Комплекс для контролируемого выращивания растений в искусственных условиях Российский патент 2024 года по МПК A01G9/26 A01G31/02 

Изобретение относится к сельскому хозяйству и биологии и может быть использовано для стимуляции процессов жизнедеятельности растений и обеспечения возможности эффективного использования различных технологий выращивания растений в искусственных условиях, в частности, грунтовой технологии и гидропонической технологии. Изобретение может найти применение в промышленном производстве сельскохозяйственной продукции, в том числе в зонах повышенного загрязнения окружающей среды.

Для оценки новизны заявленного решения рассмотрим ряд известных технических средств аналогичного назначения, характеризуемых совокупностью сходных с заявленной технологией признаков.

Известно устройство для облучения растений по патенту РФ №2029458, выращиваемых в лотках, установленных на основании теплицы и треугольных рамах вегетационных блоков, содержащее первую секцию источников оптического излучения для размещения над лотками между соседними вегетационными блоками и вторую секцию источников оптического излучения для установки в полости между треугольными рамами каждого вегетационного блока и основанием теплицы, которое характеризуется тем, что источники оптического излучения второй секции выполнены с уменьшением отношения потока энергии в спектральном диапазоне 600-700 нм к общему потоку энергии во всем спектре излучения каждого из источников оптического излучения от 60-80% до 30-40% при увеличении высоты размещения данных источников оптического излучения относительно основания теплицы. Обеспечивается повышение урожайности растений на 15-20%, достигается одновременность их созревания и улучшается качество сельскохозяйственной продукции.

Известно устройство для облучения растений по патенту РФ №2318368, содержащее источник света, установленный с возможностью перемещения по высоте, которое характеризуется тем, что корпус устройства выполнен из жалюзийных экранов, прикрепленных к каркасу конструкции, при этом в двух противоположных по диагонали шарнирных соединениях каркаса установлены биметаллические пластины, воздействующие на систему управления жалюзийными экранами и на управляющее устройство нагревательных элементов, выполненных в форме сетки и прикрепленных к каркасу с внутренней стороны по всему его периметру. Обеспечивается повышение равномерности и эффективности распределения тепловой и световой энергии.

Известна ферма для выращивания зеленных растений по патенту РФ №203068, содержащая рабочую камеру с размещенным в ней стеллажом с поддоном для выращивания зеленных растений, при этом внутри стеллажа над поддоном установлен блок освещения, а над стеллажом в рабочей камере установлен блок обеспечения параметров микроклимата, выполненный с возможностью поддерживать и изменять параметры микроклимата, а также работать в режиме вентиляции, отличающаяся тем, что рабочая камера дополнительно снабжена блоком приготовления и подачи питательного раствора, связанного с поддонами через каналы для доставки питательного раствора, и управляющим контроллером, выполненным с возможностью соединения с компьютером для приема и выполнения команд управления параметрами микроклимата внутри рабочей камеры, параметрами освещения блока освещения и приготовлением и подачей питательного раствора в каналы для его доставки, при этом управляющий контроллер связан с блоком освещения, блоком обеспечения параметров микроклимата и блоком приготовления и подачи питательного раствора, а команды управления задаются в зависимости от стадии жизненного цикла зеленных растений, выращиваемых в поддоне. Стеллажи в ферме являются многоярусными стеллажами. Блок освещения является по меньшей мере одной фитолампой. Управляемые параметры освещения являются спектром и интенсивностью освещения. Управляемые параметры микроклимата представлены температурой, относительной влажностью и составом воздуха внутри рабочей камеры. Рабочая камера выполнена теплоизолированной и светонепроницаемой.

Данное техническое решение, как наиболее близкое к заявленному по техническому существу и достигаемому результату, принято в качестве его прототипа

Данная ферма обеспечивает оптимальные параметры микроклимата, освещенности и питания для выращивания зеленных растений в автоматизированном режиме.

Недостатками известного технического решения является трудности в обеспечении эффективности световой энергии, облучающей выращиваемые растения, что влияет на одновременность их созревания, повышении урожайности растений в конечном счете и улучшении качества конечной сельскохозяйственной продукции.

