с которых считывается с помощью устройства-считывателя, в частности контактного, лазерного, 2D-сканера. Кроме того, метки могут дополнительно содержать визуально определяемую информацию об объекте.

РС3 – терминал дистанционного управления или устройство дистанционного управления. PC3 по команде пользователя передает PC2 указания о начале выращивания. PC3 получает от PC2 и показывает пользователю действия, которые нужно выполнить над физическими объектами фермы, информацию о показаниях датчиков Д и сообщает о выходе показаний за пределы параметров циклограммы. Считывает и распознаёт визуальные метки, такие как QR- или штрих-коды.

Работа терминала дистанционного управления РС3 обеспечивается программными средствами мобильного приложения Grolli One, свидетельство № 2022668229, дата регистрации: 04.10.2022.

Мобильное приложение Grolli One для устройств под управлением ОС Android и iOS предназначено для управления вертикальными фермами, подключенными к облачной платформе «Виртуальный агроном». Мобильное приложение выполняет авторизацию пользователя, отображает список доступных пользователю вертикальных ферм, полную информацию об устройствах, входящих в состав ферм, информацию о текущем состоянии и о возникших проблемах и требуемых действиях на ферме. Позволяет пользователю создавать и удалять фермы, добавлять и удалять устройства на фермах, просматривать и изменять параметры выращивания (характеристики питательного раствора, световую и климатическую обстановку), просматривать изображения с установленных на ферме камер, устанавливать право доступа к фермам другим пользователям. Написано на языках программирования C# и XAML с применением технологии Xamarin. Размер исходного кода: 5403 килобайта.

Д – сенсорные устройства, датчики – конструктивно обособленные устройства, содержащие один или несколько первичных измерительных преобразователей, не только выполняющие пассивную роль мониторинга, но и замеряющие характеристики исследуемых факторов в диапазонах, допускающихся их техническими возможностями и требуемыми показателями работы системы выращивания растений методом гидропоники. Например, датчики снятия показателей (контроля) влажности, температуры, кислотности, освещенности, насыщения углекислым газом и др., датчики установки для приготовления питательного раствора.

И – исполнительные устройства. Конструктивно-обособленные устройства, оказывающие влияние на окружающую среду, в которой выращиваются растения. Включают источники освещения с управляемой яркостью и спектром, средства управления температурой, влажностью, уровнем содержания углекислого газа, насосы и клапаны установки для приготовления и подачи питательного раствора.

Режим сохранения растений – режим поддержания жизнедеятельности растений путем использования минимальных средств жизнеобеспечения, например, поливки водой в минимальном объеме.

Историческая информация/данные – информация, собранная за предыдущие периоды времени.

ПО – программное обеспечение.

Технической задачей заявленной группы изобретений является устранение недостатков ближайших аналогов и повышение качества управления процессом роста в режиме реального времени в автоматическом режиме в отношении конкретных объектов выращивания с учетом исторической информации и информации из баз данных о текущих или установленных условиях выращивания растений, включая:

- повышение точности управления исполнительными механизмами;

- повышение эффективности выращивания за счёт уменьшения влияния ошибок обслуживающего персонала;

- снижение стоимости процесса выращивания за счёт использования обслуживающего персонала без специальных знаний и навыков в области сельского хозяйства;

- повышение эффективности процесса выращивания за счёт более оптимального использования ресурсов;

- повышение эффективности использования ресурсов путем поддержания условий выращивания в соответствии с суточной циклограммой соответствующей фазы выращивания растения, что обеспечивает оптимальные условия выращивания;

- получение и анализ исторических данных об условиях и росте указанных растений за определенные периоды времени;

- минимизация расходов на выращивание растений благодаря получению и анализу данных о процессе выращивания растений в конкретных условиях,

- обеспечение системности выращивания растений на основе имеющихся и накапливаемых данных о процессе роста в зависимости от текущих условий;

- получение данных о росте растений в определенных режимах с целью формирования данных о развитии растений и определения оптимальных условий их выращивания в зависимости от внешних условий при выполнении научно-исследовательских работ.

Все эти технические результаты в совокупности позволяют повысить качество управления процессом роста в режиме реального времени в автоматическом или непосредственно управляемом режиме с учетом исторической информации и информации из баз данных о текущих или установленных условиях выращивания растений.

Раскрытие сущности изобретения

Способ выращивания растений в управляемых условиях контролируемой среды включает посадку, выращивание и уборку растений в управляемой среде, сбор, обработку информации, сопоставление контролируемых показателей среды с заданными условиями выращивания и регулирование выращивания на основе полученных данных, при этом:

- перед посадкой семян при помощи PC3 сканируют метки, содержащиеся на упаковке семян, и направляют данные о семенах на РС2;

- PC2 на основе информации, содержащейся в базе данных, определяет место посадки растения и направляет на PC3 информацию о месте посадки с указанием визуально и машинно-воспринимаемой метки или уведомление о невозможности выращивания данного вида растений вследствие отсутствия свободных мест с требуемыми растением условиями;

- в случае определения места посадки с помощью РС3 проверяют сканированием метку на полке в модуле выращивания; в случае если полка соответствует определенной РС2, выполняют посадку растений, повторно сканируют метку и направляют информацию на РС2 о начале процесса выращивания;

- PC2 актуализирует информацию в базе данных и отправляет на РС1 соответствующего модуля выращивания суточную циклограмму соответствующей фазы выращивания растения;

- датчики Д направляют информацию о состоянии среды выращивания на РС1, РС1 сопоставляет полученные показания с номинальными значениями из циклограммы и в случае необходимости направляет управляющие команды на исполнительные устройства И;

- если исполнение команд от РС1 исполнительными устройствами И не обеспечивает требуемого результата, то PC1 отправляет на PC2 сообщение о необходимости вмешательства пользователя и переходит на режим сохранения растений, PC2 отправляет информацию о проблеме с указанием визуально и машинно-воспринимаемых меток на требующих вмешательства пользователя объектах выращивания на PC3,

