الزراعة المائية الذكية تُشعل ثورة زراعية، وأجهزة الاستشعار متعددة المعايير تُصبح أبطالاً مجهولين.

ينمو الخس الأخضر النضر في محلول مغذي داخل خزانات الزراعة، ويتم التحكم في كل ذلك بواسطة العديد من أجهزة استشعار جودة المياه التي تعمل بهدوء.

في مختبر جامعي بمقاطعة جيانغسو، تنمو مجموعة من الخس بقوة دون تربة، بفضل نظام مراقبة ذكي للزراعة المائية يعتمد على تقنية إنترنت الأشياء ذات النطاق الضيق. وأوضح الباحث تشانغ جينغ أن النظام يستخدم عدة مستشعرات لجودة المياه لمراقبة معايير المحلول المغذي في الوقت الفعلي، بالإضافة إلى أساليب تحكم ضبابية لضبط جودة المياه تلقائيًا وفقًا لاحتياجات المحصول.

مع ازدياد انتشار تقنية الزراعة المائية، تضطلع أجهزة استشعار جودة المياه غير الظاهرة بدور متزايد الأهمية. فمن المؤسسات البحثية المتخصصة إلى المنازل العادية، تُحدث أنظمة الزراعة المائية الذكية تحولاً هادئاً في أساليب الزراعة التقليدية.

1. الوضع الحالي لتكنولوجيا الزراعة المائية

بالمقارنة مع الزراعة التقليدية في التربة، تُتيح الزراعة المائية نموًا أسرع للمحاصيل وتُقلل من مشاكل الآفات. ولأن المحاصيل تمتص العناصر الغذائية باستمرار من المحلول المغذي، فمن الضروري مراقبة معايير جودة المياه في المحلول المغذي للزراعة المائية بدقة وسرعة، وتجديد العناصر الغذائية حسب الحاجة.

في السنوات الأخيرة، ومع تطور تكنولوجيا الاستشعار وانخفاض التكاليف، بدأت أنظمة الزراعة المائية الذكية بالانتقال من المؤسسات البحثية إلى المنازل العادية.

يتكون نظام الزراعة المائية الذكي النموذجي عادةً من ثلاثة مكونات رئيسية: أجهزة الاستشعار، وأجهزة التحكم، والمشغلات.

ومن بين هذه المكونات، تتولى أجهزة الاستشعار مسؤولية جمع مختلف معايير جودة المياه، فهي بمثابة "عيون" و"آذان" النظام. وتحدد دقتها واستقرارها بشكل مباشر نجاح أو فشل نظام الزراعة المائية بأكمله.

02 نظرة عامة مفصلة على أجهزة الاستشعار الأساسية

مجسات قياس الرقم الهيدروجيني

تُعدّ قيمة الرقم الهيدروجيني (pH) عاملاً حاسماً لنمو المحاصيل في الزراعة المائية. وكما يعلم أي شخص يعمل في مجال الاستزراع المائي، فإن النطاق الأمثل للرقم الهيدروجيني في المسطحات المائية يتراوح بين 7.5 و 8.5.

تقوم أجهزة استشعار جودة المياه التي تعمل على قياس درجة الحموضة بالكشف عن تركيز أيون الهيدروجين في المواد المقاسة وتحويله إلى إشارات خرج قابلة للاستخدام.

تتفاعل أيونات الهيدروجين (H+) في المحلول مع قطب المستشعر لتوليد إشارة جهد كهربائي، وتتناسب شدة هذا الجهد طرديًا مع تركيز أيونات الهيدروجين. ومن خلال قياس إشارة الجهد، يمكن الحصول على قيمة الرقم الهيدروجيني (pH) للمحلول.

تتوفر تجارياً أجهزة استشعار درجة الحموضة المتخصصة المصممة لتطبيقات الزراعة المائية، مثل أجهزة استشعار درجة الحموضة المائية الأوتوماتيكية التي تدعم بروتوكولات الاتصال القياسية، مع نطاقات قياس من 0 إلى 14.00 درجة حموضة ودقة تصل إلى 0.01 درجة حموضة، مما يتيح المراقبة والتحكم الدقيقين.

