Автоматика в теплице

Автоматизация процессов

Создавая системы, которые самостоятельно смогут выполнять необходимые функции в течение длительного времени без вмешательства человека, существенно упрощается уход за культурными растениями. К таким удобным способам относятся:

• автоматический полив теплицы;
• установки принудительной и естественной вентиляции;
• обогрев воздуха и грунта;
• искусственное и естественное освещение.

Все эти процессы можно проводить без вмешательства владельца или с минимальным вмешательством и контролем. Для этого требуются небольшие вложения или использование недорогих подручных средств.

Способы автоматизации

Сделать автоматические теплицы на своем участке можно при помощи нескольких способов. Главную роль при выборе играют следующие факторы:

• параметры конструкции;
• необходимые условия для эффективного роста и высокой урожайности растений;
• наличие электричества на участке;
• доступные финансовые возможности.

Популярными являются три способа установки автоматики для теплиц своими руками:

• гидравлический;
• электрический;
• биметаллический.

В каждом случае есть свои плюсы и минусы. Умная теплица с электрическим подключением требует правильной и безопасной разводки. Если применяется аккумулятор, то его нужно периодически заряжать. Вариант требует более дорогостоящих деталей, которые не получится изготовить самостоятельно. Положительным качеством является высокая точность обработки и возможность глубокой степени автономности. Например, автоматический капельный полив легче настроить на нужную скорость и объем подачи.

ВИДЕО: Какой должна быть умная теплица

За счет гидравлического способа удастся наладить хорошую вентиляцию и систему автоматического капельного полива. При этом нет необходимости иметь электрическое подключение к сети. В работе такой системы участвуют изменения давления или температурных показателей. Благодаря этому срабатывает автополив теплицы.

Третий тип востребован для монтажа автономного проветривания. С его помощью удается наладить работу автоматических форточек для теплиц. В основе схемы заложена биметаллическая пластина. Она изготовлена из двух материалов с разной степенью температурного расширения.

В тех случаях, когда воздух прогревается больше нужного показателя, происходит деформация плитки, за счет которой форточка или дверь открывается. Когда температура начинает падать, то автоматические форточки для теплицы из поликарбоната возвращаются в свое первоначальное закрытое положение.

Использование электромагнитного клапана

Есть несколько наиболее распространенных вариантов организации орошения без участия человека. Они проверены на практике и получили много положительных отзывов.

Первый вариант

Система автоматического полива в теплице нуждается в следующих составных элементах:

• компактный бочковой насос;
• мощные разбрызгиватели;
• система разводки (жесткий или мягкий шланг);
• крупная герметичная емкость для воды.

Габариты емкости подбираем из расчета параметров теплицы. Достаточным считается 20-30 л жидкости на 1 квадрат в сутки. Соответственно для площади примерно 10 кв.м понадобится бочка не менее 200-300 л на сутки. Чтобы вода лилась неделю, нужна кубовая емкость.

Укладка шланга системы капельного полива для теплицы проводится в междурядье. С помощью переходника подсоединяем разбрызгиватель. Подача воды из емкости лимитируется электромагнитным клапаном, получаемым электропитание от сети через заданные промежутки времени.

Всегда контролируйте уровень воды в бочке. Поддерживать его удобно периодической подкачкой, которую также можно автоматизировать при помощи поплавочной схемы, такой же, как в туалетном бачке.

ВИДЕО: Как своими руками автоматизировать процессы в теплице

Простой капельный полив

Дачники используют систему капельного полива Капля, хотя применение обычных медицинских капельниц существенно удешевит процесс. Она имеет максимальную эффективность в этой системе.

Достаточно иметь бутыль воды в 20-30 литров и несколько шланг с капельницами. Свою эффективность система демонстрирует при небольшом количестве растений в парнике или теплице.

Применение саморезов

Если нет возможности купить достаточное количество капельниц, то подойдет метод с самосрезами. В шланг напротив каждого растения вкручиваем саморез так, чтобы не проткнуть вторую сторону трубы.

Запускаем в самодельный водопровод орошение. Регулируем подачу под каждое растение с помощью вкручивания/выкручивания по резьбе метизов. Требуется длительное время настройки, но стоимость достаточно невысокая.

Как правильно проверить влажность

Увеличенная влажность способна нанести большой вред растениям. От нее культуры могут болеть и загнивать. Есть определенные пороговые значения, которые не стоит превышать. Также и недостаток влаги способствует пересыханию почвы и самих растений.

На отечественном рынке есть специальная техника, регулирующая оба параметра в закрытом помещении. При недостатке влаги в воздухе осуществляется ее подача в грунт, а при повышении – параметр снижается вплоть до полного прекращения увлажнения.