Задачей заявляемого изобретения является создание в комплексе контролируемых условий облучения выращиваемых растений, по спектральным характеристикам, близким к спектральным характеристикам естественного солнечного света.

Сущность заявленного технического решения выражается в следующей совокупности существенных признаков, достаточной для решения указанной заявителем технической проблемы и получения обеспечиваемого изобретением технического результата.

Согласно изобретению Комплекс для контролируемого выращивания растений в искусственных условиях, который содержит каркас, внутри которого установлены средства для грунтового выращивания растений с системой патрубков капельного полива растений водой, поступающей из системы водоснабжения и/или поддон для гидропонного выращивания растений, наполненный подготовленным и циркулирующим в замкнутой системе гидропонным составом, в верхней части каркаса установлен источник искусственного излучения, комплекс снабжен программируемым логическим контроллером, синхронизированным с компьютером, который управляет программируемым логическим контроллером комплекса, который связан с источником искусственного излучения и обеспечивает динамическую автоматическую и/или ручную корректировку характеристик создаваемого внутри комплекса воздействующего на выращиваемые растения излучения, программируемый логический контроллер обеспечивает выполнение команд и достижения требуемых параметров в автоматическом режиме, отличающийся тем, что каркас содержит систему патрубков капельного полива растений, источник искусственного излучения выполнен с возможностью излучения в диапазоне длин волн излучения Солнца 200-1500 нм со спектральной характеристикой естественного солнечного света, при этом программная среда обеспечивает ввод в компьютер значений параметров технологии выращивания растений- объема и времени полива, набора воды или времени отключения набора воды, контролируя параметры одновременно.

Кроме того, заявленное техническое решение характеризуется наличием ряда дополнительных факультативных признаков, а именно:

- программируемый логический контроллер комплекса может быть выполнен с возможностью обеспечения характеристик излучения, воздействующего на выращиваемые в комплексе растения, с учетом суточных и/или сезонных и/или широтных и/или долготных и/или высотных особенностей изменения естественного солнечного света по конкретному месту нахождения комплекса;

- в качестве программируемого логического контроллера может быть использован контроллер ОВЕН;

- управление программируемым логическим контроллером может быть осуществлено в рамках программной среды OwenLogic;

- источник искусственного излучения может быть выполнен в виде одного полноспектрального источника, выполненного с возможностью излучения в полном диапазоне длин волн излучения Солнца 200-1500 нм;

- комплекс дополнительно содержит источники искусственного излучения, которые выполнены с возможностью излучения в определенной части диапазона длин волн излучения 200-1500 нм, при этом источники излучения выполнены и подключены так, что они могут работать как по отдельности, так и совместно, при этом совокупность всех одновременно работающих источников излучения перекрывает полный диапазон длин волн излучения 200-1500 нм.

Заявленная совокупность существенных признаков обеспечивает достижение технического результата, который заключается в том, что заявленный комплекс с заявленной возможностью облучения выращиваемых растений с помощью источников искусственного излучения в диапазоне длин волн излучения Солнца 200-1500 нм обеспечивает повышение эффективности выращивания растений и плодов путем стимулирования важнейшего для растений процесса фотосинтеза, который максимально эффективно происходит под действием энергии естественного солнечного света, то есть света в полном спектре длин волн излучения Солнца.

Заявленный комплекс работает следующим образом.

Для системы грунтового выращивания растений предусмотрены поддоны для размещения емкостей с растениями. Для осуществления капельного полива используется вода, поступающая из общего бака, подключенного к системе общего водоснабжения. К каждой ячейке под емкость для выращивания растений подведены патрубки для капельного полива, гребенка которых подключена к общему баку с водой. Поддон снабжен системой подключения в общую канализацию. Комплекс снабжен средствами для сбора воды при образовании возможной протечки и системой контроля протечки.

Для системы гидропонного выращивания растений предусмотрено наполнение соответствующего по форме поддона гидропоническим составом, для создания которого установлен дополнительный бак, в который наливаются требуемые специальные жидкие высококонцентрированные удобрения. После залива данный концентрат поступает в общий бак с водой, перемешивается в нем и создается необходимый гидропонический состав с соответствующим для разных видов растений концентратом и его концентрацией в гидропоническом составе.

