Μέθοδοι και τεχνικές εμπειρικής έρευνας στο μάθημα της Ερευνητικής Εργασίας ΓΕΛ Γαβαλούς Τμήμα Α1 Επιβλέπων: Σταύρος Αθανασόπουλος
Θέμα ερευνητικής εργασίας Χρήση αισθητήρων και σχετικών αλγοριθμικών τεχνικών για την εξοικονόμηση ενέργειας και φυσικών πόρων σε καλλιέργειες κηπευτικών με ελεγχόμενες κλιματικές συνθήκες
Αντικείμενο της εργασίας Αυτόματη ελαχιστοποίηση κατανάλωσης ενέργειας και φυσικών πόρων για τη θέρμανση και την άρδευση καλλιεργειών σε θερμοκήπια μέσω της αξιοποίησης μέτρησης περιβαλλοντικών παραμέτρων από απόσταση
Πώς; Με χρήση αισθητήρων εγκατάσταση και χρήση σε καλλιέργειες κηπευτικών με ελεγχόμενες κλιματικές συνθήκες μελέτη της επίδρασης περιβαλλοντικών παραγόντων στην αναγκαιότητα άρδευσης των καλλιεργειών
Με στόχο; Την εξοικονόμηση ενέργειας και φυσικών πόρων σε καλλιέργειες κηπευτικών με ελεγχόμενες κλιματικές συνθήκες Να μην ποτίζεται τεχνητά ο χώρος όταν δεν είναι απαραίτητο Να μην θερμαίνεται τεχνητά ο χώρος όταν δεν είναι απαραίτητο
Γιατί; Προσφορά καθοδήγησης στους καλλιεργητές Εξοικείωση με Τεχνολογίες Πληροφοριών και Επικοινωνιών Ενθάρρυνση χρήσης τους για αποδοτικότερη διαχείριση ενέργειας και φυσικών πόρων στους χώρους καλλιέργειας με ελεγχόμενες κλιματικές συνθήκες
Άρδευση και Περιβάλλον Μελέτη διαδικασίας άρδευσης σα συνάρτηση περιβαλλοντικών παραμέτρων υγρασία εδάφους αέρα θερμοκρασία φωτεινότητα
Άρδευση και Περιβάλλον Πώς το περιβάλλον επηρεάζει την κατάσταση των καλλιεργειών και τη διαδικασία της άρδευσή τους; Ποιες περιβαλλοντικές συνθήκες καθιστούν αναγκαία τη διαδικασία άρδευσης; Υψηλές τιμές υγρασίας αέρος και θερμοκρασίας συνεπάγονται μείωση της ανάγκης άρδευσης των καλλιεργειών; Ποιες είναι οι ελάχιστες τιμές θερμοκρασίας που καθιστούν αναγκαία τη δαπάνη (ηλεκτρικής) ενέργειας για τη θέρμανση των στεγασμένων χώρων καλλιέργειας;
Πηγές Πληροφόρηση Διαδίκτυο Δημοτική Βιβλιοθήκη Αγρινίου Εξειδικευμένοι επιστήμονες (π.χ., Γεωπόνοι) Τμήμα Διαχείρισης Περιβάλλοντος και Φυσικών Πόρων Πανεπιστημίου Πατρών
Θερμοκήπια για καλλιέργεια ντομάτας
Ντομάτα Μέχρι τα τέλη του 18ου αιώνα δεν ήταν ακόμα ευρέως γνωστή Θεωρούταν δηλητηριώδης Χρησιμοποιούταν κυρίως στους κήπους ως καλλωπιστικό φυτό Προέρχεται από τη Νότια Αμερική ορεινές περιοχές των Άνδεων στο Περού, τον Ισημερινό και τη Χιλή Πιθανολογείται ότι η άγρια τομάτα μεταφέρθηκε ως ζιζάνιο με σπόρους καλαμποκιού στην Κεντρική Αμερική και ιδιαίτερα στο Μεξικό, όπου καλλιεργήθηκε από τους Ινδιάνους και τους Ατζέκους Την ονόμασαν xitomatl που σήμαινε στρογγυλό αντικείμενο με ομφαλό