Оптимальным значением влажности для теплиц и парников с отечественными растениями принято считать показатель 65-75%. Этого достаточно для подавляющего большинства культур.

Датчик влажности можно связать с автоматическим поливом и обеспечивать нормализацию значения, включая или отключая кран подачи воды.

Конечно, полностью исключить присутствие человека в теплице невозможно, равно как и заменить его современной аппаратурой. Нужна проверка работоспособности техники, а также наличие всех первоначальных условий ее работы, например, электричества, достаточного количества воды в емкости и т.д. Тем не менее, подобные системы существенно облегчают труд в теплице или парнике, при этом качественно повышают уровень и объем урожая.

ВИДЕО: Как еще проще сделать автоматический полив в теплице

Современная теплица: автоматизация процессов

Современные устройства по автоматизации теплиц и парников позволяют автономно работать системам полива, отопления и вентилирования. На сегодня, существует несколько способов автоматизации процессов, от которых зависит микроклимат в теплице. Каждый из них имеет свои достоинства и недостатки.

Автоматика в теплицах различается по принципу действия (способу приведения механизмов в действие) на:

1. Электрическую. Такая автоматика отличается простотой монтажа, возможностью точной настройки. К недостаткам электрических систем можно отнести их дороговизну, сравнительно с другими типами автоматизированных систем, и зависимость от источника электроэнергии.
2. Гидравлическую. Такие технологии надежные и абсолютно безопасные: в их основе лежит принцип расширения жидкостей при перегреве. Недостатки конструкций – медленное реагирование на понижение температуры.
3. Биметаллическую. В основе биметаллических устройств лежит способность различных металлов к расширению. Такие системы идеальны для автоматизации системы вентилирования. Минусом биметаллической автоматики является то, что она не способны приводить в действие тяжелое оборудование.

Вышеперечисленные автоматические системы можно установить на любое оборудование, которое нуждается в автономной работе. Выбор автоматизированных конструкций зависит от бюджета садовода, наличия рядом с участком сети электропередач, габаритов теплицы.

Больше об автоматике для теплиц в нашем материале: https://homeli.ru/dvor-i-sad/teplitsy/avtomatika-dlya-teplits

Автоматика для теплицы на микроконтроллере

Автоматизация теплицы возможна благодаря точным датчикам, считывающим температуру, уровень влажности и освещения внутри и снаружи теплицы, таймерам, которые передают сведения на специальный контроллер. После чего система управления, на основе встроенных в программу алгоритмов, оценивает показания с датчиков и принимает решения на включение или выключение исполнительных устройств теплицы.

Именно программный регулятор приводит в действие насос системы орошения, вентилятор и доводчик форточки, осветительные и отопительные приборы. На сегодня, существует множество контроллеров, главная задача которых – регулирование микроклимата в теплице. Цена на контроллер зависит от количества аналоговых входов и памяти устройства. Наиболее доступным является контроллер Атмега на платформе Ардуино.

Больше информации об умной теплице на основе чипа Ардуино можно прочитать по ссылке: https://homeli.ru/dvor-i-sad/teplitsy/umnaya-teplitsa

Программа автоматики для теплицы на микроконтроллере ориентирована, в первую очередь, на такие процессы как:

1. Установка заданной температуры и влажности воздуха.
2. Включение, выключение осветительных приборов в зависимости от времени суток и года.
3. Управление системой аэрации (открытие и закрытие форточек, запуск вентиляторов при перегреве воздуха в теплице).
4. Управление системой полива в зависимости от этапов развития растений.

Подобная автоматика позволяет добиться максимальных результатов при выращивании даже самых прихотливых культур, но отличается высокой стоимостью, поэтому может быть рентабельной только на больших и промышленных сельскохозяйственных объектах.

Самодельная автоматическая теплица

Во избежание финансовых затрат, автоматизированные системы можно полностью или частично сделать своими руками. Конечно же, для того, чтобы создать автоматику на контроллере понадобятся термостаты, циклические и суточные таймеры, схема готовой платы, каналы связи с оборудованием. Гораздо проще будет организовать автоматику для каждого отдельного процесса.

Чаще всего, отдельно автоматизируют систему полива в теплице. Организация системы зависит от габаритов паника. Так, для небольших бытовых теплиц, зачастую, применяется самодельная капельная система полива.

