RU207102U1

RU207102U1 - Climate chamber for growing plants

Info

Publication number: RU207102U1
Application number: RU2021112600U
Authority: RU
Inventors: Николай Николаевич Слепцов; Иван Германович Тараканов; Данила Бенцианович Попов; Алексей Александрович Анташкевич
Priority date: 2021-04-30
Filing date: 2021-04-30
Publication date: 2021-10-12

Abstract

Полезная модель относится к оборудованию для сельского хозяйства и биологических исследований, в частности к климатическим камерам для выращивания растений, которая включает источники облучения растений, системы регулирования микроклимата, полива растений, управления режимом облучения, при этом источники облучения выполнены в виде узкополосных светодиодов с максимумами оптического излучения, совпадающими с максимумами поглощения фитофотопигментов, и управляемых программируемым микроконтроллером. Устройство позволит эффективно управлять фотоморфогенетическими реакциями растений и продукционным процессом в целом при проведении фотобиологических исследований в условиях их хозяйственной светокультуры. 1 ил.The utility model relates to equipment for agriculture and biological research, in particular to climatic chambers for growing plants, which includes sources of irradiation of plants, systems for controlling the microclimate, watering plants, controlling the irradiation mode, while the irradiation sources are made in the form of narrow-band LEDs with optical maxima. radiation, coinciding with the absorption maxima of phyto-pigments, and controlled by a programmable microcontroller. The device will make it possible to effectively control the photomorphogenetic reactions of plants and the production process as a whole when carrying out photobiological studies in the conditions of their economic photoculture. 1 ill.

Description

Полезная модель относится к оборудованию для сельского хозяйства и биологических исследований, в частности, к климатическим камерам для выращивания растений.The utility model relates to equipment for agriculture and biological research, in particular, climatic chambers for growing plants.

Известна многосекционная вегетационная установка, которая содержит камеру для выращивания растений, источники излучения, систему поддержания микроклимата, систему полива растений, устройство управления режимом облучения, систему определение параметров и регулирования состава газовой среды растений, воздуховоды, систему кондиционирования воздуха. Воздуховоды системы микроклимата и трубопроводы системы полива растений проходят через все секции камеры, при этом в каждой камере параметры температуры, влажности, газового состава воздуха и режима полива растений поддерживаются на одном уровне, а параметры облучения могут варьироваться в отдельных секциях (патент RU 132309 U1, Вегетационная установка, ΜПК A01G 9/24, 2013).Known multi-section vegetation plant, which contains a chamber for growing plants, radiation sources, a system for maintaining a microclimate, a watering system for plants, a device for controlling the irradiation regime, a system for determining the parameters and regulating the composition of the gaseous medium of plants, air ducts, an air conditioning system. The air ducts of the microclimate system and the pipelines of the plant irrigation system pass through all sections of the chamber, while in each chamber the parameters of temperature, humidity, gas composition of the air and the mode of watering plants are maintained at the same level, and the irradiation parameters can vary in individual sections (patent RU 132309 U1, Vegetation plant, ΜPK A01G 9/24, 2013).

Недостатком устройства является отсутствие возможности одновременного создания в камерах дифференцированных режимов микроклимата в рамках одного цикла выращивания растений.The disadvantage of the device is the inability to simultaneously create differentiated microclimate modes in the chambers within one cycle of plant growing.

Наиболее близким по технической сущности к заявленному изобретению, является выбранная в качестве прототипа климатическая камера для выращивания растений, (патент RU №2739604) включающая источники излучения, системы микроклимата, полива растений, управления режимом облучения, определения параметров и регулирования состава газовой среды растений, воздуховоды и устройство кондиционирования воздуха, в которой источники облучения растений расположены в потолочной части каждой секции климатической камеры и теплоизолированы от внутренней среды.The closest in technical essence to the claimed invention is a climatic chamber for growing plants selected as a prototype, (patent RU No. 2739604) including radiation sources, microclimate systems, watering plants, controlling the irradiation regime, determining parameters and regulating the composition of the gas environment of plants, air ducts and an air conditioning device in which radiation sources for plants are located in the ceiling of each section of the climatic chamber and are thermally insulated from the internal environment.

Основной недостаток указанного устройства является отсутствие возможности динамического поканального диммирования излучателя, что исключает возможность эффективного регулирования плотности потока фотонов в разных диапазонах фотосинтетически активной радиации на разных этапах выращивания растений.The main disadvantage of this device is the lack of the possibility of dynamic channel-by-channel dimming of the emitter, which excludes the possibility of effective regulation of the photon flux density in different ranges of photosynthetically active radiation at different stages of plant growth.

Из анализа известных аналогичных технических решений выявлено, что технической проблемой в данной области является необходимость расширения арсенала средств, позволяющих осуществлять контроль и регулирование фотоморфогенетических реакций растений в нужном для пользователя направлении за счет автоматизации изменения соотношений в составе отдельных участков спектра излучателя во времени.From the analysis of known similar technical solutions, it was revealed that a technical problem in this area is the need to expand the arsenal of tools that allow control and regulation of photomorphogenetic reactions of plants in the direction necessary for the user by automating the change in ratios in the composition of individual sections of the emitter spectrum in time.

Техническим результатом полезной модели является возможность осуществления фундаментальных исследований с раздельным возбуждением фотосистем и сигнальных систем растения, что позволит создавать более экономичные источники облучения для выращивания растений в условиях закрытого грунта.The technical result of the utility model is the possibility of carrying out fundamental research with separate excitation of photosystems and signaling systems of a plant, which will make it possible to create more economical sources of radiation for growing plants in greenhouses.