Θερμοκήπιο Προετοιμασία θερμοκηπίου αρχίζει το φθινόπωρο βαθύ όργωμα εδάφους 6-8 τόνοι κοπριάς 50-60 κιλά υπερφωσφορικό κάλιο ανά εκτάριο 30-40 κιλά θειϊκό κάλιο ανά εκτάριο Πριν τη φύτευση (επανα-)τοποθέτηση φύλλου πολυαιθυλενίου 10 ημέρες πριν για θέρμανση χώματος σχηματισμός αλέας υψηλής, μεγάλης, πλάτους 100 cm Φύτευση τοποθέτηση φυτών σε απόσταση 50-60 cm
Φύτευση και φροντίδα Φύτευση στο διάστημα από 20 Μαρτίου έως 5 Απριλίου Αλέα: 2 γραμμές στα 60 cm μεταξύ των σειρών και 30-40 εκατοστά μεταξύ των φυτών σε σειρές Περίπου 2 εβδομάδες μετά τη φύτευση η θερμοκρασία στο θερμοκήπιο διατηρείται με τακτικό αερισμό 18-20 C την ημέρα 12-15 C τη νύχτα η σχετική υγρασία 60-70% Αργότερα η θερμοκρασία πρέπει να είναι 25 C την ημέρα (25-30 C κατά τη διάρκεια της ωρίμανσης των καρπών) 16 C περίπου τη νύχτα υγρασία μεταξύ 60 και 70% απαιτείται επανειλημμένα σκάψιμο Συγκομιδή περίπου 3 μήνες μετά τη φύτευση αφού έχει κοκκινίσει ο καρπος
Άρδευση Μέχρι τον σχηματισμό των πρώτων καρπών της τομάτας λιγότερο πότισμα και υγρασία εδάφους περίπου 70% Κατά τη διάρκεια της καρπόδεσης περισσότερο πότισμα και υγρασία εδάφους πάνω από 80% Αρχικά, περίπου 25 m 3 νερού ανά στρέμμα Κατά τη διάρκεια της συγκομιδής, περίπου 35 m 3 νερού ανά εκτάριο Με τρεχούμενο νερό θερμοκρασίας όχι χαμηλότερης από 20 C Με σταγόνα για μείωση πιθανών απωλειών νερού
Τιμές περιβαλλοντικών παραμέτρων 2 πρώτες εβδομάδες μετά τη φύτευση Θερμοκρασία (Τ): Ημέρα: 18 C Νύχτα: 10 C Υγρασία αέρα: 40-60% Υγρασία εδάφους για πότισμα: 80-90% βάθος μέτρησης υγρασίας: 10cm απόσταση μεταξύ αισθητήρων υγρασίας εδάφους: 10m
Τιμές περιβαλλοντικών παραμέτρων Κατά τη διάρκεια της ωρίμανσης Θερμοκρασία (Τ): Ημέρα: 22 C Τ 30 C Νύχτα: 10 C Τ 20 C Υγρασία αέρα: 40% την ημέρα - 50% τη νύχτα Υγρασία εδάφους για πότισμα: 50-70% βάθος μέτρησης υγρασίας: 10cm απόσταση μεταξύ αισθητήρων υγρασίας εδάφους: 10m
Πειραματική αξιολόγηση Χώροι της ευρύτερης περιοχής που στεγάζουν καλλιέργειες σε ελεγχόμενες κλιματικές συνθήκες Εργαστήριο υπολογιστών ΓΕΛ Γαβαλούς υπολογιστές, καλωδίωση, διαδικτυακή σύνδεση λογισμικό αισθητήρες τύπου Arduino και σχετικό λογισμικό για εγκατάσταση και διαχείριση
Arduino Μικρές συσκευές (microcontrollers) που συνδέονται σε υπολογιστή μέσω USB Πλατφόρμα hardware και software για την υλοποίηση εφαρμογών χωρίς εξειδικευμένες γνώσεις Παρέχουν δυνατότητα ελέγχου συσκευών στον πραγματικό κόσμο όπως π.χ., φώτα, κινητήρες, κτλ Δέχονται ερεθίσματα από το περιβάλλον τους (μέσω των αισθητήρων) και αντιδρούν όπως έχουν προγραμματιστεί