Организация капельного полива имеет такие этапы:

1. Разработка схемы полива с учетом индивидуальных размеров теплицы.
2. Подготовка материалов (капельных шлангов, бака для воды, фильтров, кранов, соединительных штуцеров, магистральной трубы).
3. Установку бака на высоте в 0,1-0,2 см, монтаж фильтров для очистки воды.
4. Разводку магистрального водопровода и веток линий.
5. Монтаж перекрывающих кранов на каждую ветку.
6. Соединение всех составляющие водопровода при помощи соединительных штуцеров.
7. Установка капельниц.
8. Наполнение бака водой.

К полуавтоматической системе полива относится орошение методом солнечной дистилляции, при котором вода, испаряясь из резервуара, конденсируется на колпаке, и по специальным желобам стекает вниз к растениям.

Температура воздуха

Если в теплице будет расти помидоры и огурцы, то параметры окружающей среды для этих культур схожи. Помидоры хорошо себя чувствуют при температуре воздуха от +18 до +25°С днем и не ниже +16°С ночью. Температура почвы от +10°С и выше. Для цветения и плодоношения температуру можно немного увеличить, чтобы плоды созревали быстрее и были больше.
В ночное время вещества из листьев уходят к плодам. Если температуру увеличить то плод будет активнее наливаться. Если температура в нижних пределах, то это способствует росту побегов и корней — для продолжительного плодоношения.

Для поддержания нужной температуры в теплице надо учесть сезонные колебания температуры в той местности, где находится теплица. Если это южная часть России, то можно сосредоточится на автоматическом понижении температуры, а если северная часть России то придется позаботится еще и о нагревателях.

Итак начну о способах понижения температуры в теплице. Самое простой способ понизить температуру в теплице это создать проветривание. Для проветривания используются «актуаторы», которые открывают форточки при повышении температуры.

Гидроцилиндр для теплицы

Существуют автономные «масляные проветриватели» — суть их работы простая, при повышении температуры воздуха гидравлическое масло расширяется и толкает шток, тем самым форточка открывается. При понижении температуры закрывается без какой либо автоматики. Но есть и проблемы с ними, первая проблема — если температура воздуха повышена и внезапно пролетает циклон с повышением ветра, форточка может просто не успеть закрыться и ее может оторвать сильными потоками ветра. Ну и вторая проблема — это протекание цилиндров, но это можно вовремя заметить.

Актуаторы для теплиц

Я все же решил сделать проветривание более интеллектуальным. В магазинах продаются линейные актуаторы, которыми можно открывать и закрыть форточки по заданным условиям. Т.к. автоматика всегда работает, то проветриваени можно подключить к общей системе, т.к. актуатор стоит не дороже гидроцилиндра а возможностей намного больше. В сочетании с датчиком ветра, датчик атмосферного давления и датчик температуры можно расширить возможности своей теплицы. К примеру датчик атмосферного давления может следить за перепадами давления, ведь давно уже известно при быстром падении атмосферного давления с больше вероятность может пройти сильный ветер, а уже датчик скорости ветра точно покажет что надо бы закрыть все форточки.

Влажность воздуха

Это такой же важный параметр в теплице как и температура, она не должна опускаться ниже 60%. Для разных культур этот параметр может отличаться от 60% до 90%. И мало того, параметр влажности воздуха меняется в зависимости от стадии роста, цветения и плодоношения. Поетому в автоматике для теплиц должна быть предусмотрена возможность менять условия или выбирать уже заложенные программы для разных культур и стадий роста.

Способы увлажнения теплиц

Для увлажнения воздуха в теплице используют увлажнители и датчики влажности, это могут быть ультразвуковые увлажнители или распылители высокого давления. Для ультразвуковых увлажнителей надо использовать фильтры обратного осмоса, т.к. пьезоэлемент быстро придет в негодность от солней и других налетов. Но и форсунки распылителя высокого давления так же засоряются, поетому нужен фильтр тонкой очистки.
Для ультразвукового увлажнения стоит учесть один факт, при ультразвуковом увлажнении температура пара почти 40 градусов, т.е. при увлажнении немного поднимется общая температура в теплице. Но ультразвуковые увлажнители это эконом вариант, лучше конечно использовать насос высокого давления и сппециальные распыляющие форсунки.

Влажность почвы и полив

Еще важный параметр для теплиц — влажность почвы. В разные стадии роста и созревания этот параметр меняется. Самая большая потребность растений во влаге в рассадный период — до 90—95%, а также в фазу плодообразования и плодоношения.

