vimjourСельскохозяйственные машины и технологииAgricultural Machinery and Technologies2073-7599Federal State Budgetary Scientific Institution «Federal Scientific Agroengineering Center VIM»10.22314/2073-7599-2026-20-1-11-18YVNHUEvimjour-734Research ArticleЦИФРОВЫЕ ТЕХНОЛОГИИ. ИСКУССТВЕННЫЙ ИНТЕЛЛЕКТDIGITAL TECHNOLOGIES. ARTIFICIAL INTELLIGENCEЭнергосберегающая технология облучения растений с использованием цифровых инженерных решенийEnergy-Efficient Plant Irradiation Technology Based on Digital Engineering SolutionsКондратьеваН. П.KondratevaN. P.

Надежда Петровна Кондратьева, доктор технических наук, профессор

г. Ижевск

Nadezhda P. Kondrateva, Dr.Sc.(Eng), professor

 Izhevsk, Udmurtia

aep_isha@mail.ruБатуринаК. А.BaturinaK. A.

Кристина Андреевна Батурина, старший преподаватель

г. Ижевск

Kristina A. Baturina, senior teacher

 Izhevsk, Udmurtia

kristiriska@mail.ruБольшинР. Г.BolshinR. G.

Роман Геннадьевич Большин, кандидат технических наук, доцент

Москва

Roman G. Bolshin, Ph.D.(Eng.), associate professor

Moscow

bolshin.r@yandex.ruПантелееваЛ. А.PanteleevaL. A.

Лариса Анатольевна Пантелеева, кандидат технических наук, доцент

г. Ижевск

Larisa A. Panteleeva, Ph.D.(Eng.), associate professor

 Izhevsk, Udmurtia

panlar@bk.ruУдмуртский государственный аграрный университетРоссияUdmurt State Agricultural UniversityRussian FederationМИРЭА-Российский технологический университетРоссияMIREA – Russian Technological UniversityRussian Federation2026190320262011118Copyright © Кондратьева Н.П., Батурина К.А., Большин Р.Г., Пантелеева Л.А., 20262026Кондратьева Н.П., Батурина К.А., Большин Р.Г., Пантелеева Л.А.Kondrateva N.P., Baturina K.A., Bolshin R.G., Panteleeva L.A.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://www.vimsmit.com/jour/article/view/734

Отметили, что при выращивании сельскохозяйственных культур в защищенном грунте затраты на электронергию составляют около 20 процентов себестоимости продукции растениеводства. Определению эффективного спектра излучения для конкретных культур посвящены многие исследования. Вместе с тем, учитывая световую и темновую стадии фотосинтеза, можно предложить энергосберегающий импульсный режим облучения, сохраняющий продуктивность растений и не уменьшающий срок службы светодиодных облучательных установок (LED ОУ). (Цель исследования) Разработать цифровые инженерно-технические решения для реализации энергосберегающей технологии облучения растений RGB светодиодными облучательными установками. (Материалы и методы) Разработана автоматизированная цифровая система управления RGB LED светодиодных облучателей. Длительность светового импульса и темнового периода в режиме реального времени задается по беспроводной связи Bluetooth с подключением к микроконтроллеру модуля Bluetooth HC-05 и управляется через мобильное приложение Bluetooth Electronics. Используется язык программирования C++. (Результаты и обсуждение) Эксперименты показали, что самое быстрое развитие растений наблюдалось в режиме длительности импульса света 1 секунда и паузы 0,5 секунды. Эффект подтверждается разницей по сравнению с контролем (100 процентов) площади листьев в конце и в начале эксперимента (приблизительно 108 процентов). Потребленная электроэнергия при работе RGB LED светодиодных облучателей по 16 часов в энергосберегающем режиме составит около 78 процентов от контрольного значения, принятого за 100 процентов. (Выводы) Разработанные цифровые инженерно-технические решения для реализации энергосберегающей технологии облучения растений в RGB LED установках позволяют экономить электроэнергию при сохранении продуктивности растений.

The paper highlights that in protected cultivation of agricultural crops, electricity costs account for approximately 20 percent of the total crop production cost. Numerous studies have focused on identifying the optimal light spectrum for specific crops. At the same time, considering the light and dark phases of photosynthesis, it is possible to propose an energy-efficient pulsed irradiation mode that maintains plant productivity without reducing the service life of LED irradiation systems. (Research purpose) To develop digital engineering solutions for implementing an energy-saving plant irradiation technology based on RGB LED lighting systems. (Materials and methods) An automated digital control system for RGB LED irradiators was developed. The durations of the light pulse and the dark interval were set in real time via Bluetooth wireless communication using an HC-05 Bluetooth module connected to a microcontroller and controlled through the Bluetooth Electronics mobile application. The control algorithm was implemented in C++. (Results and discussion) The experimental results demonstrated that the most rapid plant development occurred under a light pulse duration of 1 second with a 0.5-second interval. The effect was confirmed by comparing leaf area growth relative to the control (100 percent) at the beginning and end of the experiment, with values reaching approximately 108 percent. According to calculations, electricity consumption during 16-hour operation of the RGB LED irradiators in energy-saving mode amounted to about 78 percent of the control value (set at 100 percent). (Conclusions) The developed digital engineering solutions for RGB LED-based plant irradiation systems enable energy savings while maintaining plant productivity, demonstrating their eff ectiveness for energy-efficient protected cultivation.