Вся система полива, набора воды в бак, слива воды в канализацию, модуль управления системы защиты от протечек, время и объем полива регулируется и управляется программируемым логическим контроллером с модулями расширения, позволяющими управлять и контролировать все элементы комплекса одновременно. При этом программируемый логический контроллер синхронизирован с компьютером, который выполняет роль интерфейса и позволяет управлять программируемым логическим контроллером в рамках программной среды, например, программной среды OwenLogic. Таким образом, пользователь может вводить в компьютер различные значения (объем полива, время полива, набор воды в бак или время отключения набора воды в бак, составлять расширенные графики работы всей системы), а система будет выполнять заданные команды в автоматическом режиме.

В верхней части каркаса установлен источник искусственного излучения, выполненный с возможностью излучения в диапазоне длин волн излучения Солнца 200-1500 нм со спектральной характеристикой воздействующего на выращиваемые растения излучения, близкой к спектральной характеристике естественного солнечного света. Программируемый логический контроллер комплекса связан с источником искусственного излучения и обеспечивает динамическую автоматическую и/или ручную корректировку характеристик создаваемого внутри комплекса воздействующего на выращиваемые растения излучения. Программируемый логический контроллер комплекса может быть выполнен с возможностью обеспечения характеристик излучения, воздействующего на выращиваемые в комплексе растения, с учетом суточных и/или сезонных и/или широтных и/или долготных и/или высотных особенностей изменения естественного солнечного света по конкретному месту нахождения комплекса;

Источник искусственного излучения, может быть выполнен в виде одного полноспектрального источника, выполненного с возможностью излучения в полном диапазоне длин волн излучения Солнца 200-1500 нм.;

Источник искусственного излучения может быть выполнен в виде нескольких источников, каждый из которых выполнен с возможностью излучения в определенной части диапазона длин волн излучения Солнца 200-1500 нм, при этом источники излучения выполнены и подключены так, что они могут работать как по отдельности, так и совместно, при этом совокупность всех одновременно работающих источников излучения перекрывает полный диапазон длин волн излучения Солнца 200-1500 нм.

Таким образом, заявленный комплекс обеспечивает реализацию различных эффективных режимов искусственного облучения выращиваемых растений, осуществляя воздействие на растения комплексным излучением, включающим весь спектр излучения Солнца, в том числе области ультрафиолетового и инфракрасного излучения.

Для всего живого на Земле солнечное излучение играет огромную роль. Оно обеспечивает свет и тепло, участвует в синтезе веществ для роста и созревания. Испускаемое солнцем электромагнитное излучение обладает широким спектром, но достигающее поверхности Земли излучение имеет значительно более узкий спектр и включает часть ультрафиолетового и инфракрасного диапазонов и видимый диапазон. Из ультрафиолетовых волн до Земли доходят имеющие длину свыше 290 нм, остальные поглощаются озоновым слоем атмосферы. Диапазон видимого излучения - 380-740 нм. Наибольшей биологической активностью обладает диапазон 290-700 нм, куда входят ультрафиолетовое и видимое излучения. Интенсивность солнечного излучения на поверхности Земли зависит от времени года, времени суток, проницаемости атмосферы и ее озонового слоя, а также географической широты (чем дальше от экватора, тем она ниже), погодных условий (облачность, туманы), атмосферных загрязнений. Измерения показали, что для волн длиной 300 нм интенсивность излучения в разных точках земного шара различается в 20 раз. Инфракрасное излучение (длина волны более 740 нм) и усиливает биологическое действие ультрафиолетового и видимого излучений.

Таким образом, одной из важнейших задач обеспечения высокого качества процесса выращивания растений является создание эффективной системы их квантово-энергетической подпитки. Особенно эта проблема актуальна в России, большая часть территорий которой относится к Северу и Крайнему Северу.

Заявленный комплекс может быть изготовлен промышленным способом с использованием известных, выпускаемых промышленностью источников искусственного излучения. Он искусственно воссоздает условия инсоляции и подпитки выращиваемых растений под комплексным воздействием программно контролируемого искусственного излучения в диапазоне длин волн излучения Солнца со спектральной характеристикой естественного солнечного света. Пользователь заявленного комплекса вводить в компьютер различные значения и управлять спектрами искусственного излучения, создавая различные спектрограммы в зависимости от культуры растения, в том числе управлять мощностями спектров и яркостью свечения.