Для решения указанной проблемы и достижения указанного результата предложена климатическая камера для выращивания растений включающая несущую конструкцию, выполненную в виде алюминиевого каркаса, на котором закреплена система облучения, состоящая из микроконтроллера и набора светодиодных модулей с диммируемыми источниками питания, при этом источники излучения выполнены в виде узкополосных светодиодов с максимумами излучений, совпадающими с максимумами поглощения фитофотопигментов: 640 нм, 660 нм, 730 нм.To solve this problem and achieve the specified result, a climatic chamber for growing plants is proposed, including a supporting structure made in the form of an aluminum frame, on which an irradiation system is fixed, consisting of a microcontroller and a set of LED modules with dimmable power sources, while the radiation sources are made in the form of narrow-band LEDs with emission maxima coinciding with the absorption maxima of phytopotopigments: 640 nm, 660 nm, 730 nm.

Светодиоды, в качестве которых устройство содержит 3 вида красных и один вид синих светодиодов, подобраны таким образом, что максимумы их излучения совпадают с максимумами поглощения фитофотопигментов (фитохромов, криптохромов, фототропинов). Спектральный состав красных светодиодов - ближний красный, красный и дальний красный (640 нм, 660 нм, 730 нм), что позволяет дифференцированно возбуждать молекулы хлорофилла, а и хлорофилла b, активировать и деактивировать фитохром.The LEDs, in the capacity of which the device contains 3 types of red and one type of blue LEDs, are selected in such a way that the maxima of their emission coincide with the absorption maxima of phytophotopigments (phytochromes, cryptochromes, phototropins). The spectral composition of red LEDs is near red, red and far red (640 nm, 660 nm, 730 nm), which makes it possible to differentially excite chlorophyll a and chlorophyll b molecules, to activate and deactivate phytochrome.

Микроконтроллер позволяет динамически изменять соотношения участков спектра, что позволяет проводить исследование влияния на фотоморфогенез растений таких процессов как сумерки, синдром избегания тени, end-of-day эффект, etc., а также эффективно управлять продукционным процессом растений разных морфотипов в условиях светокультуры.The microcontroller allows you to dynamically change the ratios of the spectral regions, which makes it possible to study the influence of such processes as twilight, shadow avoidance syndrome, end-of-day effect, etc. on plant photomorphogenesis, as well as effectively control the production process of plants of different morphotypes under photoculture conditions.

3D-модель устройства проиллюстрирована на чертеже.The 3D model of the device is illustrated in the drawing.

Устройство включает несущую конструкцию, выполненную в виде алюминиевого каркаса 1, на котором закреплена система облучения, состоящая из программируемого микроконтроллера 2 и набора светодиодных модулей 3 с диммируемыми источниками питания и поддон для размещения наблюдаемых объектов 4. На нижнем ярусе устройства расположен бак с питательным раствором и система полива 5. Устройство снабжено светоизолирующим тентом (на рисунке 1 не показан).The device includes a supporting structure made in the form of an aluminum frame 1, on which an irradiation system is fixed, consisting of a programmable microcontroller 2 and a set of LED modules 3 with dimmable power supplies and a pallet for placing the observed objects 4. On the lower tier of the device there is a tank with a nutrient solution and irrigation system 5. The device is equipped with a light-insulating awning (not shown in Figure 1).

Устройство работает по следующему алгоритму. Исследователь создает на ПК программу изменения интенсивности излучения для каждого канала в специально разработанном ПО Lumitest Light Controller. Программа загружается в постоянную память микроконтроллера 2 через порт USB. Микроконтроллер 2 снабжен модулем часов реального времени и посылает управляющие сигналы на источники питания каждого светодиодного модуля 3 согласно расписанию в программе. Питание растений 4 осуществляется с помощью системы полива 5, построенной по принципу периодического затопления.The device works according to the following algorithm. The researcher creates on the PC a program for changing the radiation intensity for each channel in the specially developed Lumitest Light Controller software. The program is loaded into the permanent memory of microcontroller 2 via the USB port. Microcontroller 2 is equipped with a real-time clock module and sends control signals to the power supplies of each LED module 3 according to the schedule in the program. Plant nutrition 4 is carried out using the irrigation system 5, built on the principle of periodic flooding.

По сравнению с прототипом предложенная климатическая камера позволит осуществлять эффективное регулирование продукционного процесса выращиваемых растений за счет управления их фотоморфогенетическими реакциями путем дифференцированного изменения соотношений в составе отдельных участков спектра оптического излучения облучателя во времени с использованием программируемых настроек пускорегулирующей аппаратуры.In comparison with the prototype, the proposed climatic chamber will allow for effective regulation of the production process of grown plants by controlling their photomorphogenetic reactions by differentiated changes in the ratios in the composition of individual sections of the optical radiation spectrum of the irradiator in time using programmable settings of the control gear.

Claims

A climatic chamber for growing plants, characterized in that it includes a supporting structure made in the form of an aluminum frame, on which an irradiation system is fixed, consisting of a microcontroller and a set of LED modules with dimmable power supplies, while the radiation sources are made in the form of narrow-band LEDs with maxima emissions coinciding with the absorption maxima of phytopotopigments: 640 nm, 660 nm, 730 nm.