طراحی، ساخت و ارزیابی سامانه کشت عمودی مجهز به کنترل خودکار شرایط محیط رشد با هدف توسعه کشاورزی شهری

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 گروه فنی و ماشین‌های کشاورزی، مرکز آموزش عالی امام خمینی (ره)، سازمان تحقیقات، آموزش و ترویج کشاورزی، کرج، ایران.

2 گروه مهندسی ماشین های کشاورزی، دانشگاه تهران، کرج، ایران

3 گروه فنی و ماشین های کشاورزی، مرکز آموزش عالی امام خمینی (ره)، سازمان تحقیقات، آموزش و ترویج کشاورزی، کرج، ایران.

4 گروه مهندسی مکانیک بیوسیستم، دانشگاه جهرم، جهرم، ایران

10.22059/ijbse.2026.412587.665645

چکیده

کشت عمودی به عنوان راه‌حلی برای چالش‌های تغییراقلیم، رشد جمعیت شهرنشینی و تخریب محیط‌زیست در کشاورزی و تضمین امنیت غذایی، مورد توجه است. در تلفیق کشت عمودی با کشاورزی شهری، برای جلوگیری از تاثیرات منفی تغییرات آب-وهوایی، وجود سامانه کنترل پارامترهای محیط رشد ضروری ‌است. بنابراین هدف از این پژوهش طراحی و ساخت یک سامانه کشت عمودی هیدروپونیک مجهز به کنترل‌کننده خودکار عوامل تاثیرگذار بر رشد گیاه و سازگار با محیط‌‌های سرپوشیده است. این سامانه، دارای واحد‌های کنترل‌کننده روشنایی، گرمایش، سرمایش، تهویه و تغذیه است و قابلیت ذخیره و ارسال داده را دارد. برای انتخاب شرایط بهینه عملکرد واحد تهویه و گرمایش، تاثیر ظرفیت هوادهی فن‌ها (در پنج سطح) در تعدیل دما و رطوبت بررسی ‌شد. داد‌ه‌های دریافتی از حسگرها در شبانه‌روز ثبت و مورد ارزیابی قرارگرفت. همچنین برخی مشخصه‌های ظاهری کاهوی فرانسوی کشت شده با نمونه‌های شاهد مقایسه ‌شد. نتایج تحلیل واریانس در بررسی واحد گرمایش نشان‌داد که تغییر ظرفیت هوادهی فن دمنده در تعدیل دما معنی‌دار نبود. بنابراین کمترین ظرفیت هوادهی (cfm 101) پیشنهاد ‌‌شد. تاثیر فعال‌بودن واحد روشنایی در افزایش دمای محیط کشت در سطح یک درصد معنی‌دار بود. تاثیر ظرفیت هوادهی فن مکنده نیز در مدت زمان تعدیل رطوبت در سطح یک درصد معنی‌دار بود و مقدار cfm 117 پیشنهاد شد. بررسی داده‌های دریافتی از حسگرها طی شبانه-روز نشان‌داد که سامانه کنترلی به خوبی دما و رطوبت را در محدوده مطلوب حفظ ‌می‌کند. مقایسه پارامترهای وزن، ارتفاع و عرض کاهو کشت شده با مقدار RMSE بین 54/4 تا 45/2 نشان‌دهنده عملکرد مطلوب سامانه بود.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


عنوان مقاله [English]

Design, construction and evaluation of a vertical farming system with automated controller of plant growth environment parameters for developing urban farming

نویسندگان [English]

  • Morteza Sedaghat Hosseini 1
  • Nazilla Tarabi 2
  • Mohamad Younesi Alamouti 3
  • Hamid Khafajeh 4
1 Department of Agricultural Machinery Engineering, Imam Khomeini Higher Education Centre; Agricultural Research, Education and Extension Organization (AREEO), Karaj, Iran
2 Faculty of Agricultural Machinery Engineering- University of Tehran, Karaj-Iran
3 Imam Khomeini Higher Education Centre; Agricultural Research, Education and Extension Organization (AREEO), Karaj, Iran.
4 Department of Mechanical Engineering of Biosystems, Jahrom University, P.O. Box 74135-111, Jahrom, Iran.
چکیده [English]

A vertical farming system is a method for solving challenges such as climate changes, increasing population and environmental damage. In urban vertical farming, the usage of an automated control system is necessary. So the aim of this study was to design and construct a hydroponic vertical farming system that controlled plant growth parameters in an indoor environment. This system has a control unit of lighting, heating, cooling, air conditioning units and is able to store and send data. The effect of air flow rate of fans on the time of adjustment of temperature and moisture was studied to choose the optimum setting of heating and air conditioning units. The data of sensors was recorded in 24 hr. The results confirmed that there is no significant difference in the air flow rates of inlet fans for reducing temperature and 101 cfm was suggested. It was observed that there was a significant difference (p<0.01) in the states of lighting unit (on/off) at the time of reducing temperature. Results of ANOVA showed that there was a significant difference (p<0.01) between fan rotating speeds for setting the moisture at range of 50% to 60% and the optimum air flow rate was at 117 cfm. The data of air temperature and the moisture of the vertical greenhouse in 24hr showed that the automated control system can set the temperature and the moisture in the optimum range. RMSE for weight, height and width were 2.45 to 4.54 which showed suitable performance of the system.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Vertical faming
  • Urban farming
  • Hydroponic, Automated control

مقالات آماده انتشار، پذیرفته شده
انتشار آنلاین از تاریخ 10 تیر 1405
  • تاریخ دریافت: 22 فروردین 1405
  • تاریخ بازنگری: 08 خرداد 1405
  • تاریخ پذیرش: 10 تیر 1405