ينمو الخس الأخضر المورق بشكل جيد في محلول مغذي داخل خزانات الزراعة، ويتم التحكم فيه بالكامل من خلال العديد من أجهزة استشعار جودة المياه التي تعمل بهدوء.
في مختبر جامعي بمقاطعة جيانغسو، تنمو دفعة من الخس بقوة دون تربة، بفضل نظام مراقبة ذكي للزراعة المائية قائم على تقنية إنترنت الأشياء ضيقة النطاق. أوضح الباحث تشانغ جينغ أن النظام يستخدم أجهزة استشعار متعددة لجودة المياه لمراقبة معايير محلول المغذيات آنيًا، بالإضافة إلى أساليب تحكم ضبابية لضبط جودة المياه تلقائيًا وفقًا لاحتياجات المحصول.
مع تزايد انتشار تقنية الزراعة المائية، تلعب مستشعرات جودة المياه غير الظاهرة دورًا متزايد الأهمية. بدءًا من مؤسسات البحث العلمي المتخصصة ووصولًا إلى المنازل، تُحدث أنظمة الزراعة المائية الذكية تحولًا جذريًا في أساليب الزراعة التقليدية.
01 الحالة الحالية لتكنولوجيا الزراعة المائية
مقارنةً بزراعة التربة التقليدية، تُمكّن الزراعة المائية من نمو أسرع للمحاصيل وتقلل من مشاكل الآفات. ولأن المحاصيل تمتص العناصر الغذائية باستمرار من المحلول المغذي، فمن الضروري مراقبة جودة مياه المحلول المغذي المائي بدقة وسرعة، وتجديد العناصر الغذائية عند الحاجة.
في السنوات الأخيرة، ومع تطور تكنولوجيا الاستشعار وخفض التكاليف، بدأت أنظمة الزراعة المائية الذكية بالانتقال من مؤسسات البحث إلى الأسر العادية.
يتكون نظام الزراعة المائية الذكي النموذجي عادةً من ثلاثة مكونات رئيسية: أجهزة الاستشعار، وأجهزة التحكم، والمشغلات.
من بين هذه الأجهزة، تتولى المستشعرات جمع مختلف معايير جودة المياه، لتكون بمثابة "عيون" و"آذان" للنظام. دقتها واستقرارها يحددان بشكل مباشر نجاح أو فشل نظام الزراعة المائية بأكمله.
02 نظرة عامة مفصلة على أجهزة الاستشعار الأساسية
أجهزة استشعار الرقم الهيدروجيني
تُعدّ قيمة الرقم الهيدروجيني (pH) أساسية لنمو المحاصيل في الزراعة المائية. وكما يعلم أي شخص يعمل في مجال تربية الأحياء المائية، فإن النطاق الأمثل للرقم الهيدروجيني (pH) للمسطحات المائية يتراوح بين 7.5 و8.5.
تكتشف أجهزة استشعار جودة المياه درجة الحموضة (pH) تركيز أيونات الهيدروجين في المواد المقاسة وتحولها إلى إشارات خرج قابلة للاستخدام.
تتفاعل أيونات الهيدروجين (H+) في المحلول مع قطب المستشعر لإنتاج إشارة جهد، وتتناسب قيمة الجهد طرديًا مع تركيز أيونات الهيدروجين (H+). بقياس إشارة الجهد، يمكن الحصول على قيمة الرقم الهيدروجيني (pH) المقابلة للمحلول.
تتوفر تجاريا أجهزة استشعار درجة الحموضة المتخصصة والمصممة للتطبيقات المائية، مثل أجهزة استشعار درجة الحموضة المائية الأوتوماتيكية التي تدعم بروتوكولات الاتصال القياسية، مع نطاقات قياس تتراوح من 0-14.00 درجة حموضة ودقة تصل إلى 0.01 درجة حموضة، مما يتيح المراقبة والتحكم الدقيقين.
مستشعرات الأكسجين المذاب
يُعدّ الأكسجين المذاب عاملاً أساسياً لنموّ جذور سليم في المحاصيل المائية. فالمسطحات المائية غير الملوثة بالمواد المستهلكة للأكسجين تحافظ على مستوى الأكسجين المذاب عند مستويات التشبع.
تقوم أجهزة استشعار الأكسجين المذاب بقياس كمية الأكسجين المذاب في الماء.
تتخلل جزيئات الأكسجين من المحلول المُقاس الغشاء الانتقائي للمستشعر، وتخضع لتفاعلات اختزال أو أكسدة مقابلة عند الكاثود والأنود الداخليين، مُولِّدةً في الوقت نفسه إشارات تيار. 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، ومناسب للفحص العشوائي والتطبيقات التحليلية.
أجهزة استشعار تركيز الأيونات
تُعدّ مستشعرات تركيز الأيونات معداتٍ أساسيةً لمراقبة تركيب محاليل المغذيات. وتؤثر تركيزات أيونات مُحددة، مثل النترات والأمونيوم والكلوريد، بشكلٍ مباشر على نموّ المحاصيل.
على 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 المحاليل المائية من جامعة زراعية تدمج أقطاب الأيونات وأجهزة استشعار درجة الحرارة وأجهزة استشعار الرقم الهيدروجيني، مما يتيح فهمًا سريعًا لتغيرات تركيز الأيونات واختلافات درجة الحرارة وتغيرات الرقم الهيدروجيني في المحاليل المائية.
