Розробка та дослідження комп’ютерно-інтегрованої системи управління електрофізичним впливом на рослини

Abstract

Актуальність теми. Одним із найбільш перспективних напрямків у сільсьськогосподарській інженерії є електрофизична стимуляція посівного матеріалу, зокрема лазерне оптичне опромінення наносекундної та мікросекундної імпульсної структури в червоному діапазоні спектра (630–680 нм). Даний метод дозволяє істотно підвищити енергію проростання, схожість і силу росту насіння, переводячи його зі стану глибокого фізіологічного спокою в активну фазу онтогенезу. Проте широке впровадження таких технологій в агропромисловому комплексі стримується високою вартістю спеціалізованого обладнання та відсутністю гнучких комп’ютерно-інтегрованих систем автоматичного керування (КІСУ), здатних з високою прецизійністю забезпечувати температурно-вологісні режими подальшого термостатування опроміненого матеріалу для різних сільськогосподарських культур. Мета і завдання дослідження. Метою роботи є оптимізація та підвищення репродуктивних кондицій насіння при термостатичному вирощуванні за рахунок проєктування комп’ютерно-інтегрованого керуючого комплексу. Для досягнення поставленої мети вирішено такі завдання: 1. Інформаційний аналіз біотехнічної системи «рослина–середовище»; 2. Проведення повного факторного експерименту з імпульсного лазерного опромінення, побудова поліноміальних регресійних моделей процесу; 3. Дослідження динаміки теплового об’єкта в середовищі Matlab Simulink; 4. Розробка функціональних і принципових схем автоматизації; 5. Створення програмного забезпечення верхнього та нижнього рівнів (Python, LabVIEW, Arduino). Об’єкт дослідження – процес формування мікроклімату камери сухоповітряного термостата під час пророщування насіннєвого матеріалу сільськогосподарських культур. Предмет дослідження – комплекс математических моделей, алгоритмів, програмних і технічних засобів для автоматичного прецизійного регулювання технологічних параметрів біотехнічної системи. Методи дослідження базуються на теорії автоматичного керування, методах планування експерименту (ПФЕ 23), математичній статистиці (критерії Стьюдента та Фішера), об'єктно-орієнтованому програмуванні та методах графічного системного проєктування інтерфейсів HMI. Наукова новизна отриманих результатів полягає в удосконаленні математичної моделі залежності посівної якості насіння (ПЯН) від сопряжених параметрів імпульсного лазерного впливу та режимів дозрівання в термостаті (температура, вологість, експозиція) із застосуванням узагальненої функції бажаності Харрінгтона. Практичне значення полягає у створенні доступної, гнучкої архітектури КІСУ на базі контролерів Arduino та ОВЕН, доповненої Python-скриптами віддаленої телеметрії та інтерактивною HMI-панеллю LabVIEW, що дозволяє використовувати комплекс у фермерских і селекційних господарствах.