أجهزة استشعار الأكسجين المذاب

يُعدّ الأكسجين المذاب عاملاً أساسياً لنمو الجذور بشكل صحي في المحاصيل المزروعة بتقنية الزراعة المائية. وتحافظ المسطحات المائية غير الملوثة بالمواد المستهلكة للأكسجين على مستويات الأكسجين المذاب عند مستويات التشبع.

تقيس أجهزة استشعار الأكسجين المذاب كمية الأكسجين المذاب في الماء.

تتخلل جزيئات الأكسجين من المحلول المقاس الغشاء الانتقائي للمستشعر وتخضع لتفاعلات اختزال أو أكسدة مقابلة عند المهبط والمصعد الداخليين، مما يولد إشارات تيار كهربائي في آن واحد. تتناسب شدة التيار طرديًا مع تركيز الأكسجين المذاب.

تتوفر أجهزة استشعار الأكسجين المذاب الاحترافية بتصميمات مختلفة: بعضها قادر على تحمل الظروف البيئية القاسية مع توفير دقة ممتازة؛ والبعض الآخر مُحسَّن لوقت الاستجابة، وهو مناسب للفحص الموضعي والتطبيقات التحليلية.

مجسات تركيز الأيونات

تُعد أجهزة استشعار تركيز الأيونات من المعدات الأساسية لمراقبة تركيب المحلول المغذي. وتؤثر تركيزات أيونات محددة مثل النترات والأمونيوم والكلوريد بشكل مباشر على نمو المحاصيل.

فعلى سبيل المثال، يمكن لأجهزة استشعار أيونات الأمونيوم المتخصصة قياس محتوى الأمونيوم في المياه الطبيعية والمياه السطحية والمياه الجوفية والتطبيقات الزراعية المختلفة.

براءة اختراع لجهاز استشعار تركيز الأيونات في المحلول المائي من جامعة زراعية تدمج أقطاب الأيونات ومستشعرات درجة الحرارة ومستشعرات الرقم الهيدروجيني، مما يتيح فهمًا سريعًا لتغيرات تركيز الأيونات وتغيرات درجة الحرارة وتغيرات الرقم الهيدروجيني في المحاليل المائية.

مجسات التوصيل الكهربائي (EC)

تعتبر الموصلية الكهربائية مؤشراً رئيسياً لقياس تركيز الأيونات الكلي في المحلول المغذي، مما يعكس بشكل مباشر مستوى خصوبة المحلول المغذي.

توفر أجهزة الإرسال التلقائية للتيار الكهربائي المصممة خصيصًا للري الزراعي والزراعة المائية نطاقات قياس تصل إلى 0-4000 ميكروسيمنز/سم، وتدعم بروتوكولات الإخراج القياسية، وقادرة على الاتصال بمضخات/صمامات الجرعات والتحكم في مفاتيح المضخة/الصمام.

مجسات درجة الحرارة والتعكر

تؤثر درجة الحرارة على نمو جذور المحاصيل ونشاطها الأيضي، بينما تعكس العكارة كمية الجزيئات العالقة في المحلول المغذي.

في مشاريع خزانات الزراعة المائية الذكية في البيوت الزجاجية، يمكن للمطورين استخدام وحدات استشعار درجة الحرارة والرطوبة الرقمية عالية الدقة، مع دقة نموذجية لدرجة الحرارة تبلغ ±0.3 درجة مئوية ودقة تبلغ 0.01 درجة مئوية.

يمكن استخدام أجهزة استشعار العكارة المتخصصة مع أجهزة متعددة المعايير لمراقبة مستوى عكارة المحاليل المغذية.

03 التطبيقات المتكاملة في الأنظمة الذكية

غالباً ما تكون البيانات من أجهزة الاستشعار الفردية غير كافية لتعكس بشكل شامل بيئة الزراعة المائية الكاملة، مما يجعل دمج أجهزة الاستشعار المتعددة اتجاهاً متزايداً في أنظمة الزراعة المائية الذكية.