- после устранения пользователем причины невозможности поддержания требуемых растениям условий PC1 определяет возврат показания датчиков в соответствующие диапазоны циклограммы, возвращается к выращиванию по циклограмме и передаёт соответствующую информацию РС2;

- PC2 контролирует в соответствии с данными базы данных все установленные фазы выращивания растений для каждого из модулей выращивания;

- по окончании промежуточной фазы выращивания растения на модуле выращивания PC2 отправляет PC1 циклограмму выращивания для следующей фазы;

- по завершении выращивания PC2 отправляет PC3 информацию о необходимости сбора урожая с указанной полки с указанием визуально и машинно-воспринимаемой метки полки;

- по завершении сборки урожая информацию об уборке фиксируют сканированием меток при помощи PC3, полученную информацию PC3 отправляет на PC2, который актуализирует информацию в базе данных.

При этом в случае необходимости перемещения растений между модулями выращивания РC2 отправляет на PC3 информацию с указанием визуально и машинно-воспринимаемых меток исходной и целевой полок, при этом каждое перемещение фиксируют сканированием меток при помощи PC3, а полученную информацию PC3 отправляет на PC2, который актуализирует информацию в базе данных, осуществляя контроль за процессом выращивания и обеспечивая оптимальные условия выращивания.

Контроль и управление всеми действиями пользователя осуществляют на всех фазах и операциях выращивания путем сканирования меток с помощью РС3 и направления информации на РС2, что существенно уменьшает вероятность выполнения оператором ошибочных действий и тем самым повышает эффективность выращивания.

PC1 накапливает в энергонезависимой памяти показания датчиков Д, при этом показания датчиков периодически переносятся в базу данных PC2, что обеспечивает формирование исторических данных выращивания, обуславливая повышение его эффективности и качества.

В случае обнаружения датчиками Д сниженного уровня расходных материалов (например, в канистрах) PC1 отправляет PC2 сообщение о необходимости повышения уровня расходных материалов и переходит на режим сохранения растений до возобновления расходных материалов до установленного уровня, PC2 отправляет информацию о проблеме с указанием визуально и/или машинно-воспринимаемой метки пополняемого ресурса на PC3, после устранения низкого уровня расходных материалов датчики Д направляют на РС1 соответствующую информацию на РС1, передающему ее на РС2, что обеспечивает контроль, эффективность и оптимальные условия выращивания.

PC2 контролирует выполнение установленных фаз выращивания растений для всех модулей по данным базы данных, что повышает эффективность и качество выращивания.

Для реализации заявленного способа и обеспечения указанного технического результата управляемая система выращивания растений в управляемых условиях содержит устройство управления и сбора данных РС1, связанное с удаленным устройством регулирования и хранения информации РС2, датчики мониторинга рабочих параметров системы Д, исполнительные устройства системы И, при этом указанная система выращивания растений состоит из не менее чем одного модуля выращивания растений, каждый из которых связан с РС2, соединенным с устройством дистанционного управления РС3, а каждый модуль выращивания растений содержит устройство управления и сбора данных РС1, объекты среды выращивания снабжены машиночитаемыми метками, что ведет к повышению эффективности использования ресурсов и качества выращивания.

Устройство РС1 содержит энергонезависимую память, выполнено с возможностью принятия, обработки, накопления и хранения информации от одного или более датчиков Д, осуществляющих мониторинг рабочих параметров системы, в частности таких как температура, состав воздуха, интенсивность света, влажность и состав питательного раствора и др., что ведет к повышению эффективности использования ресурсов и качества выращивания.

Устройство РС1 выполнено с возможностью формирования и передачи управляющих команд на исполнительные устройства И согласно актуальной циклограмме, что обеспечивает оптимальные условия выращивания.

Устройство РС1 выполнено с возможностью направления уведомлений на устройство РС2 в случае необходимости выполнения действий пользователем и/или невозможности поддерживать условия выращивания согласно циклограмме.

При этом устройство РС2 выполнено в форме удаленного или облачного сервера, содержащего базу данных номинальных режимов выращивания разных сельскохозяйственных культур, в частности в зависимости от условий выращивания и/или фазы развития растений, включая также температуру, влажность, концентрацию углекислого газа, интенсивность света, проводимость питательного раствора и значение pH, и с возможностью сопоставления полученной информации с номинальными режимами, на основании чего направляются корректирующие данные на устройство РС1 с возможностью направления уведомления на устройство РС3, и/или электронную почту, и/или иное приемное устройство в случае выхода полученной от РС1 сопоставленной информации за границы номинальных значений.

Устройство РС2 содержит базу данных оптимальных циклограмм выращивания для всех фаз развития определенных сельскохозяйственных культур, включая график изменения интенсивности и спектра освещения, график подачи питательного раствора, допустимый диапазон параметров питательного раствора, диапазоны параметров климата (температура, влажность, концентрация CO2), и выполнено с возможностью приёма от PC3 указаний пользователя о начале выращивания и отслеживания расписания выращивания, на основании чего направляется циклограмма на устройство РС1.

Устройство РС2 выполнено с возможностью направления уведомлений на устройство РС3, и/или электронную почту, и/или иное приемное устройство в случае необходимости действий пользователя согласно расписанию выращивания и в случае получения от РС1 уведомления о необходимости действий пользователя, и/или невозможности поддерживать требуемые циклограммой условия выращивания, что способствует повышению качества контроля за процессом выращивания.

Устройство РС3 выполнено с возможностью получения, представления от РС2 информации о рабочих параметрах системы, в частности таких как температура, состав воздуха, интенсивность света, влажность и частота дозирования питательных веществ, получения уведомления от устройства РС2 о необходимости действий пользователя и/или невозможности поддерживать требуемые циклограммой условия выращивания. При этом удаленное устройство РС2 связано с устройством РС1 и с устройством РС3 через модуль связи (дистанционно).