Arduino Ανοιχτό υλικό και λογισμικό (open source) Μπορεί να χρησιμοποιηθεί και να τροποποιηθεί χωρίς περιορισμούς Μπορεί να ενσωματωθεί σε συσκευές ακόμα και για εμπορικούς σκοπούς Χρησιμοποιείται από μια μεγάλη κοινότητα (community) σε κατασκευές υπάρχει ελεύθερη πρόσβαση σε μεγάλος όγκος πληροφορίας για εγκατάσταση και προγραμματισμό
Arduino Η πλακέτα του περιέχει έναν μικρό επεξεργαστή ανοικτού κώδικα Ο επεξεργαστής προγραμματίζεται χωρίς εξειδικευμένες γνώσεις - μέσω δικού του δωρεάν προγράμματος που εκτελείται σε λειτουργικά συστήματα Windows, Linux και MAC OS X Ο προγραμματισμός της πλατφόρμας Arduino γίνεται σε γλώσσα Wiring (C/C++ library) μέσω του Arduino IDE (Integrated Development Environment)
Η συνεισφορά της εργασίας Σενάρια αξιοποίησης αισθητήρων και Arduino Σενάριο 1: θερμοκρασία Ζητούμενο: Να μην θερμαίνεται τεχνητά ο χώρος όταν δεν είναι απαραίτητο Σενάριο 2: υγρασία εδάφους και αέρα Ζητούμενο: Να μην ποτίζεται τεχνητά ο χώρος όταν δεν είναι απαραίτητο
Σενάριο 1: θερμοκρασία Δεδομένο: γνωρίζουμε την τρέχουσα θερμοκρασία στο θερμοκήπιο από τις μετρήσεις των αισθητήρων Ζητούμενο: Να μην θερμαίνεται τεχνητά ο χώρος όταν δεν είναι απαραίτητο Αξιοποίηση αισθητήρων και Arduino για εξοικονόμηση ενέργειας και φυσικών πόρων: Αν - με βάση το μετεωρολογικό δελτίο - γνωρίζουμε όταν ξημερώσει θα ανεβεί η θερμοκρασία, σβήνουμε αυτόματα νωρίτερα τη θέρμανση στο θερμοκήπιο
Σενάριο 2: υγρασία εδάφους και αέρα Δεδομένο: τοποθετούμε διάσπαρτους αισθητήρες μέτρησης υγρασίας σε τακτά διαστήματα στο θερμοκήπιο Ζητούμενο: Να μην ποτίζεται τεχνητά ο χώρος όταν δεν είναι απαραίτητο Αξιοποίηση αισθητήρων και Arduino για εξοικονόμηση ενέργειας και φυσικών πόρων: Κάθε φορά ποτίζονται αυτόματα μόνο περιοχές με χαμηλή υγρασία και όχι ολόκληρο το θερμοκήπιο
Αποτίμηση συνολικού έργου Ελλιπής υλικοτεχνική υποδομή και πρόσβαση σε μέσα Δυσκολία στο συντονισμό των μαθητών λόγω ανομοιογενούς υπόβαθρου και τοπικής διασποράς τους Έλλειψη χρόνου για εκτενέστερη και πληρέστερη ενασχόληση με την εργασία Θετική απήχηση και ενδιαφέρον από τους μαθητές Βελτίωση δεξιοτήτων και θεωρητικού υπόβαθρου των μαθητών Εξοικείωση με νέες τεχνολογίες και μεθοδολογίες έρευνας και εφαρμογής Θετική απήχηση και ενδιαφέρον από τους τοπικούς καλλιεργητές Προοπτική συνέχισης της εργασίας στο συγκεκριμένο αντικείμενο