فصلنامه مدیریت محیط زیست شهری

پیکربندی بی سیم برای اتوماسیون گلخانه هوشمند: یک رویکرد اقتصادی و کارآمد

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 دانشجوی دانشگاه تحصیلات تکمیلی صنعتی و فناوری پیشرفته

2 دانشکده مهندسی برق و کامپیوتر - دانشگاه تحصیلات تکمیلی صنعتی و فناوری پیشرفته

3 دانشگاه تحصیلات تکمیلی صنعتی و فناوری پیشرفته

چکیده
سیستم‌های اتوماسیون گلخانه هوشمند شامل حسگرها، کنترل‌کننده‌ها، شبکه‌های ارتباطی و نرم‌افزارهای مدیریتی است و پایش وضعیت گلخانه را به صورت زمان حقیقی انجام می‌دهد. حسگرها برای اندازه‌گیری و کنترل پارامترهای مختلفی مانند دما، رطوبت، نور، غلظت CO2 استفاده می‌شوند. با توجه به اینکه سیم‌کشی بین حسگرها و کنترل‌کننده‌ها یکی از محدودیت‌های اصلی توسعه گلخانه‌های هوشمند است، استفاده از شبکه‌های مخابراتی بی‌سیم مناسب می‌تواند علاوه بر کاهش زمان نصب و راه‌اندازی، هزینه‌های نصب و راه‌اندازی را نیز به شدت کاهش دهد. ضمن اینکه می‌توان اطلاعات سیستم کنترل هوشمند را از طریق اینترنت در اختیار کاربر قرار داد، تا بتواند در هر زمان و هر مکان نظارت و کنترل عوامل مدنظر را انجام دهد. در این پژوهش یک پیکربندی بی‌سیم اقتصادی و کارآمد برای اتوماسیون گلخانه‌ها ارائه می‌شود تا بتوان با کمترین هزینه و تغییرات، گلخانه‌های سنتی را به گلخانه هوشمند تبدیل نمود. در این پیکربندی از حسگرهای متعددی برای اندازه‌گیری پارامترهای محیطی گلخانه مانند دما، رطوبت هوا، شدت نور، رطوبت خاک و غلظت CO2 استفاده شده است. با توجه به گستردگی حسگرها در محیط گلخانه، ارتباط بین این حسگرها با ایستگاه پایش وضعیت به صورت بی‌سیم و با استفاده از دو پروتکل WiFi و ZigBee بررسی شده است. با توجه به اینکه ماژول WiFi نسبت به ماژول‌های ZigBee ارزان‌تر هستند، در گلخانه‌هایی که آلودگی فرکانسی 2.4 GHz وجود ندارد، استفاده از پروتکل WiFi توجیه اقتصادی دارد. در غیر این صورت پیشنهاد می‌گردد از ماژول‌های ZigBee با فرکانس زیر یک گیگاهرتز (900MHz) و یا از WiFi در باند 5 GHz استفاده گردد.