Устройство РС3 выполнено с возможностью:

- демонстрации пользователю пошаговой инструкции по взаимодействию с объектами среды выращивания;

- считывания и распознавания специальных визуальных машинно-считываемых меток (QR-код, штрих-код) и передачи информации на РС2, что уменьшает вероятность ошибок персонала и ведёт к повышению процесса качества выращивания.

Устройство дистанционного управления РС3 связано или включает терминал пользователя.

Система выращивания растений отличается тем, что каждый из объектов среды выращивания маркирован визуально и/или машиночитаемой меткой (QR-кодом, штрих-кодом и другими аналогичными устройствами контроля и информации), а воздействие на объекты контролируемой среды выращивания осуществляют на основе информации, содержащейся на установленной на объекте электронной метке, считывание которой осуществляют устройством PC3, при этом полученная информация передается на РС2, где информация сопоставляется с имеющимися данными, на основании чего формируются и подаются команды на РС1 и информация на РС3, что уменьшает вероятность ошибочных действий персонала, снижает требования к квалификации персонала, способствует повышению эффективности использования ресурсов и качества выращивания.

В случае выявления неверной метки – не соответствующей выполняемому шагу/действию – происходит звуковая или визуальная индикация с демонстрацией инструкции о выполнении правильного действия. В случае верной метки PC3 сообщает PC2 об успешном выполнении действия. PC2 использует эту информацию для формирования корректирующих команд для PC1, что ведет к уменьшению вероятности ошибочных действий персонала, повышению эффективности и качества выращивания.

Ключевым моментом заявленного способа является то, что при необходимости выполнения действий, которые физически не могут выполнить устройства И, например смена канистры с концентратом питательного раствора, команды в форме пошаговой инструкции передаются человеку через PC3, а обратная связь с контролем правильности выполнения осуществляется путём сканирования визуальных меток (QR-кодов) на объектах, с которыми работает человек.

Заявленные изобретения поясняются фигурами графических изображений.

На фиг. 1 представлена блок-схема системы выращивания растений.

На фиг. 2 представлена блок-схема модуля выращивания растений.

Где:

1 – РС1, управляющий процессор;

2 – РС2, облачный сервер – удаленное устройство регулирования и хранения информации;

3 – РС3, устройство дистанционного управления;

4 – датчики контроля Д;

5 – исполнительные устройства И;

6 – растворный узел (РУ);

7 – канистры с концентратами (расходными материалами);

8 – модуль выращивания;

9 – полка для посадки растения.

Способ и система функционируют следующим образом.

Способ выращивания растений осуществляется в управляемых условиях контролируемой среды, т.е. среды, за параметрами которой можно следить и управлять, например в теплицах или отдельных модульных блоках выращивания (8), которых может быть необходимое количество, но не менее одного. Способ включает посадку, выращивание и уборку растений в управляемой системе и сопровождается сбором, обработкой полученной от датчиков контроля Д (4) информации, сопоставление контролируемых показателей среды выращивания с заданными условиями выращивания, содержащимися в энергонезависимой памяти управляющего компьютера (процессора) РС1 (1) в форме циклограммы выращивания на основе полученных данных, при этом управляющий процессор РС1 (1) получает циклограмму выращивания от PC2 (2) – облачного сервера, cобирает текущие данные от датчиков Д (4), сверяет показания датчиков Д (4) с параметрами циклограммы и передает корректирующие команды на исполнительные устройства И (5), передаёт информацию об отклонениях параметров среды выращивания от циклограммы на PC2 (2), накапливает показания датчиков Д (4) и периодически передаёт их в удаленные устройства – облачный сервер РС2 (2). Работа РС1 обеспечивается следующими программными средствами:

Работа РС1 (1) обеспечивается программным средством «Программное обеспечение устройства Grolli Air», свидетельство № 2022680076, которое предназначено для передачи в облачную платформу «Виртуальный агроном» информации о параметрах окружающей среды и управления исполнительными устройствами на основе указаний, поступающих от облачной платформы. ПО фиксирует текущие показания датчиков температуры, влажности и концентрации углекислого газа, выполняет их предварительную обработку и передаёт в облачную платформу по протоколу MQTT через беспроводной сетевой интерфейс.

Программное обеспечение Grolli Aqua растворного узла по свидетельству № 2022667738 на основе микрокомпьютера Raspberry Pi 4B обеспечивает взаимодействие с исполнительными устройствами (5), в частности устройствами растворного узла (6) (насосами, клапанами, датчиками), для обеспечения заданных условий выращивания сельскохозяйственных культур. ПО управляет работой и спектром светильников (5) в месте посадки растений (9) в соответствии с расписанием, подготовкой и подачей питательного раствора с заданными параметрами.

Работа облачного сервера РС2 (2) обеспечивается программными средствами «Виртуальный агроном» облачной платформы, зарегистрированной за № 2022668227. Облачная платформа «Виртуальный агроном» представляет собой масштабируемое серверное программное обеспечение, работающее в облаках Yandex Cloud. ПО предназначено для управления базой данных цифровых двойников вертикальных ферм и входящих в их состав устройств. Обеспечивает сбор информации от датчиков (4) контроля о состоянии устройств и обновление цифровых двойников. Предоставляет программный интерфейс для управления конфигурациями ферм и параметрами выращивания авторизованными пользователями и надёжную передачу этой информации исполняющим устройствами. Отслеживает режимы работы и телеметрию устройств и формирует записи о нештатных ситуациях и плановых задачах в БД цифровых двойников.