يمكن دمج المجسات متعددة المعايير ذات التصميمات الفعالة من حيث التكلفة بسهولة مع أنظمة التحكم وأنظمة القياس عن بعد، وهي مناسبة للنشر على المدى الطويل.

قامت فرق البحث بتطوير أنظمة مراقبة ذكية قائمة على إنترنت الأشياء للزراعة المائية تستخدم واجهات تطبيقات الهاتف المحمول للمراقبة في الوقت الحقيقي للمعايير البيئية للزراعة المائية، بالإضافة إلى أساليب التحكم الذكية لضبط معايير جودة مياه المحلول المغذي بناءً على الخبرة التشغيلية واحتياجات المحاصيل.

تظهر نتائج الاختبار أنه عندما تنظم هذه الأنظمة محاليل المغذيات، يمكن للمعايير الرئيسية مثل الرقم الهيدروجيني والتوصيل الكهربائي الحفاظ على قيم محددة مسبقًا مستقرة في غضون فترات زمنية معقولة.

04 التحديات التقنية والاتجاهات المستقبلية

على الرغم من التقدم الكبير الذي أحرزته تكنولوجيا أجهزة الاستشعار في الزراعة المائية، إلا أن العديد من التحديات لا تزال قائمة. وتُعدّ الاستقرارية طويلة الأمد، ومقاومة التلوث، وتواتر معايرة أجهزة الاستشعار من القضايا الرئيسية في التطبيقات العملية.

تُعد الأقطاب الكهربائية الانتقائية للأيونات على وجه الخصوص عرضة للتداخل من الأيونات الأخرى وتتطلب معايرة منتظمة.

ستتطور أجهزة الاستشعار المستقبلية للزراعة المائية نحو تعدد الوظائف والذكاء وخفض التكاليف.

تتيح أنظمة الاستشعار المتقدمة بالفعل قياسًا عالي الأداء لمعايير مختلفة، بما في ذلك الكلوروفيل والأصباغ والفلورة والتعكر وغيرها.

وفي الوقت نفسه، ومع تطور المشاريع مفتوحة المصدر، تتضاءل الحواجز التي تحول دون دخول أنظمة الزراعة المائية الذكية، مما يتيح لعدد أكبر من الناس المشاركة في هذا التحول الزراعي.

اليوم، يتزايد عدد سكان المدن الذين يجربون الزراعة المائية المنزلية. ففي شرفات المنازل في مختلف المدن، تنمو الخضراوات الورقية بكثافة في خزانات الزراعة المائية الذكية التي تعتمد على منصات التحكم الدقيقة الشائعة.

"أجهزة استشعار جودة المياه هي جوهر أنظمة الزراعة المائية - فهي مثل "براعم التذوق" للنباتات، تخبرنا بالعناصر الغذائية التي تحتاج إلى تعديل"، هكذا وصفها أحد المتحمسين.

إن التطورات المستمرة في تكنولوجيا أجهزة الاستشعار تحول الزراعة الدقيقة من مجرد فكرة مثالية إلى واقع ملموس.

كما يمكننا تقديم مجموعة متنوعة من الحلول لـ

1. جهاز قياس محمول باليد لقياس جودة المياه متعددة المعايير

2. نظام العوامات العائمة لقياس جودة المياه متعددة المعايير

3. فرشاة تنظيف تلقائية لمستشعر الماء متعدد المعايير

4. مجموعة كاملة من الخوادم ووحدة البرامج اللاسلكية، تدعم RS485 وGPRS و4G وWIFI وLORA وLORAWAN

لمزيد من مستشعرات المياه معلومة،

يرجى الاتصال بشركة Honde Technology Co., LTD.

Email: info@hondetech.com

موقع الشركة الإلكتروني:www.hondetechco.com

الهاتف: +86-15210548582