выращивание растенийзащищенный грунтоблучение растенийсветодиодные установки RGB LEDэнергосбережениецифровые технологиибеспроводная связь Bluetoothавтоматизированные системы управлениямикроконтроллерplant cultivationprotected groundplant irradiationRGB LED lighting systemsenergy efficiencydigital technologiesBluetooth wireless communicationautomated control systemsmicrocontrollerАвторы выражают благодарность кандидату технических наук Андрею Ивановичу Батурину и кандидату физико-математических наук Ирине Андреевне Барановой за предоставление места для исследования и статистический анализ экспериментальных данных.ReferencesМинеев В.В., Елкин О.В., Алейников А.Ф. и др. Разработка устройства для диагностики пятнистостей земляники садовой // Сибирский вестник сельскохозяйственной науки. 2024. Т. 54. N10(311). С. 128-140. DOI: 10.26898/0370-8799-2024-10-13.Mineev V.V., Yolkin O.V., Aleynikov A.F. et al. Development of a device for diagnostics of garden strawberry spot diseases. Siberian Herald of Agricultural Science. 2024. Vol. 54. N10(311). 128-140 (In Russian). DOI: 10.26898/0370-8799-2024-10-13.Драгавцев В.А. Как «устроены» признаки продуктивности растений и почему России необходим селекционный фитотрон // Труды Кубанского государственного аграрного университета. 2018. N72. С. 134-141. DOI: 10.21515/1999-1703-72-134-141.Dragavtsev V.A. «Arrangement» of quantitative characters of plant productivity and why russia is in want the breeding phytothrone. Proceedings of the Kuban State Agrarian University. 2018. N72. 134-141 (In Russian). DOI: 10.21515/1999-1703-72-134-141.Судаченко В.Н., Мишанов А.П., Маркова А.Е., Колянова Т.В. Методика выбора технологического оборудования для производства рассады овощных культур в интенсивной светокультуре // Технологии и технические средства механизированного производства продукции растениеводства и животноводства. 2012. N83. С. 52-60. EDN: TFSFTD.Sudachenko V.N., Mishanov A.P., Markova A.E., Kolianova T.V. Selection procedure of technological equipment for growing vegetable transplants under intensive photoculture conditions. AgroEcoEngineering. 2012. N83. 52-60 (In Russian). EDN: TFSFTD.Ноздрина Т.А. Применение источников излучения для выращивания растений в домашних условиях // Наука без границ. 2017. N4(9). С. 140-143. EDN: YLOHLH.Nozdrina T.A. Application of radiation sources for growing plants at home. Science without borders. 2017. N4(9). 140-143 (In Russian). EDN: YLOHLH.Кондратьева Н.П., Большин Р.Г., Краснолуцкая М.Г. и др. Влияния спектра LED-облучательной установки с RGB-светодиодами на рост зеленого корма // Вестник НГИЭИ. 2025. N5(168). С. 17-28. DOI: 10.24412/2227-9407-2025-5-17-28.Kondrateva N.P., Bolshin R.G., Krasnolutskaya M.G. et al. Effects of LED spectrum of irradiation system with RGB LEDs on green fodder growth. Bulletin NGIEI. 2025. N5 (168). 17-28 (In Russian). DOI: 10.24412/2227-9407-2025-5-17-28.Дорохов А.С., Пыльнев В.В., Семенова Н.А. и др. Влияние спектрального состава света на накопление фотосинтетических пигментов и урожайность зерновых культур при выращивании в контролируемых условиях // Вестник Воронежского государственного аграрного университета. 2023. Т. 16. N3(78). С. 29-41. DOI: 10.53914/issn2071-2243_2023_3_29.Dorokhov A.S., Pylnev V.V., Semenova N.A. et al. Effect of spectral composition of light on the accumulation of photosynthetic pigments and yield of grain crops grown in controlled conditions. Vestnik of Voronezh State Agra­rian University. 2023. Vol. 16. N3(78). 29-41 (In Russian). DOI: 10.53914/issn2071-2243_2023_3_29.Попов М.В., Бакиров С.М., Широбокова Т.А. и др. Совершенствование теории светотехнического расчета для сельскохозяйственного производства // Аграрный научный журнал. 