Работа терминала дистанционного управления РС3 обеспечивается программными средствами мобильного приложения Grolli One, зарегистрированного за № 2022668229. Мобильное приложение Grolli One для устройств под управлением ОС Android и iOS осуществляет управление вертикальными фермами, подключенными к облачной платформе «Виртуальный агроном». Выполняет авторизацию пользователя, отображает список доступных пользователю вертикальных ферм, полную информацию об устройствах, входящих в состав ферм, информацию о текущем состоянии и о возникших проблемах и требуемых действиях на ферме. Мобильное приложение позволяет пользователю создавать и удалять фермы, добавлять и удалять устройства на фермах, просматривать и изменять параметры выращивания (характеристики питательного раствора, световую и климатическую обстановку), просматривать изображения с установленных на ферме камер, устанавливать право доступа к фермам другим пользователям.

Особенностью способа является возможность поддержания РС1 (1) жизнеобеспечения системы выращивания растений даже в отсутствие его связи с РС2 (2) достаточно длительный период времени (несколько суток).

Перед посадкой семян при помощи устройства дистанционного управления PC3 (3) сканируют метки, содержащиеся на упаковке семян, и направляют данные о семенах на РС2 (2). PC2 на основании информации, содержащейся в базе данных, определяет полку посадки растения (9) в модуле выращивания (8), направляет на PC3 (3) визуально и машинно-воспринимаемые указания о конкретном месте (9) посадки или уведомление о невозможности выращивания данного вида растений вследствие отсутствия свободных мест с требуемыми растением условиями. В случае определения места посадки проверяют сканированием с помощью РС3 (3) метку на полке (9) в модуле выращивания (8); в случае если полка (9) соответствует определенной РС2 (2), выполняют посадку растений, повторно сканируют с помощью РС3 (3) метку на полке (9) и направляют информацию на РС2 (2) о начале процесса выращивания.

PC2 (2) актуализирует информацию в базе данных и отправляет на РС1 (1) соответствующего модуля (8) выращивания суточную циклограмму соответствующей фазы выращивания растения. Датчики контроля (4) направляют информацию о состоянии среды выращивания на РС1 (1), РС1 (1) сопоставляет полученные показания с номинальными значениями из циклограммы и в случае необходимости направляет управляющие команды на исполнительные устройства И (5). Если исполнение команд от РС1 (1) исполнительными устройствами И (5) не обеспечивает требуемого результата, то PC1 (1) отправляет на PC2 (2) сообщение о необходимости вмешательства пользователя, переходит на режим сохранения растений и отправляет визуально воспринимаемую информацию о проблеме на PC3 (3), в соответствии с которой пользователь может предпринять необходимые меры. После устранения пользователем причины невозможности поддержания требуемых растениям условий PC1 (1) фиксирует показания датчиков Д (4) в пределах соответствующих диапазонов циклограммы и возвращается к выращиванию по циклограмме, о чем передаёт соответствующую информацию РС2 (2). PC2 (2) осуществляет контроль в соответствии с данными базы данных всех установленных фаз выращивания растений для каждого из модулей выращивания (8).

По окончании соответствующей фазы выращивания растения на модуле выращивания (8) PC2 (2) отправляет PC1 (1) циклограмму выращивания для следующей фазы. По завершении выращивания PC2 (2) отправляет PC3 (3) визуально и машинно-воспринимаемую информацию о необходимости сбора урожая с указанной полки (9) соответствующего модуля (8), после чего урожай убирают, информацию об уборке фиксируют сканированием меток при помощи PC3 (3), полученную информацию PC3 (3) отправляет на PC2 (2), который актуализирует информацию в базе данных.

В случае необходимости перемещения растений между модулями выращивания (8) РC2 (2) отправляет на PC3 (3) информацию с указанием визуально и машинно-воспринимаемых меток исходной и целевой полок (9), при этом каждое перемещение фиксируют сканированием меток при помощи PC3 (3), а полученную информацию PC3 (3) отправляет на PC2 (2), который актуализирует информацию в базе данных.

Важной особенностью предложенного способа является осуществление контроля и управления всеми действиями пользователя на всех фазах и операциях выращивания путем сканирования меток с помощью РС3 (3) и направления информации на РС2 (2), где ее обрабатывают с помощью соответствующего программного управления.

PC1 накапливает в энергонезависимой памяти показания датчиков Д (4), при этом показания датчиков Д (4) периодически переносятся в базу данных PC2 (2).

В случае обнаружения датчиками Д (4) сниженного уровня расходных материалов (канистры (7)) PC1 (1) отправляет PC2 (2) сообщение о необходимости повышения уровня расходных материалов, переходит на режим сохранения растений до возобновления расходных материалов до установленного уровня, PC2 (2) отправляет информацию о проблеме с указанием визуально и/или машинно-воспринимаемой метки пополняемого ресурса на PC3 (3), после устранения низкого уровня расходных материалов датчики Д (4) направляют соответствующую информацию на РС1 (1), передающему ее на РС2 (2).

PC2 (2) контролирует выполнение установленных фаз выращивания растений для всех модулей выращивания (8) по данным базы данных.

По окончании промежуточной фазы выращивания на модуле выращивания (8) PC2 (2) отправляет PC1 (1) циклограмму выращивания для новой фазы.

По завершении последней фазы выращивания PC2 (2) отправляет на PC3 (3) информацию о необходимости сбора урожая с указанной полки с указанием визуально и машинно-воспринимаемой метки полки (9), сбор урожая подтверждают сканированием меток при помощи PC3 (3) и направляют информацию о выполненной операции на PC2 (2), который актуализирует информацию в базе данных.

Для реализации заявленного способа и обеспечения указанного технического результата управляемая система выращивания растений содержит устройство управления и сбора данных РС1 (1), связанное с удаленным устройством регулирования и хранения информации РС2 (2), датчики контроля (4) рабочих параметров системы, исполнительные устройства (5), такие как реле и широтно-импульсные модуляторы. При этом указанная система выращивания растений состоит из не менее чем одного модуля выращивания (8) растений, каждый из которых связан с РС2 (2), соединенным с устройством дистанционного управления РС3 (3), каждый модуль выращивания растений содержит устройство управления и сбора данных РС1 (1), датчики контроля Д (4), исполнительные устройства И (5), растворный узел (6), канистры с концентратами (7) и объекты среды выращивания, снабженные машиночитаемыми метками.

