МЕХАТРОННЫЕ СВЕТОВЫЕ ЛОВУШКИ ДЛЯ РАЗДАВЛИВАНИЯ И МОНИТОРИНГА БАБОЧЕК, КОТОРЫЕ НАНОСЯТ ВРЕД ЛИСТЬЯМ ШЕЛКОВИЦЫ

АННОТАЦИЯ

В статье представлены результаты экспериментального исследования инновационных световых ловушек, предназначенных для уничтожения вредных насекомых и наблюдения за этапами их развития на основе мехатроники и световых ловушек. При проектировании световых ловушек предлагается использовать мехатронные электрические системы и робототехнику. Изучаемые световые ловушки позволяют эффективно отслеживать количество вредных насекомых и стадии их развития в офлайн-режиме. Наиболее эффективный отлов зафиксирован с помощью ловушки, оснащённой мехатронной электрической системой. Показана эффективность совместной работы солнечных панелей и аккумуляторной батареи.

ABSTRACT

The article presents the results of an experimental study of innovative light traps designed to destroy harmful insects and monitor their development stages based on mechatronics and light traps. When designing light traps, it is proposed to use mechatronic electrical systems and robotics. The studied light traps allow you to effectively track the number of harmful insects and their development stages in offline mode. The most effective capture was recorded using a trap equipped with a mechatronic electrical system. The efficiency of the combined operation of solar panels and a battery is shown.

Keywords: light trap, power line, solar panels, LEDs, light sensors, monitoring.

Ключевые слова: световая ловушка, линия электропередачи, солнечные батареи, светодиоды, датчики освещения, мониторинг.

I. Введение

Существует множество насекомых, оказывающих влияние на сельское хозяйство, шелковичную промышленность, а также на растения и деревья. Это воздействие может быть как положительным, так и отрицательным. В результате насекомые делятся на полезных и вредителей. Экономический ущерб, причиняемый вредоносными насекомыми, составляет миллиарды долларов США [1, 2, 9] и включает как прямые потери, так и затраты на меры борьбы с ними. Защита сельскохозяйственных культур от вредителей насекомых остаётся актуальной задачей в растениеводстве. В настоящее время для её решения применяются различные дополнительные методы и мероприятия. Совершенствование таких мер направлено на разумное ограничение использования химических средств и более широкое применение альтернативных методов борьбы с фитопатогенами. При этом используемые средства должны быть безопасными для человека, растений и окружающей среды. [3,10].

На сегодняшний день наиболее эффективной считается интегрированная система защиты растений, в рамках которой химические средства защиты применяются только тогда, когда численность насекомых превышает экономический порог вредоносности, то есть когда затраты на защиту урожая оправданы за счёт увеличения его объёма или предотвращения потерь. Для реализации такой системы необходимо собирать данные о численности популяций вредных и полезных насекомых на сельскохозяйственных угодьях, учитывать соотношение численности вредных и полезных видов, определять периоды максимальной вредоносности насекомых, а также планировать защитные меры [4, 11, 12].

Анализ показывает, что среди перспективных направлений первого этапа внедрения интегрированной системы защиты можно выделить использование световых ловушек, позволяющих проводить постоянный мониторинг численности вредителей и стадий их развития. Существует множество световых ловушек, различающихся как по конструкции, так и по способу реализации. Однако все они имеют ряд недостатков, среди которых: необходимость подключения к источнику питания 220 В; высокая мощность источников света-приманок; зависимость работы от погодных условий; уничтожение как вредных, так и полезных насекомых.

В настоящее время появились и получили широкое распространение новые источники света — светодиодные осветители. Их привлекательные характеристики не только не уступают источникам света, применяемым в существующих ловушках, но и обладают рядом преимуществ: низкое энергопотребление; высокая светоотдача; способность излучать в широком диапазоне длин волн; длительный срок службы; высокая механическая прочность; надёжность; высокий уровень безопасности [5, 13, 14].

Низкое энергопотребление светодиодов открывает перспективы использования маломощных источников питания, таких как фотоэлектрические преобразователи (ФЭП). Сочетание светодиодов и линий электропередачи придаёт световой ловушке новые качества — полную автономность и автоматизацию рабочих процессов, мобильность, низкое энергопотребление и возможность использования источников питания с низким напряжением (12 В).

Цель нашего исследования — разработать и испытать систему «световая ловушка — аккумуляторная батарея — линия электропередачи» для дневного режима (зарядка батареи от солнечной энергии) и ночного режима (работа световой ловушки от батареи), а также оценить её эффективность.

