Климатическая камера для выращивания растений

Полезная модель относится к оборудованию для сельского хозяйства и биологических исследований, в частности, к климатическим камерам для выращивания растений.
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).
Недостатком устройства является отсутствие возможности одновременного создания в камерах дифференцированных режимов микроклимата в рамках одного цикла выращивания растений.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
3D-модель устройства проиллюстрирована на чертеже.
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).
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.
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.