Устройство РС1 (1) содержит энергонезависимую память и выполнено с возможностью принятия, обработки, накопления и хранения информации от одного или более датчиков контроля Д (4), осуществляющих мониторинг рабочих параметров системы, в частности таких как температура, состав воздуха, интенсивность света, влажность и состав питательного раствора, значение pH, и с возможностью сопоставления полученной информации с номинальными режимами, на основании чего направляются корректирующие данные на устройство РС1 (1) с возможностью направления уведомления на устройство РС2 (2) в случае выхода полученной и сопоставленной РС1 информации за границы номинальных значений.

Устройство РС1 (1) выполнено с возможностью формирования и передачи управляющих команд на исполнительные устройства И (5), осуществляющие, в частности, подачу питания, воды, света, углекислого газа согласно актуальной циклограмме.

Устройство РС1 (1) выполнено с возможностью направления уведомлений на устройство РС2 (2) в случае необходимости выполнения действий пользователем и/или невозможности поддерживать условия выращивания согласно циклограмме.

Устройство РС2 (2) содержит базу данных оптимальных циклограмм выращивания для всех фаз развития определенных сельскохозяйственных культур, включая график изменения интенсивности и спектра освещения, график подачи питательного раствора, допустимый диапазон параметров питательного раствора, диапазоны параметров климата (температура, влажность, концентрация CO2), и выполнено с возможностью приёма от PC3 (3) указаний пользователя о начале выращивания и отслеживания расписания выращивания, на основании чего направляется циклограмма на устройство РС1.

Устройство РС2 (2) выполнено с возможностью направления уведомлений на устройство РС3 (3), и/или электронную почту, и/ или иное приемное устройство в случае необходимости действий пользователя согласно расписанию выращивания и в случае получения от РС1 (1) уведомления о необходимости действий пользователя и/или невозможности поддерживать требуемые циклограммой условия выращивания.

Устройство РС3 (1) выполнено с возможностью получения, представления от РС2 (2) информации о рабочих параметрах системы, в частности таких как температура, состав воздуха, интенсивность света, влажность и частота дозирования питательных веществ, получения уведомления от устройства РС2 (2) о необходимости действий пользователя и/или невозможности поддерживать требуемые циклограммой условия выращивания.

Устройство РС3 (3) выполнено с возможностью демонстрации пользователю пошаговой инструкции по взаимодействию с объектами среды выращивания, считывания и распознавания специальных визуальных машинно-считываемых меток (QR-код, штрих код) и передачи информации на РС2 (2), при этом удаленное устройство РС2 (2) связано с устройством РС1 (1) и устройством РС3 (3) через модуль связи (дистанционно).

Устройство дистанционного управления РС3 (3) связанно или представляет собой терминал пользователя, выполненный в виде соответствующего мобильного устройства, смартфона или планшета.

Каждый из объектов среды выращивания маркирован визуально и/или машинно-воспринимаемой меткой (QR-код, штрих-код и другие аналогичные устройства контроля и информации).

Работа процессоров (1), (2), (3) обеспечивается разработанными и зарегистрированными заявителем программными продуктами «Программное обеспечение устройства Grolli Air» (свидетельство № 2022680076), «Программное обеспечение устройства Grolli Aqua» (свидетельство № 2022667738) «Облачная платформа “Виртуальный агроном”» (свидетельство № 2022668227), «Мобильное приложение Grolli One» (свидетельство № 2022668229).

Ключевой особенностью РС3 (3) является то, что он выполнен с возможностью сканирования машиночитаемых меток (QR-кода, штрих кода) с объектов среды выращивания, передачи информации на РС2 (2), где информация сопоставляется с имеющимися данными, на основании чего подаются команды на РС1 (1), исполнительные устройства (5) и на РС3 (3).

Воздействие на объекты контролируемой среды выращивания осуществляют на основе информации, содержащейся на установленной на объекте электронной метке, считывание которой осуществляют устройством PC3 (3), при этом полученная информация передается на РС2 (2), где информация сопоставляется с имеющимися данными, на основании чего формируются и подаются команды на РС1 (1), исполнительные устройства (5) и информация на РС3 (3).

В случае выявления неверной метки – не соответствующей выполняемому шагу/действию – происходит звуковая или визуальная индикация с демонстрацией инструкции о выполнении правильного действия. В случае верной метки PC3 (3) передает информацию на PC2 (2) об успешном выполнении действия. PC2 (2) использует эту информацию для формирования корректирующих команд для PC1 (1).

Особенностью изобретения является то, что при необходимости выполнения действий, которые физически не могут выполнить исполнительные устройства (5), таких как смена канистры (7) с концентратом питательного раствора, команды в форме пошаговой инструкции передаются пользователю через PC3 (3), а обратная связь с контролем правильности выполнения осуществляется путём сканирования визуальных меток (QR-кодов) на объектах, с которыми работает пользователь.

Пример способа выращивания салата

1. Для запуска выращивания пользователь сканирует при помощи PC3 (3) визуальную метку, размещенную на пакете семян.

2. PC3 (3) декодирует идентификатор сельскохозяйственной культуры из метки и отправляет идентификатор PC2 (2).

3. PC2 (2) находит в справочнике параметры выращивания для данной культуры, находит в БД незадействованный модуль выращивания (8).

4. PC2 (2) отправляет указание о посадке семян на PC3 (3) с указанием визуально и машиночитаемых меток модуля выращивания (8) и полки (9).

5. Пользователь высаживает растения на полку (9) и сканирует её метку для подтверждения завершения посадки растений. PC3 (3) передаёт эту информацию PC2 (2).