أجهزة استشعار التوصيل الكهربائي (EC)
الموصلية الكهربائية هي مؤشر رئيسي لقياس تركيز الأيونات الكلي في المحلول المغذي، مما يعكس بشكل مباشر مستوى خصوبة المحلول المغذي.
تقدم أجهزة إرسال EC الأوتوماتيكية المصممة خصيصًا للري الزراعي والزراعة المائية نطاقات قياس تصل إلى 0-4000 µS/cm، وتدعم بروتوكولات الإخراج القياسية، وقادرة على الاتصال بمضخات الجرعات/الصمامات والتحكم في مفاتيح المضخات/الصمامات.
أجهزة استشعار درجة الحرارة والعكارة
تؤثر درجة الحرارة على نمو جذور المحصول والنشاط الأيضي، في حين تعكس العكارة كمية الجسيمات العالقة في المحلول المغذي.
في مشاريع خزانات الزراعة المائية الذكية، يمكن للمطورين استخدام وحدات استشعار درجة الحرارة والرطوبة الرقمية عالية الدقة، مع دقة درجة حرارة نموذجية تبلغ ±0.3 درجة مئوية ودقة 0.01 درجة مئوية.
يمكن استخدام أجهزة استشعار العكارة المتخصصة مع الأجهزة متعددة المعلمات لمراقبة مستوى العكارة في المحاليل الغذائية.
03 التطبيقات المتكاملة في الأنظمة الذكية
غالبًا ما تكون البيانات من أجهزة الاستشعار الفردية غير كافية لتعكس البيئة المائية الكاملة بشكل شامل، مما يجعل دمج أجهزة الاستشعار المتعددة اتجاهًا متزايدًا في أنظمة الزراعة المائية الذكية.
يمكن دمج المجسات متعددة المعلمات 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 تعتمد على إنترنت الأشياء للزراعة المائية والتي تستخدم واجهات التطبيقات المحمولة لمراقبة المعلمات البيئية المائية في الوقت الحقيقي، جنبًا إلى جنب مع طرق التحكم الذكية لضبط معلمات جودة مياه المحلول المغذي بناءً على الخبرة التشغيلية واحتياجات المحاصيل.
وتظهر نتائج الاختبار أنه عندما تقوم مثل هذه الأنظمة بتنظيم المحاليل الغذائية، فإن المعلمات الرئيسية مثل الرقم الهيدروجيني والتوصيل الكهربائي يمكنها الحفاظ على قيم محددة مسبقًا ضمن أطر زمنية معقولة.
04 التحديات التقنية والاتجاهات المستقبلية
على الرغم من التقدم الملحوظ الذي أحرزته تكنولوجيا مستشعرات الزراعة المائية، إلا أن العديد من التحديات لا تزال قائمة. يُعدّ الاستقرار طويل الأمد، والقدرة على مقاومة التلوث، وتكرار معايرة المستشعرات من القضايا الرئيسية في التطبيقات العملية.
تكون الأقطاب الكهربائية الانتقائية للأيونات عرضة بشكل خاص للتداخل من الأيونات الأخرى وتتطلب معايرة منتظمة.
ستتطور أجهزة الاستشعار المائية المستقبلية نحو التعدد الوظيفي والذكاء وخفض التكلفة.
تتيح أنظمة الاستشعار المتقدمة بالفعل قياسًا عالي الأداء للعديد من المعلمات، بما في ذلك الكلوروفيل، والأصباغ، والفلورسنت، والعكارة، والمزيد.
وفي الوقت نفسه، ومع تطوير المشاريع مفتوحة المصدر، تنخفض الحواجز أمام الدخول إلى أنظمة الزراعة المائية الذكية، مما يتيح لمزيد من الناس المشاركة في هذا التحول الزراعي.
اليوم، يتزايد عدد سكان المدن الذين يجربون الزراعة المائية المنزلية. على شرفات المنازل في مختلف المدن، تنمو الخضراوات الورقية بقوة في خزانات مائية ذكية تعتمد على منصات تحكم دقيقة شائعة.
"تعتبر أجهزة استشعار جودة المياه جوهر أنظمة الزراعة المائية، فهي مثل "براعم التذوق" للنباتات، وتخبرنا بالعناصر الغذائية التي تحتاج إلى تعديل"، كما وصف أحد المتحمسين.
إن التطورات المستمرة في تكنولوجيا الاستشعار تعمل على تحويل الزراعة الدقيقة من المثالية إلى حقيقة واقعة.
يمكننا أيضًا تقديم مجموعة متنوعة من الحلول لـ
1. عداد محمول لجودة المياه متعدد المعايير
2. نظام العوامات العائمة لجودة المياه متعددة المعايير
3. فرشاة التنظيف التلقائية لمستشعر المياه متعدد المعلمات
4. مجموعة كاملة من الخوادم ووحدة البرامج اللاسلكية، تدعم RS485 GPRS /4g/WIFI/LORA/LORAWAN
لمزيد من مستشعر المياه معلومة،
يرجى الاتصال بشركة Honde Technology Co., LTD.
Email: info@hondetech.com
موقع الشركة:www.hondetechco.com
هاتف: +86-15210548582
وقت النشر: ٧ نوفمبر ٢٠٢٥