II. Методология исследования

Для проведения мониторинга численности и стадий развития насекомых были разработаны оригинальные конструкции светодиодных осветителей — ловушки, предназначенные для изоляции и отлова вредоносных бабочек, а также феромонные приманки (патенты FAP №20230363, FAP №01356) [6, 7, 15].

Рисунок 1. Общий вид разработанных конструкций световых ловушек:

1 — внешний вид световой ловушки, 2 — типы световых ловушек, 3 — электрическая схема.

Компоненты устройства (см. рис. 1):1 — аккумулятор, 2 — амперметр, 3 — прозрачная игла, 4 — высоковольтный элемент, 5 — феромонная приманка, 6 — солнечная панель, 7 — приводной механизм, 8 — соединительный элемент, 9 — крючок, 10 — осветитель, 11 — диоды, 12 — вольтметр, 13 — датчик освещения, 14 — наклонное направляющее устройство, 15 — контейнер (мешочек) для сбора насекомых.

Различия в конструкции ловушек обусловлены стремлением насекомых попасть в световую ловушку, реагируя на запах феромонов и их склонностью лететь на жёлтый цвет.

Рисунок 2. Электрическая принципиальная схема экспериментального стенда:

1 — биофизическая световая ловушка, 2 — амперметр A3, 3 — выключатель K3, 4 — выключатель K2, 5 — выключатель K1, 6 — амперметр A1, 7 — аккумулятор, 8 — вольтметр, 9 — солнечная батарея и измеритель освещённости (люксметр) LM [8, 16, 17].

Ночью осветительные элементы световых ловушек питаются от аккумулятора, который, в свою очередь, днём заряжается от солнечных панелей, установленных в составе био-физического ловушечного устройства. Для изучения работы системы «биофизическая ловушка — аккумулятор — солнечная панель» был разработан экспериментальный стенд (см. рис. 2).

Для автоматического управления процессом зарядки аккумулятора от солнечных панелей используются датчики освещённости (модель: FR-06), интегрированные в мехатронные системы. Это обеспечивает автоматическое переключение между режимами работы устройства. Разработанная нами биофизическая ловушка функционирует именно на основе данной системы.

В ходе проведения исследований были получены следующие результаты:

Таблица 1.

Результаты

В настоящее время использование моно- и поликристаллических кремниевых солнечных элементов даёт очень высокую эффективность. Такие солнечные элементы являются экологически чистыми, фотоэлектрические системы требуют малого обслуживания и обладают лёгкостью, что позволяет вывести электроснабжение биофизических световых ловушек на новый уровень.

Данное исследование проводилось группой научных сотрудников — профессором Л. Олимовым, М. Алибоевым и А. Юсуповым, результаты экспериментов представлены в таблице 1.

III. Результаты и обсуждение

Полученные результаты показали, что использование солнечных элементов повышает эффективность биофизической световой ловушки, способствует экономии затрат на электроэнергию и кабельные материалы, а также полностью защищает от опасных для жизни человека ситуаций.

Биофизическая световая ловушка, работающая на основе мехатронной системы, даёт высокую эффективность в повышении урожайности шёлковой нити, которая является стратегическим сырьём в текстильной промышленности.

Электрическая схема биофизической световой ловушки, использованной в исследовании, представлена на рисунке 3.

Если хотите, могу помочь с переводом описания рисунка или анализом результатов.

Рисунок 3. Электрическая схема биофизической световой ловушки:

QP — солнечные панели,K — переключатель включения и выключения, Ak — аккумулятор, In — инвертор, FD — датчик освещения, Tr — трансформатор, Led — светодиодные осветители, R — сетка из металлической проволоки.

Графики солнечной радиации для широты 55,7° в период с мая по сентябрь при различных положениях солнечных панелей:

a) Изменение солнечной радиации (кВт·ч/м²) в разные месяцы с мая по сентябрь при различных положениях панелей:

• Горизонтальное положение, Наклон под углом 40°, Вертикальное положение, Вращение вокруг полюсной оси.

b) Общий уровень солнечной радиации (кВт·ч/м²) с мая по сентябрь для широты 55,7° при различных положениях панелей:

• Горизонтальное положение, Наклон под углом 40°, Вертикальное положение, Вращение вокруг полюсной оси.

Если нужно, могу помочь оформить описание и графики для вашего документа.

Вот перевод вашего текста на русский язык:

Для определения оптимального угла наклона солнечной панели (СП) нами был проведён анализ данных по значению солнечной радиации для широты 55,7° в период с мая по сентябрь в зависимости от положения СП (рисунок 3) 8,18,19,20,21.