6. PC2 (2) актуализирует информацию в своей базе данных и отправляет циклограмму выращивания PC1 (2) найденного модуля. Полный состав циклограммы:

Расписание освещения:

• длительность рассвета – 30 мин;

• длительность заката – 30 мин;

• длительность дня – 17 ч (включает рассвет и закат);

• длительность ночи – 7 ч;

• максимальный уровень красного спектра – 100 % от максимальной мощности лампы;

• максимальный уровень синего спектра – 95 % от максимальной мощности лампы;

• в режиме рассвета сначала синий спектр достигает максимума, потом красный;

• в режиме заказа сначала синий спектр достигает 0, потом красный.

Климатические параметры:

• допустимый диапазон температуры днём – 15–30 °С;

• допустимый диапазон температуры ночью – 15–30 °С;

• допустимый диапазон влажности днём – 50–85 %;

• допустимый диапазон влажности ночью – 50–85 %;

• минимальный уровень СO2 – 750 ppm.

Циклограмма питания:

• рабочий диапазон PH – 5,4–5,84;

• рабочий диапазон EC – 1700–1900 us;

• длительность подачи раствора – 18 мин;

• паузы между подачами – 1 ч 30 мин;

• кормление ночью включено;

• температура питательного раствора – 20–35 °C.

7. По получении циклограммы PC1 (1) начинает контролировать процесс выращивания в четырёх параллельных процессах:

согласно расписанию освещения меняет уровень на пропорциональных регуляторах красного и синего каналов;

согласно циклограмме питания выполняет следующие действия:

подготавливает питательный раствор на РУ (6):

включает насос циркуляции и открывает клапан перемешивания;

путём периодического включения насосов для подачи концентратов приводит показания датчиков EC и PH в рабочий диапазон;

кормит растения:

закрывает клапан перемешивания и открывает клапан кормления;

ждет указанное в расписании время;

выключает клапан кормления и насос циркуляции;

ожидает возврата питательного раствора:

на основе контроля датчиков уровня контролирует возврат питательного раствора в бак;

если счётчик воды показывает значение больше определённого порога, то сбрасывает отработанный раствор в канализацию путём открытия клапана сброса;

если датчик максимального уровня бака так и не включился или был сброс раствора, то выполняет долив воды путём открытия клапана долива;

периодически сверяет показания датчика CO2 с минимальным уровнем. Если показания датчика меньше, то открывает баллон с CO2 на указанное время.

каждую минуту в режиме приготовления раствора и кормления или каждые 10 мин в других режимах отправляет показания всех датчиков PC2 (2), если связь есть, или сохраняет показания в энергонезависимой памяти, если связи нет. При появлении связи отправляет все хранящиеся в энергонезависимой памяти показатели и стирает их.

8. На очередном цикле подготовки питательного раствора датчик концентрата сообщает о низком уровне концентрата в баке. PC1 (1) передаёт эту информацию PС2 (2).

9. PC2 (2) передает информацию PC3 (3). PC3 (3) отражает аудиовизуально информацию о необходимости действия – пополнения концентрата с указанием визуально- и машиночитаемой метки канистры с концентратом.

10. Если пользователь проигнорировал эту информацию, концентрат заканчивается.

10.1. PC1 (1) на основе показания датчика (4) уровня концентрата принимает решение о переходе в режим только полива без подготовки питательной смести. PC1 (1) уведомляет об этом PC2 (2).

10.2. PC2 (2) передает информацию PC3 (3). PC3 (3) направляет аудиовизуальную информацию пользователю о возникшей второй проблеме – отключении режима кормления.

10.3. пользователь реагирует на индикацию на PC3 (3) и выполняет действие по доливу концентрата:

• при помощи PC3 (3) пользователь сканирует визуальную метку на канистре (7);

• PC3(3) отправляет информацию об идентификаторе концентрата PC2 (2);

• PC2 (2) подтверждает правильность раствора отправкой сообщения на PC3 (3).

10.4. PC2 (2) по справочнику определяет, что раствор отличается от использованного ранее, и корректирует параметры выращивания, изменяя рабочий диапазон EC. Новая циклограмма передаётся PC1 (1).

10.5. PC1 (1) получает от датчика (4) уровня концентрата информацию о достаточном уровне концентрата.

10.6. PC1 (1) уведомляет PC2 (2) о разрешении первой и второй проблемы и начинает исполнение скорректированной циклограммы.

10.7. PC2 (2) уведомляет PC3 (3) о разрешении проблем.

10.8. PC3 (3) убирает индикацию о необходимости долива концентрата и об отключенном режиме кормления.

Устройство «Виртуальный Агроном» (один из вариантов реализации PC1) представляет собой совокупность следующих элементов:

1. Встроенные датчики температуры воздуха, влажности воздуха, концентрации углекислого газа, температуры питательного раствора, электропроводности питательного раствора, водородного показателя pH питательного раствора – позволяют определить текущее состояние рабочей среды, которые передают на РС1.

2. Исполнительные устройства – реле для управления освещением, широтно-импульсной модуляцией (PWM) двух световых каналов и электромагнитными клапанами. Обеспечивают поддержание заданных параметров на основании команд, получаемых от РС1.

3. Плата блока управления, содержащаяся в РС1, с установленным микрокомпьютером и программой управления, оснащена модулем подключения к сети интернет через адаптеры Wi-Fi и LAN.

Блок управления РС1, используя адаптеры Wi-Fi и/или LAN, подключается к удаленному серверу РС2, расположенному в облаке Yandex, передает на него данные, полученные с датчиков и принимает циклограммы, на основе которых PC1 формирует команды для управления исполнительными устройствами. При отсутствии подключения к удаленному компьютеру РС2 устройство PC1 действует на основе последней полученной циклограммы.