کلیدواژه‌ها


[1] United Nations, Transforming our world: the 2030 Agenda for Sustainable Development. [online]. Available: https://wedocs.unep.org/20.500.11822/9814. (Accessed on Jun. 28, 2023). 
[2] C. Kittas, N. Katsoulas, T. Bartzanas and S. Bakker, "Greenhouse climate control and energy use," in Good Agricultural Practices for greenhouse vegetable crops, Roma, Food and Agriculture Organization of the United Nations (FAO), 2013. pp. 63–95. Available online: https://www.fao.org/3/i3284e/i3284e.pdf (accessed on July 03, 2023). 
[3] Akrami M, Salah AH, Javadi AA, Fath HE, Hassanein MJ, Farmani R, Dibaj M, Negm A. Towards a sustainable greenhouse: Review of trends and emerging practices in analysing greenhouse ventilation requirements to sustain maximum agricultural yield. Sustainability. 2020 Apr 1;12(7):2794. doi:10.3390/su12072794. 
[4] Dhanaraju M, Chenniappan P, Ramalingam K, Pazhanivelan S, Kaliaperumal R. Smart farming: Internet of Things (IoT)-based sustainable agriculture. Agriculture. 2022 Oct 21;12(10):1745. 
[5] Tapuwa Mashangwa, Greenhouses part 2: An option for maximised production. https://blog.growlink.com/the-history-of-greenhouses (accessed on July 03, 2023). 
[6] Rezvani SM, Shamshiri RR, Moghaddam JJ, Balasundram SK, Hameed IA. Digital Agriculture in Iran: Use Cases, Opportunities, and Challenges. Digital Agriculture, Methods and Applications. 2022 Oct 28. DOI: 10.5772/intechopen.103967 
[7] Soheli SJ, Jahan N, Hossain MB, Adhikary A, Khan AR, Wahiduzzaman M. Smart greenhouse monitoring system using internet of things and artificial intelligence. Wireless Personal Communications. 2022 Jun;124(4):3603-34. 
[8] Gupta MJ, Chandra P. Effect of greenhouse design parameters on conservation of energy for greenhouse environmental control. Energy. 2002 Aug 1;27(8):777-94. 
[9] Badji A, Benseddik A, Bensaha H, Boukhelifa A, Hasrane I. Design, technology, and management of greenhouse: A review. Journal of Cleaner Production. 2022 Aug 28:133753.
10-محمدرضا حسندخت، مدیریت گلخانه (تکنولوژی تولید محصولات گلخانه ای)، انتشارات سلسبیل، 1386. شابک10رقمی:  9648903468
11- ترجمه پل.وی. نیسون. سازمان پارکها و فضای سبز شهر تهران مدیریت گلخانه (جلد 1)، 1374 
[12] R. Rayhana, G. Xiao, and Z. Liu, "Internet of Things empowered smart greenhouse farming," IEEE Journal of Radio Frequency Identification, vol. 4, no. 3, pp. 195-211, 2020. 
[13] Xiao, Yang, and Yi Pan, Emerging wireless LANs, wireless PANs, and wireless MANs: IEEE 802.11, IEEE 802.15, 802.16 wireless standard family, John Wiley & Sons, 2009. 
[14] Liu, Ruoshui, and Ian J. Wassell. "Opportunities and challenges of wireless sensor networks using cloud services." Proceedings of the workshop on Internet of Things and Service Platforms. 2011. 
[15] P. C. Pinto and M. Z. Win, ”Communication in a Poisson Field of Interferers–Part I: Interference Distribution and Error Probability,” in IEEE Transactions on Wireless Communications, vol. 9, no. 7, pp. 2176-2186, July 2010. 
[16] Chaitanya Kumar D, Adiraju RV, Pasupuleti S, Nandan D. A review of smart greenhouse farming by using sensor network technology. InProceedings of International Conference on Recent Trends in Machine Learning, IoT, Smart Cities and Applications: ICMISC 2020 2021 (pp. 849-856). Springer Singapore. doi.org/10.1007/978-981-15-7234-0_79. 
[17] Naidu GA, Kumar J., Wireless protocols: WiFi son, Bluetooth, ZigBee, z-wave, and WiFi. In Innovations in Electronics and Communication Engineering: Proceedings of the 7th ICIECE 2018 2019 (pp. 229-239). Springer Singapore. 
[18] L. Guoli, Z. Chuang, and M. Fuyuan, "Design of remote monitoring and control system for agricultural greenhouse environment based on ESP32," Journal of Chinese Agricultural Mechanization, vol. 43, no. 3, p. 47, 2022. 
[19] Afolaranmi SO, Ramis Ferrer B, Martinez Lastra JL. Technology Review: prototyping platforms for monitoring ambient conditions. International Journal of Environmental Health Research. 2018 May 4;28(3):253-79. doi.org/10.1080/09603123.2018.1468423. 
[20] Porwal A, Tulchhia A. Weather Forecasting in Real Time using IoT and Machine Learning (Chapter 3). Trends in Agriculture using IoT., AkiNik Publications, New Delhi, 2022. 
[21] Hoddie P, Prader L. IoT Development for ESP32 and ESP8266 with JavaScript: A Practical Guide to XS and the Moddable SDK., Apress; 2020 Jun 25. 
[22] Farooq MS, Riaz S, Helou MA, Khan FS, Abid A, Alvi A. Internet of Things in Greenhouse Agriculture: A Survey on Enabling Technologies, Applications, and Protocols. IEEE Access. 2022 Apr 11;10:53374-97.

  • تاریخ دریافت 16 تیر 1402
  • تاریخ بازنگری 30 مرداد 1402
  • تاریخ پذیرش 07 شهریور 1402
  • تاریخ اولین انتشار 07 شهریور 1402
  • تاریخ انتشار 01 تیر 1402