На основе анализа полученных результатов в ходе эксперимента было принято решение разместить поверхность СП под углом 40° к вертикальной оси, что обеспечивает суммарное солнечное излучение в 749,9 кВт·ч/м² за период с мая по сентябрь. Поверхность панели была ориентирована на юг.

Для проверки заряда аккумулятора от линии электропередачи был открыт переключатель K3 и закрыт K1. Вольтметр СП (PV voltmeter FEP – Ufep) показал напряжение холостого хода V (при K2 открыт), а также напряжение заряженного аккумулятора — Uz (при K2 закрыт). Амперметр A1 показывал силу тока, переходящего с СП на аккумулятор во время зарядки. Освещённость СП (E, LM) контролировалась с помощью люксметра в ходе эксперимента.

При исследовании заряда аккумулятора амперметр A1 фиксировал включённые световые ловушки, при этом A2 и A3 были выключены. Вольтметр V показывал напряжение аккумулятора, а амперметр K2 — силу тока I, идущего от аккумулятора к световым ловушкам.

В данном режиме проверка падения напряжения аккумулятора при питании световых ловушек осуществлялась непрерывно в течение 12 часов, что соответствует 7 ночам непрерывной работы.

Таким образом, установка способна работать без подзарядки аккумулятора в течение 7 ночей подряд (что возможно при условиях длительной облачности в реальных условиях).

Для оценки эффективности световых ловушек проведён ряд экспериментов по отлову насекомых.

Вот перевод вашего текста на русский язык с сохранением технических деталей:

Каждый из семи экспериментов длился 7, 8, 9, 10, 11, 12 и 12 часов соответственно. Для удобства подсчёта насекомых в корпуса световых ловушек и на их внутренних стенках были установлены прозрачные стёкла. После каждого эксперимента количество пойманных насекомых подсчитывалось, а мешочки с насекомыми заменялись на чистые. В ходе экспериментов световые ловушки перемещались, чтобы исключить влияние взаимного воздействия, и каждая ловушка работала одинаковое время на разных местах. Кроме того, для исключения влияния индивидуальных особенностей участка, ловушки регулярно поворачивались на 120° вокруг своей оси.

Для количественного сравнения энергии, полученной и потребляемой в режимах зарядки и разрядки аккумулятора, рассчитывались удельные показатели энергии. Эти данные представлены в виде гистограммы.

Результаты и обсуждение.

Во время зарядки напряжение аккумулятора увеличивалось с 12,2 В до 14 В, что составляет прирост на 14,75%. Среднее напряжение на зажимах солнечной панели без нагрузки составляло 19,16 В, а под нагрузкой (при подключённом аккумуляторе) увеличивалось на 48,18% (до 6,23 В). При снижении освещённости панели ток резко падал, что было заметно на 90-й минуте эксперимента. Средний зарядный ток с панели составлял 1,08 А. За 120 минут аккумулятор получил от панели 27,18 Вт·ч энергии. Среднее количество энергии, получаемое аккумулятором от линии электропередачи за 1 минуту, составляло 0,23 Вт·ч.

В течение 24 часов разрядки на световые ловушки напряжение на зажимах аккумулятора снизилось на 6,78% — с 13,13 В до 12,24 В. Ток, потребляемый ловушками, уменьшился на 76,79% — с 280 мА до 65 мА. За это время было потреблено 42,05 Вт·ч энергии, при этом среднее энергопотребление ловушек составило 0,029 Вт·ч в минуту.

За час зарядки аккумулятор получил 13,62 Вт·ч энергии, что в 678,29% превышает энергию, потраченную за час без подзарядки (1,75 Вт·ч).

Исследование заряда аккумулятора (sa-1270) для световых ловушек включает:

• а) зависимость времени от потребляемого ловушками тока и напряжения на зажимах: U (В), I (мА);
• б) энергопотребление ловушек при своевременной подзарядке аккумулятора, Вт·ч;
• в) удельные энергетические показатели в режимах подачи энергии ловушкам и зарядки от панели: энергопотребление за 1 час (Вт), энергия, полученная с панели за 1 час (Вт).

Эффективность отлова насекомых:

Лучшие результаты по отлову насекомых обеспечивала биофизическая световая ловушка — 47%. Это, по нашему мнению, связано с тем, что она предотвращает пересечение насекомых и их распространение воздушными потоками.

Одна биофизическая световая ловушка, охватывающая горизонтальную плоскость на 360°, контролирует площадь до 2 гектаров [22,23,24,25].