2024. N7. С. 125-131. DOI: 10.28983/asj.y2024i7pp125-131.Popov M.V., Bakirov S.M., Shirobokova T.A. et al. Improving the theory of lighting technical calculations for agricultural production. Agrarian Scientific Journal. 2024(7). 125-131 (In Russian). DOI: 10.28983/asj.y2024i7pp125-131.Юферев Л.Ю. Энергосберегающее освещение сельско­хозяйственных помещений и расчет его параметров // Сельскохозяйственные машины и технологии. 2021. Т. 15. N3. С. 28-34. DOI: 10.22314/2073-7599-2021-15-3-28-34.Yuferev L.Yu. Energy­saving lighting of agricultural premises and its parameters calculation. Agricultural Machi­nery and Technologies. 2021. Vol. 15. N3. 28-34 (In Russian). DOI: 10.22314/2073-7599-2021-15-3-28-34.Кондратьева М.Г. Обоснование энергосберегающего режима облучения растений // Вестник Ижевской государственной сельскохозяйственной академии. 2014. N4(41). С. 41-44. EDN: THNDMF.Kondratyeva M.G. Justification of an energy saving mode of radiation of plants. Bulletin of Izhevsk State Agricultu­ral Academy. 2014. N4(41). 41-44 (In Russian). EDN: THNDMF.Кондратьева Н.П., Большин Р.Г., Краснолуцкая М.Г. и др. Использование сквозных цифровых технологий с элементами нейросети/искусственного интеллекта в современном производстве // Тенденции развития науки и образования. 2024. N112-6. С. 91-94. DOI: 10.18411/trnio-08-2024-305.Bolshin R.G. Resource-saving and energy-efficient irradiation system for hydroponic greenhouses. Bulletin NGIEI. 2024. N 9 (160). 40-51 (In Russian). DOI: 10.24412/2227-9407-2024-9-40-51.Большин Р.Г. Ресурсосберегающая и энергоэффективная система облучения гидропонных теплиц // Вестник НГИЭИ. 2024. N9(160). С. 40-51. DOI: 10.24412/2227-9407-2024-9-40-51.Kondratieva N.P., Korepanov R.I., Ilyasov I.R. et al. The efficiency of automated control microprocessor systems for LED irradiation installations. Agricultural Machinery and Technologies. 2018. Vol. 12. N3. 32-37 (In Russian). DOI: 10.22314/2073-7599-2018-12-3-32-37.Кондратьева Н.П., Корепанов Р.И., Ильясов И.Р. и др. Эффективность микропроцессорной системы автоматического управления работой светодиодных облучательных установок // Сельскохозяйственные машины и технологии. 2018. Т. 12. N3. С. 32-37. DOI: 10.22314/2073-7599-2018-12-3-32-37.Kondratieva N.P., Shogenov Yu.Kh., Ziganshin B.G., Akhatov R.Z. The use of digital technologies for the effective management of electrotechnological irradiators. Machi­nery and Equipment for Rural Area. 2022. N4(298). 40-43 (In Russian). DOI: 10.33267/2072-9642-2022-4-40-43.Кондратьева Н.П., Шогенов Ю.Х., Зиганшин Б.Г., Ахатов Р.З. Использование цифровых технологий для эффективного управления электротехнологическими облучательными установками // Техника и оборудование для села. 2022. N4(298). С. 40-43. DOI: 10.33267/2072-9642-2022-4-40-43.Kondrateva N.P., Akhatov R.Z., Bolshin R.G. et al. Digital automation of energy-efficient in vitro irradiation of orchard plum micro cuttings. Light & Engineering. 2023. Vol. 31. N6. 57-64 (In English). DOI: 10.33383/2023-019.Kondrateva N.P., Akhatov R.Z., Bolshin R.G. et al. Digital automation of energy-efficient in vitro irradiation of orchard plum micro cuttings. Light & Engineering. 2023. Vol. 31. N6. 57-64. DOI: 10.33383/2023-019.Ovchukova S.A., Kondratieva N.P., Kovalenko O.Y. Energy saving in lighting technologies of agricultural production. Light & Engineering. 2021. Vol. 29. N2. 21-25 (In Eng­lish). DOI: 10.33383/2020-039.Ovchukova S.A., Kondratieva N.P., Kovalenko O.Y. Energy saving in lighting technologies of agricultural production. Light & Engineering. 2021. Vol. 29. N2. 