При помощи мобильного устройства РС3 (телефона, планшета, ноутбука) можно через удаленный компьютер РС2 запускать процесс выращивания, считывать показания датчиков (4), получать инструкции по действиям над объектами выращивания и подтверждать действия сканированием машиночитаемых меток.

Устройство Grolli Air, метеостанция (второй вариант реализации PC1). Предназначено для мониторинга и поддержания микроклимата растений, для реализации цикла управления освещением и управления двумя исполнительными устройствами, такими как реле для осуществления подачи CO2.

Устройство отслеживает микроклимат в модуле выращивания с помощью датчиков температуры и влажности SHT31 и датчика CO2 ACD10/T6703 (в зависимости от исполнения).

Устройство Grolli Air подключается к серверу PC2, расположенному в облаке Yandex, при помощи технологии IoT Core по протоколу MQTT.

Устройство содержит два ШИМ-канала, используемых для задания яркости светильников, а так же три реле, каждое из которых можно сконфигурировать под следующие роли:

• всегда выключено;

• освещение;

• впрыск CO2;

• нагреватель;

• охладитель;

• увлажнитель;

• осушитель;

• выход от таймера для кормления.

Заявленная группа изобретений может быть реализована в условиях современных технологий выращивания сельскохозяйственных растений с использованием существующих удаленных средств связи, например Интернета.

Изобретение относится к способам и устройствам управления выращиванием растений в условиях контролируемой среды, обеспечиваемых управляемой системой выращивания. Способ предусматривает посадку, выращивание и уборку растений в управляемой системе, сбор, обработку информации, сопоставление контролируемых показателей среды с заданными условиями выращивания и регулирование выращивания на основе полученных данных. Перед посадкой семян при помощи устройства дистанционного управления PC3 сканируют визуально и машинно-воспринимаемые метки, содержащиеся на упаковке семян, и направляют данные о семенах на удаленное устройство регулирования и хранения информации РС2. PC2 на основании информации, содержащейся в базе данных, определяет место для посадки растения и направляет на PC3 информацию о месте посадки с указанием визуально и машинно-воспринимаемой метки или уведомление о невозможности выращивания данного вида растений вследствие отсутствия свободных полок с требуемыми растением условиями. В случае определения места посадки с помощью РС3 проверяют сканированием метку на полке выращивания, в случае если полка соответствует определенной РС2, выполняют посадку растений, повторно сканируют метку и направляют информацию на РС2 о начале процесса выращивания. PC2 актуализирует информацию в базе данных и отправляет на устройство управления и сбора данных РС1 соответствующего модуля выращивания суточную циклограмму соответствующей фазы выращивания растения. Датчики Д направляют информацию о состоянии среды выращивания на РС1, РС1 сопоставляет полученные показания с номинальными значениями из циклограммы и в случае необходимости направляет управляющие команды на исполнительные устройства И. Если исполнение команд от РС1 исполнительными устройствами И не обеспечивает требуемого результата, то PC1 отправляет на PC2 сообщение о необходимости вмешательства пользователя и переходит на режим сохранения растений. PC2 отправляет информацию о проблеме с указанием визуально и машинно-воспринимаемых меток на требующих вмешательства пользователя объектах выращивания на PC3, после устранения пользователем причины невозможности поддержания требуемых растениям условий PC1 определяет возврат показания датчиков в диапазоны циклограммы, возвращается к выращиванию по циклограмме и передаёт соответствующую информацию РС2, который контролирует в соответствии с данными базы данных все установленные фазы выращивания растений для каждого из модулей выращивания. По окончании промежуточной фазы выращивания растения на модуле выращивания PC2 отправляет PC1 циклограмму выращивания для следующей фазы. По завершении выращивания PC2 отправляет PC3 информацию о необходимости сбора урожая с указанной полки с указанием визуально и машинно-воспринимаемой метки полки. По завершении сбора урожая информацию об уборке фиксируют сканированием меток при помощи PC3, полученную информацию PC3 отправляет на PC2, который актуализирует информацию в базе данных. Система содержит устройство управления и сбора данных, связанное с удаленным устройством регулирования и хранения информации, датчики мониторинга рабочих параметров системы, исполнительные устройства и устройство дистанционного управления. Технический результат заключается в повышении качества управления процессом роста в режиме реального времени в автоматическом режиме в отношении конкретных объектов выращивания растений. 2 н. и 9 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Способ выращивания растений в управляемых условиях, включающий посадку, выращивание и уборку растений в управляемой системе, сбор, обработку информации, сопоставление контролируемых показателей среды с заданными условиями выращивания и регулирование выращивания на основе полученных данных, отличающийся тем, что

перед посадкой семян при помощи устройства дистанционного управления PC3 сканируют метки, содержащиеся на упаковке семян, и направляют данные о семенах на удаленное устройство регулирования и хранения информации РС2,

PC2 на основании информации, содержащейся в базе данных, определяет место для посадки растения и направляет на PC3 информацию о месте посадки с указанием визуально и машинно-воспринимаемой метки или уведомление о невозможности выращивания данного вида растений вследствие отсутствия свободных полок с требуемыми растением условиями,

в случае определения места посадки с помощью РС3 проверяют сканированием метку на полке выращивания, в случае если полка соответствует определенной РС2, выполняют посадку растений, повторно сканируют метку и направляют информацию на РС2 о начале процесса выращивания,

PC2 актуализирует информацию в базе данных и отправляет на устройство управления и сбора данных РС1 соответствующего модуля выращивания суточную циклограмму соответствующей фазы выращивания растения,

датчики Д направляют информацию о состоянии среды выращивания на РС1, РС1 сопоставляет полученные показания с номинальными значениями из циклограммы и в случае необходимости направляет управляющие команды на исполнительные устройства И,

