Energetikai faültetvény öntözőrendszer vezérlésének fejlesztése

Olyan struktúrát dolgoztam ki, ami teljesen átlátható és felügyelhető. Egy komplex vezérlés kifejlesztése volt a cél, amivel a környezeti hatásokat és csapásokat teljesen le tudom követni, és ha szükséges könnyen be is tudok avatkozni. A lenti cikkemben szeretném röviden ismertetni, az eddigi kutatásaim eredményét.

A termőhely bemutatása

A termőhely kiválasztásánál fontos szempont volt számomra a változatos talaj, és klíma ezért a minta ültetvény létrehozásához a Tési-fennsíkot választottam. A Tési-fennsík Budapesttől 110 kilométerre, Várpalotától északra található. A Bakony déli részének eme tája mindössze 4-500 méterrel a tengerszint felett található, mészkő alapkőzeten, 1,5-5 méter változó vastagságú lösztakaróval.

Fontosnak tartottam, hogy mielőtt a megtervezett módon elültem a csemetéket. Elvégzem a szükséges talajvizsgálatokat. A mintákat 10-30-60 cm mélyről vettem, több helyszínen. A talaj ásványi anyag tartalma megfelelő volt. A talajtakaró külön tápanyag bevitelt nem igényel, de Én két vizsgálati csoportot különítettem el: az "A jelű" mintát tápoldattal és trágyázással is kezelem a folyamatos öntözés mellett  a "B jelű" mintát pedig csak folyamatosan öntözöm.

Az ültetvény bemutatása

A kutatási terület mintegy 220 m2- en helyezkedik el. Az ültetvényen három alapfajt ültettünk el: a fehér akácot (Robinia pseudoacacia), a közönséges császárfát (Paulownia tomentosa), illetve etalon fának, ami őshonos a fennsíkon a kocsányos tölgyet (Quercus robur). A növényeket 2×3 méteres raszterekbe ültettem mindegyik növényből egy mintába 6 db-ot, azaz összesen tizenkettőt, a két minta között pedig elhagytam egy biztonsági sávot, szélessége 5 m. A szenzorokat úgy osztottam el, hogy minden hatos csoport kapjon egy talajnedvesség mérő-, egy páratartalom és hőmérsékletmérő-, egy fényerősségmérő szenzort, ezáltal folyamatosan tudom monitorozni a mintákat. Az eddigi mérésekből kiderül, hogy a klimatológiai feltételek is megfelelőek egy komolyabb energetikai ültetvény létrehozására a fennsíkon, habár hangsúlyoznám itt is, hogy 8 hónap távlatából még nem célszerű hosszú távú következtetéseket levonni egy ültetvény esetén, de ezen felül az eredmények bizakodással töltenek el.

Öntözőrendszer vezérlés fejlesztése

A kutatásom egyik fő iránya az volt, hogy egy olyan vezérlést fejlesszek ki, amit könnyen be tudok integrálni egy már meglévő öntözőhálózatba is.  Még az egyetemen ismertem meg a Raspberry Pi nevű bankkártya méretű számítógépet. Ezen a parányi számítógépen minden található, amire csak szükségünk van (ahogy a képen is látszik). Ethernet csatlakozási lehetőség a távfelügyelet kialakítására, USB csatlakozók az esetleges perifériák és az egyéb adathordozók csatlakoztatására. De a legfontosabb és leghasznosabb az a negyven csatornás soros port, amihez gyakorlatilag bármit tudok csatlakoztatni: szenzorokat, reléket, egyéb analóg vezérlőket. A számítógép saját operációs rendszerét használja, ami linux alapú.

Ahogy a lenti ábrán jól látszik, centralizáltan akarom a vezérlést kialakítani. Első körben a Raspberry Pi-vel (1), szeretném megoldani a távfelügyeletet, egy adapter segítségével (3), illetve ha bármi gond adódna, akár távolról is tudjam módosítani a második szinten lévő vezérlő panelt, melynek típusa: Arduino mega (2).

Mikro-számítógép külön tápról is működik (egyszerű napelemes, töltő 5000mA), ha esetleg valami oknál fogva megszűnik, az akkumulátorok felől az energia ellátás. Második szinten található a vezérlőpanel (2), ami gyakorlatilag a rendszer mozgatórugója. Közvetlenül a Raspberryhez (1) csatlakozik, ő kapja a jeleket a szenzoroktól (4-5-6), és továbbítja azt. Ha kell, a szenzorok alapján kapcsol egy relét (8), ami kapcsol egy öntöző szivattyút.

A vezérlőpanel (2) ellenőrzi még a folyamatos vízellátást is és a megfelelő tápanyag szintet (4), ha a kapott értéke egy bizonyos szint alá esnek, azonnal jelet küld a Raspberrynek és kapcsolja a megfelelő reléket (7). A harmadik szinten találhatóak a különböző szenzorok (4-5-6), amit a vezérlés szemei. Szenzorok (4-5-6) ellenőrzik folyamatosan a földnedvességet (4), fényerőséget (5), hőmérsékletet és a levegő páratartalmát (4). Mindegyik szenzor lefedi a másik ható távolságát, hogy az esetleges meghibásodásokat könnyen ki tudjuk küszöbölni. Ezen a szinten található még a relék (7) is, ami közvetlen beavatkozást tesz lehetővé. A Raspberry Pi (1) külön monitorozza a reléket, az esetlegesen bekövetkező meghibásodások megelőzése érdekében. Az elkészült vezérlés így néz ki a valóságban:

Sajnos készen nem ált rendelkezésre vezérlő ház így teljesen egyedileg kellett megterveznem az összes alkatrészt, beleszámítva a plexi lemezt is, amire az egészet rá tudtam építeni. Egy 3d tervező program segítségével kellett az összes alkatrészt berajzolnom ahhoz, hogy ki tudjam alakítani a vezérlést.

Az öntöző rendszer áramellátásánál mindenképp több megújuló energiát akartam összekapcsolni, ezt sajnos mind a véges anyagi háttér és a folyamatos rendszer felügyelet miatt el kellett vetnem. Visszatértem tehát az eredeti tervemhez és egy "gondozásmentes" napelemes rendszer kiépítésével oldottam meg az áramellátást.

Az öntözőhálózat bemutatása

Az öntözőhálózathoz a megszokott szórófejes rendszert választottam. A földbe 25KPE műanyagcsövet építettem ki, hiszen a kiszámolt 1,2 l/s térfogatáram ~22mm körüli belső átmérőt ír elő. A rendszert kicsit túlméreteztem, mivel belekalkuláltam az esetleges rendszerbővítést is. A kisteljesítményű szórófejeket úgy osztottam el, hogy egy fej 2db csemete csapadékvíz ellátását tudja megoldani. Öntözőfejből összesen18db-ot telepítettem.

Összegzés

Közel egy év távlatából sajnos még messzemenő következtetést nem lehet levonni. Az időjárás és a rendszer nagysága rámutatott pár hiányosságra, amit vagy menetközben kiküszöböltem, vagy még a kisebb hibákra nem találtam megoldást. Jó pár szenzor még jelenleg is tesztelés alatt van (ezért nem írtam pontos típust). A rendszernek alapvetően van létjogosultsága, de egy energetikai ültetvénynél pár év távlatából is nehéz bármiféle következtetést levonni, jelen mérések, ahogy fentebb is leírtam bíztatóak, de a hozamszámításoknál még nem mérvadó. Bízok benne, hogy a közeljövőben sikerül még több pályázati pénzt elnyernem a kutatásaimhoz.

Forrás: Sári Jzsef