21-25. DOI: 10.33383/2020-039.Dolgikh P.P., Trepuz S.V., Grad E.Ya. et al. Influence of electrotechnological irradiation parameters on the efficiency of growing different varieties of lettuds. Advances in Current Natural Sciences. 2024. N4. 8-14 (In Russian). DOI: 10.17513/use.38242.Долгих П.П., Трепуз С.В., Град Э.Я. и др. Влияние параметров электротехнологического облучения на эффективность выращивания различных сортов салата // Успехи современного естествознания. 2024. N4. С. 8-14. DOI: 10.17513/use.38242.Kudrin A.V., Zholaushin D.Zh., Kantarbayeva E.Ye., Baiseit G.A. Microclonal propagation of grain legume crops in vitro conditions. Вulletin of the M. Kozybayev NKU. 2024. N4(64). 135-140 (In English). DOI: 10.54596/2958-0048-2024-4-135-140.Kudrin A.V., Zholaushin D.Zh., Kantarbayeva E.Ye., Baiseit G.A. Microclonal propagation of grain legume crops in vitro conditions. Вulletin of the M. Kozybayev NKU. 2024. N4(64). 135-140. DOI: 10.54596/2958-0048-2024-4-135-140.Vasilkov A.Yu., Povod U.D. Regulation of plant growth and development during microclonal reproduction of healthy plants. Forcipe. 2023. Vol. 6. NS2. 582 (In Russian). EDN: CKBDKI.Васильков А.Ю., Повод У.Д. Регуляция роста и развития растений при микроклональном размножении оздоровленных растений // Forcipe. 2023. Т. 6. NS2. С. 582. EDN: CKBDKI.Kutyrev A.I., Khort D.O., Filippov R.A., Tsench Yu.S. Magnetic-pulse treatment of garden strawberry seeds. Agricultural Machinery and Technologies. 2017. N5. 9-15 (In Russian). DOI: 10.22314/2073-7599-2017-5-9-15.Кутырёв А.И., Хорт Д.О., Филиппов Р.А., Ценч Ю.С. Магнитно-импульсная обработка семян земляники садовой // Сельскохозяйственные машины и технологии. 2017. N5. С. 9-15. DOI: 10.22314/2073-7599-2017-5-9-15.Mazitov N.K., Shogenov Yu.Kh., Tsench Yu.S. Agricultural machinery: solutions and prospects. Vestnik VIESH. 2018. N3 (32). 94-100 (In Russian). EDN: YLWHAL.Мазитов Н.К., Шогенов Ю.Х., Ценч Ю.С. Сельскохозяйственная техника: решения и перспективы // Вестник ВИЭСХ. 2018. N3 (32). С. 94-100. EDN: YLWHAL.Baranova I.A., Kondrateva N.P., Baturin A.I., Baturina K.A. Comparison of the effect of different irradiation modes on the increase in the leaf area of meristem plants by statistical methods. Bulletin of the NGIEI. 2022. N5(132). 55-64 (In Russian). DOI: 10.24412/2227-9407-2022-5-55-64.Баранова И.А., Кондратьева Н.П., Батурин А.И., Батурина К.А. Сравнение влияния различных режимов облучения на увеличение площади листьев меристемных растений статистическими методами // Вестник НГИЭИ. 2022. N5(132). С. 55-64. DOI: 10.24412/2227-9407-2022-5-55-64.Podzhivotov N.Yu. Assessment of results by means of the analysis of variance method. Trudy VIAM. 2022. N8(114). N12. 141-152 (In Russian). DOI: 10.18577/2307-6046-2022-0-8-141-152.Подживотов Н.Ю. Оценка результатов испытаний с помощью однофакторного дисперсионного анализа // Труды ВИАМ. 2022. N8(114). С. 141-152. DOI: 10.18577/2307-6046-2022-0-8-141-152.Zagumenny R.A., Nikolaeva A.V., Panchenko M.M. The influence of illumination intensity on the germination of Psidium guajava L. seeds in the greenhouse complex of the Donetsk Botanical Garden. Industrial Botany. 2024. Vol. 24. N4. 57-62 (In Russian). DOI: 10.5281/zenodo.14638307.Загуменный Р.А., Николаева А.В., Панченко М.М. Влияние интенсивности освещения на всхожесть семян Psidium guajava L. в оранжерейном комплексе Донецкого ботанического сада // Промышленная ботаника. 2024. Т. 24. N4. С. 57-62. DOI: 10.5281/zenodo.14638307.Загуменный Р.А., Николаева А.В., Панченко М.М. Влияние интенсивности освещения на всхожесть семян Psidium guajava L. в оранжерейном комплексе Донецкого ботанического сада // Промышленная ботаника. 2024. Т. 24. N4. С. 57-62. DOI: 10.5281/zenodo.14638307.

The authors declare that there are no conflicts of interest present.