если исполнение команд от РС1 исполнительными устройствами И не обеспечивает требуемого результата, то PC1 отправляет на PC2 сообщение о необходимости вмешательства пользователя и переходит на режим сохранения растений, PC2 отправляет информацию о проблеме с указанием визуально и машинно-воспринимаемых меток на требующих вмешательства пользователя объектах выращивания на PC3,

после устранения пользователем причины невозможности поддержания требуемых растениям условий PC1 определяет возврат показания датчиков в диапазоны циклограммы, возвращается к выращиванию по циклограмме и передаёт соответствующую информацию РС2,

PC2 контролирует в соответствии с данными базы данных все установленные фазы выращивания растений для каждого из модулей выращивания,

по окончании промежуточной фазы выращивания растения на модуле выращивания PC2 отправляет PC1 циклограмму выращивания для следующей фазы,

по завершении выращивания PC2 отправляет PC3 информацию о необходимости сбора урожая с указанной полки, с указанием визуально и машинно-воспринимаемой метки полки,

по завершении сбора урожая информацию об уборке фиксируют сканированием меток при помощи PC3, полученную информацию PC3 отправляет на PC2, который актуализирует информацию в базе данных.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что в случае необходимости перемещения растений между модулями выращивания РC2 отправляет на PC3 информацию с указанием визуально и машинно-воспринимаемых меток исходной и целевой полок, при этом каждое перемещение фиксируют сканированием меток при помощи PC3, а полученную информацию PC3 отправляет на PC2, который актуализирует информацию в базе данных.

3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что контроль и управление всеми действиями пользователя осуществляют на всех фазах и операциях выращивания путем сканирования меток с помощью РС3 и направления информации на РС2.

4. Способ по п. 1, отличающийся тем, что передача устройством РС1 текущих показателей от датчиков Д на устройство РС2 осуществляется пакетами данных за определенный период времени.

5. Способ п. 1, отличающийся тем, что в случае обнаружения датчиками Д сниженного уровня расходных материалов PC1 отправляет PC2 сообщение о необходимости повышения уровня расходных материалов и переходит на режим сохранения растений до возобновления расходных материалов до установленного уровня, PC2 отправляет информацию о проблеме с указанием визуально и машинно-воспринимаемой метки пополняемого ресурса на PC3, после устранения низкого уровня расходных материалов датчики Д направляют соответствующую информацию на РС1, который передаёт ее на РС2.

6. Способ по п. 1, отличающийся тем, что PC2 поддерживает в актуальном состоянии циклограммы выращивания установленных фаз выращивания растений для всех модулей по данным базы данных.

7. Система выращивания растений в управляемых условиях, содержащая: устройство управления и сбора данных РС1, связанное с удаленным устройством регулирования и хранения информации РС2, датчики мониторинга рабочих параметров системы Д и исполнительные устройства системы И, отличающаяся тем, что

управляемая система выращивания растений состоит из не менее чем одного модуля выращивания растений, связанного с РС2, соединенным с устройством дистанционного управления РС3,

при этом каждый модуль выращивания растений содержит устройство управления и сбора данных РС1, объекты среды выращивания, снабженные визуально и машинно-воспринимаемыми метками, при этом устройство РС1:

содержит энергонезависимую память,

выполнено с возможностью принятия, обработки, накопления и хранения информации от одного или более датчиков Д, осуществляющих мониторинг рабочих параметров системы, в частности таких как температура, состав воздуха, интенсивность света, влажность и состав питательного раствора,

выполнено с возможностью формирования и передачи управляющих команд на исполнительные устройства И, осуществляющие, в частности, подачу питания, воды, света, углекислого газа согласно актуальной циклограмме,

выполнено с возможностью приёма от PC2 циклограммы выращивания,

выполнено с возможностью направления уведомлений на устройство РС2 в случае необходимости выполнения действий пользователем и/или невозможности поддерживать условия выращивания согласно циклограмме;

устройство РС2 содержит базу данных оптимальных циклограмм выращивания для основных фаз развития определенных сельскохозяйственных культур, включая график изменения интенсивности и спектра освещения, график подачи питательного раствора, допустимый диапазон параметров питательного раствора, диапазоны параметров климата – температуры, влажности, концентрации CO₂, и выполнено:

с возможностью приёма от PC3 указаний пользователя о начале выращивания и отслеживания расписания выращивания, на основании чего направляется циклограмма на устройство РС1,

с возможностью приёма от PC3 подтверждения действий пользователя с указанием визуально и машинно-воспринимаемых меток и проверки правильности выполняемого или выполненного действия,

с возможностью направления уведомлений на устройство РС3, и/или электронную почту в случае необходимости действий пользователя согласно расписанию выращивания и в случае получения от РС1 уведомления о необходимости действий пользователя и/или невозможности поддерживать требуемые циклограммой условия выращивания;

устройство РС3 выполнено с возможностью получения от РС2 информации о текущих состояниях системы и в случае необходимости о выполнении требуемых действий, при этом удаленное устройство РС2 связано с устройством РС1 и с устройством РС3 через модуль связи дистанционно.

8. Система по п. 7, отличающаяся тем, что устройство РС3 выполнено с возможностью:

получения и представления от РС2 информации о рабочих параметрах системы, в частности таких как температура, состав воздуха, интенсивность света, влажность и частота дозирования питательных веществ,

получения уведомления от устройства РС2 о необходимости действий пользователя и/или невозможности поддерживать требуемые циклограммой условия выращивания,

демонстрации пользователю пошаговой инструкции по взаимодействию с объектами среды выращивания,

считывания и распознавания визуально и машинно-воспринимаемых меток и передачи информации на РС2.

9. Система по п. 7 или 8, отличающаяся тем, что устройство дистанционного управления РС3 связано или включает терминал пользователя.

10. Система по п. 7, отличающаяся тем, что устройство РС2 выполнено в форме облачного сервера.

11. Система по п. 7, отличающаяся тем, что каждый из объектов среды выращивания маркирован визуально и машинно-воспринимаемой меткой.