Возможность промышленного применения заявленного технического решения подтверждается известными и описанными в заявке средствами и методами, с помощью которых возможно осуществление изобретения в том виде, как оно охарактеризовано в формуле изобретения.

Изобретение относится к области сельского хозяйства и биологии. Комплекс содержит каркас, внутри которого установлены средства для грунтового выращивания растений с системой патрубков капельного полива растений водой, поступающей из системы водоснабжения, и/или поддон для гидропонного выращивания растений, наполненный подготовленным и циркулирующим в замкнутой системе гидропонным составом. В верхней части каркаса установлен источник искусственного излучения. Комплекс снабжен программируемым логическим контроллером, синхронизированным с компьютером, который управляет программируемым логическим контроллером комплекса, который связан с источником искусственного излучения и обеспечивает динамическую автоматическую и/или ручную корректировку характеристик создаваемого внутри комплекса воздействующего на выращиваемые растения излучения. Программируемый логический контроллер обеспечивает выполнение команд и достижение параметров в автоматическом режиме. Каркас содержит систему патрубков капельного полива растений, источник искусственного излучения выполнен с возможностью излучения в диапазоне длин волн излучения 200-1500 нм со спектральной характеристикой естественного солнечного света. При этом программная среда обеспечивает ввод в компьютер значений параметров технологии выращивания растений – объема и времени полива, набора воды или времени отключения набора воды, контролируя параметры одновременно. Комплекс обеспечивает повышение эффективности выращивания растений и плодов путем стимулирования важнейшего для растений процесса фотосинтеза. 5 з.п. ф-лы.

1. Комплекс для контролируемого выращивания растений в искусственных условиях, который содержит каркас, внутри которого установлены средства для грунтового выращивания растений с системой патрубков капельного полива растений водой, поступающей из системы водоснабжения, и/или поддон для гидропонного выращивания растений, наполненный подготовленным и циркулирующим в замкнутой системе гидропонным составом, в верхней части каркаса установлен источник искусственного излучения, комплекс снабжен программируемым логическим контроллером, синхронизированным с компьютером, который управляет программируемым логическим контроллером комплекса, который связан с источником искусственного излучения и обеспечивает динамическую автоматическую и/или ручную корректировку характеристик создаваемого внутри комплекса воздействующего на выращиваемые растения излучения, программируемый логический контроллер обеспечивает выполнение команд и достижение параметров в автоматическом режиме, отличающийся тем, что каркас содержит систему патрубков капельного полива растений, источник искусственного излучения выполнен с возможностью излучения в диапазоне длин волн излучения 200-1500 нм со спектральной характеристикой естественного солнечного света, при этом программная среда обеспечивает ввод в компьютер значений параметров технологии выращивания растений – объема и времени полива, набора воды или времени отключения набора воды, контролируя параметры одновременно.

2. Комплекс по п. 1, отличающийся тем, что программируемый логический контроллер комплекса выполнен с возможностью обеспечения характеристик излучения, воздействующего на выращиваемые в комплексе растения, с учетом суточных, и/или сезонных, и/или широтных, и/или долготных, и/или высотных особенностей изменения естественного солнечного света по конкретному месту нахождения комплекса.

3. Комплекс по п. 1, отличающийся тем, что в качестве программируемого логического контроллера использован контроллер ОВЕН.

4. Комплекс по п. 1, отличающийся тем, что управление программируемым логическим контроллером осуществлено в рамках программной среды OwenLogic.

5. Комплекс по п. 1, отличающийся тем, что источник искусственного излучения выполнен в виде одного полноспектрального источника, выполненного с возможностью излучения в полном диапазоне длин волн излучения Солнца 200-1500 нм.

6. Комплекс по п. 1, отличающийся тем, что комплекс дополнительно содержит источники искусственного излучения, которые выполнены с возможностью излучения в определенной части диапазона длин волн излучения 200-1500 нм, при этом источники излучения выполнены и подключены так, что они могут работать как по отдельности, так и совместно, при этом совокупность всех одновременно работающих источников излучения перекрывает полный диапазон длин волн излучения 200-1500 нм.