IV. ВЫВОДЫ

Таким образом, на основании анализа результатов полевых экспериментов, впервые проведённых в шелководческих кластерах тутовых садов Избосканского района Андижанской области с использованием клейких феромонных ловушек, оснащённых светодиодными осветителями, против тутового шелкопряда, можно сделать следующие выводы:

Во-первых, при использовании биофизических ловушек количество пойманных самцов тутового шелкопряда было в 2 раза выше по сравнению с феромонными ловушками без освещения.

Во-вторых, при сравнении количества пойманных вредителей в дневное и ночное время было показано, что ночью количество пойманных бабочек было в 10 раз выше.

В-третьих, в течение одного месяца наблюдений достоверных различий по количеству пойманных самок между контрольными вариантами получено не было.

Следовательно, применение современных научных и технических достижений в защите растений — в частности, использование биофизических ловушек на основе светодиодов в борьбе с тутовым шелкопрядом — показывает высокую эффективность в практической деятельности по контролю численности вредителей.

Световые ловушки, разработанные с использованием мехатронных систем и датчиков освещённости, обладают следующими новыми преимуществами:

 автоматизация рабочих процессов, обеспечение безопасности, сохранение полезных энтомологических прогнозов, снижение воздействия на окружающую среду, мобильность (легко перемещаются), низкое энергопотребление.

Наиболее эффективный отлов летающего вредителя — бабочки тутового шелкопряда — обеспечивается биофизической световой ловушкой. В результате удаётся сохранить энтомологические прогнозы, разработанные в биолаборатории, и сэкономить 3–4 миллиона сумов.

Полевые испытания солнечных панелей показали их высокую эффективность. Использование световых датчиков для отлова насекомых позволяет быстро завершить процесс уничтожения вредителей и контроля стадий их развития с высокой точностью и наглядностью.

Список литературы:

1. Olimov, L. O., & Yusupov, A. K. (2022). Determination of efficient optical sources of air propagation for fisheries biophysical devices. European International Journal of Multidisciplinary Research and Management Studies, 2(10), 1–8.
2. Yusupov, A. K. (2021). Creating a biophysical trapping device based on an optical radiation source with a light-emitting diode. ACADEMICIA: An International Multidisciplinary Research Journal, 11(4), 1530–1536. http://www.cnshb.ru/akdil/0038/d_02.shtm.
3. G.A.Viktorov Tomonidan."Ekinlar zararkunandalariga qarshi integratsiyalashgan boshqaruv tamoyillari va usullari "p.11-20 / /" o’simliklarni biologik himoya qilish " [63 ta maqola to’plami]. Tahririda E. M. Shumakov, G. V. Gusev, N.S.Fedorinchik.M.,Kolos,1974Yil.408s. http://unicorn-svet.ru/production/history/
4. 85799-sonli foydali model uchun patent. Hasharotlar uchun yengil tuzoq. A. G. Grosilov, O. D. Surinskiy, P. M. Mixaylov, S. P. Raketskiy, A. V. Kozlov Buyurtmanoma No 2009115955. Foydali modelning ustuvorligi 2009 yil 27 aprel. Rossiya Federatsiyasining foydali modellari Davlat reestrida 20 avgust 20 da ro’yxatdan o’tgan
5. Olimov, L. O., & Yusupov, A. K. (2021b). The Influence Of Semiconductor Leds On The Aquatic Environment And The Problems Of Developing Lighting Devices For Fish Industry Based On Them. The American Journal of Applied Sciences, 3(02), 119–125.
6. Mexatronika tizimida   ishlaydigan biofizik tuzoq qurilmasi. О‘zbekiston respublikasi adliya vazirligi huzuridagi «intellektual mulk markazi» davlat muassasasi. Talabnoma raqami FAP 20230363  Hujjat sanasi 03.01.2024. Aliev R., Olimov L.O., Aliboev M.A. http://chimtek.ru/agro-news/93-news51,
7. Foydali model FAP №01356 Olimov Lutfiddin Omanovich, Yusupov, A. K. (2020).
8. Алибоев. М.А Носиров.И.З Зараркунанда хашоратларни қириш уссули курилмасига Oʻzbekiston Respublikasi Adliya Vazirligi huzuridagi intellektual mulk agentligi  DGU №15712. 28.04.22йил. http://www.cnshb.ru/akdil/0038/d_02.shtm.
9. Mirziyoyev Sh.M. Oʻzbekiston Respublikasi Prezidentining 2021 yil 8 iyuldagi PQ-5178-sonli qarorining ijrosi toʻgʻrisida. – Toshkent:  Oʻzbekiston, 2021.
10. Oʻzbekiston Respublikasi Prezidenti Mirziyoyevn SH.M. ning 2019 yilda qishloq xoʻjalik xodimlari bilan uchrashuvdagi qilgan maʼruzasi. xalq soʻzi. T.2019 yil, 13 noyabr.
11. “Pilla texnologiyasini yaxshilash.” “Agroilm” Toshkent-2007 Ahmedov N.A- “Fermer xoʻjaliklarida ipak qurtini boqish” Toshkent. ToshDAU-2006 y Ahmedov N.A-
12. Insektitsid, akaritsid, biologik faol moddalar va fungitsidlarni sinash boʻyicha uslubiy koʻrsatmalar (SH.T.Xo’jaev tahriri ostida). -Toshkent, 2004. — 103 b.
13. Ороков Ш. Определение возможностей развития коконовой отрасли в условиях рыночной экономики. ифн дисс.Т. 2005. Б-14. 5. Егоров Н.Е., Бабкин А.Б. Кластерная политика и структура инновационных экономических регионов Российской Северы // Экономическая наука 2010.С- 40.
14. Nurmatov SH., Mirzajonov Q, Avliyoqulov A va b. Dala tajribalarini oʻtkazish uslublari. – Toshkent: OʻzPITI, 2007. – 147 b.
15. R.Aliev, L.O.Olimov, M.A.Aliboev. UZ FAP 00332. Zararli uchar hashoratlarni qirish qurilmasi. O‘zbekiston Respublikasi Intelektual mulk agentligi byuleteni №1. 31.01.2008 y.
16. A.Y.Рахимов, M.A.Алибоев. Тhe role of the biophysical trap in the increase of silk fibers andmi.jurnal@mail.ru “Машинасозлик” илмий-техника журнали Ўзбекистон Республикаси Ахборот ва оммавий коммуникациялар агентлигининг 2020 йил 28 февралдаги 04-53-рақамли гувоҳномасига биноан чоп этилади.306.b
17. M.A.Алибоев Роль биофизических ловушек в борьбе с сельской хозяйственными вредителями. «илм-фан, маданият, техника ва технологияларнинг замонавий ютуқлари ҳамда уларнинг иқтисодиётга татбиқи» мавзусида  халқаро илмий-амалий  анжуман
    2022.  519-бет АндМИ ва Воронж ГТУ
18. M.A.Aliboyev Пиллачилик кластерларини ривожлантиришда биофизик тутқичлар ахамияти 2022йил.25-27май. Aндижон машинасозлик институти ва воронеж давлат техника университети халқаро илмий-амалий  анжуман материаллар тўплами 511-бет.https://andmiedu.uz/
19. A.Y.Rahimov, Z.Qodirov, M.A.Aliboyev Ипакчилик технологиясини комплекистакомилаштиришда кластер асосларини концептуваль модели ва жараёнлари. Наманган Мухандислик- технологи институтининг  халкаро анжуумани том-2, 324-334 бетлар. 27-28 май 2022йил
20. A.Y.Rahimov, M.A.Aliboyev, Z.Qodirov. Пиллачилик кластерларида биофизик тутқични тут парвонасига қарши қўллашнинг самарадорлиги. Халкаро анжуман Фагона политехника институти том-2, 136-142 бетлар.  2022йил
21. M.A.Aliboyev,.F.M.Akbaraliyev. Nutritional content of mulberry leaves and juiciness of the fruit. Science and innovation international scientific journal volume 2 issue 3 march 2023 uif-2022: 8.2 | ISSN: 2181-3337 | scientists.uz. https://doi.org/10.5281/zenodo.7786286
22. M.A.Aliboyev,. The importance of biophysical intervention and air temperature in improving cock quality and productivity. «Образование и наука в XXI веке». Выпуск №34 (том 5)cт.139 (январь, 2023).
23. M.A.Aliboyev, N.J.Qobulova. Pilla sifati va hosildorligini oshirishda biofizik tutqich va havo temperaturasini ahamiyati. Journal  science and innovation Special Issue  “Actual issues of agricultural development: problems and solutions” June 2023 Part 2 Problems and solutions june 6-7, 2023 ISSN: 2181-3337
24. M.A.Aliboyev,L.O.Olimov. Биофизик тутқичларни тут-парвонасига қўллашда муқобил энeргиядан фойдаланиш самарадорлиги. «AGRO ILM» jurnali 2023 yil,31.08 №5 [94] 44-46 byt ISSN 2091-5616