Системы автополива

Автополив в теплице устроен по разному, но в итоге все приходят к дозирующему поливу. Датчики влажности почвы можно использовать но с тащтельной доработкой. Китайские датчики влажности из печатных плат могут показывать точные данные не больше месяца, после чего металлическая поверхность контактов расзрушается и окисляется. Если использовать этот датчик, то в конце концов придет момент, когда вы зайдете в теплицу а у вас там бассейн, все залито а ваши растения вероятно всего погибнут. Поетому датчики влажности можно использовать совместно с датчиком потока воды (счетчиком воды). Надо замерить количество потребляемой воды в сутки и задать этот параметр. Датчик влажности почвы можно использовать но с доработкой, контакты должны быть из такого материала, который проводит электрический ток и как можно меньше окисляется. Это может быть медь, но и она окисляется ос временем, но это уже хорошо, т.к. можно раз в год чистить контакты и опять использовать. Но лучше попробовать графитовые стержни, графит проводит электрический ток и не окисляется. Я пока не пробовал, но вот хоче сделать для теста такой датчик. Вообщем за основу надо взять показатели счетчика воды, а датчиком влажности можно отключать полив, если он покажет максимальные значения. Например в дождливую погоду, расход воды уменьшается в разы, и установленного количества воды для датчика потока можнт быть черезчур много. Так что контроль для полива лучше сделать комбинированным.

Полив включается с помощью реле по сигналу от датчика или по времени. Емкость для полива должна находиться на высоте и полив лучше делать «самотеком» просто открывая или закрывая электроклапан. Таким образом можно сделать более автономную систему, т.к. для питания контроллера и клапанов хватит обычного аккумулятор и солнечной батареи. Такой принцип работы полива будет уместен в местах, где часто отключают электричество на длительное время.

Температура почвы

Температура почвы — так же важно регулировать, т.к. поддержание температуры почвы в определенных пределах поможет расширить возможности вашей теплице. Например, таким способом можно увеличить время использования теплицы от ранней весны до поздней осени, и вырастить некоторые экзотические растения. Регулировка температуры в автоматической теплице можнро сделать с помощью нагревательных тенов. В магазинах продается нагревательные провода, которые укладываются на дно грядок. Управление нагревом происходит через контроллер, который постоянно считывает данные с датчика температуры, который должен находится в грунте. Т.е. датчик температуры должен быть влагозащищенный. При понижении темперутары, контроллер подаст сигнал реле на включение питания для подогрева. Как только температура почвы достигнет заданных пределов, контроллер отключит питания от нагревателя. Чтобы нагревательный элемент не вышел из строя от частого включения и отключения, лучше использовать специальные диммеры, которые будут постепенно подавать нагрузку на нагреватель.

>Теплица на ардуино

Полив

Мы уже много начитались про выращивания растений в теплице, поетому полив делаем тоже динамический, а может быть и подстраивающийся под определенные растения. Основные данные для полива мы получаем с датчиков влажности, но бывает что надо специально сделать особенный полив по таймеру в момент созревания или роста. Для этого мы напишем сценарий под определенный тип растений, но в основной будем использовать датчик влажности. Для полива используется большая бочка, лучше темного цвета, чтобы вода нагревалась в ней, холодной водой поливать нельзя. Бочка ставится на высоту, чтобы было небольшое давление. К бочке подключается клапан, который пускает воду в систему капельниц. Для полного контроля, можно разделить на секции с клапанами, чтобы не переливались или недоливались в разноудаленных местах, а на каждую секцию использовать свой датчик влажности. В бак надо врезать два датчика уровня воды (минимум и максимум). По этим датчикам насос будет наполнять бочку, если там мало воды и выключать, если воды в бочке полно.

Оживляем все это с помощью программы

Как мы придумаем точную схему автоматики, можно приступать к программированию скетчей. Написание программы основано на языке программирования C++. В интернете можно найти много примеров, которые надо будет просто подстроить под свои задачи и поменять цифры. Первое время надо будет подгонять параметры и почти вручную все настроить, и отлаживать в процессе, поэтому придется постоянно мониторить и подстраивать. Это обычно занимает пару дней, один для настройки второй для проверки, но лучше бы первое время постоянно быть в курсе, что происходит в теплице, а то может датчик не там стоит, и плохо реагировать на изменения. Но зато потом, когда все будет отлажено, можно будет не беспокоится за микроклимат в теплице, и просто собирать свежие овощи и ягоды с грядок. Программирование на ардуино не сложное, в интернете много примеров. Это занятие можно назвать конструктором для взрослых, весело и полезно. Единственное, что хотел бы всем этим сказать, ардуино может решить все, но для использования в промышленных масштабах или для высокой надежности, под вопросом. Для надежности, лучше использовать готовые устройства, хотя у меня ардуино работает уже несколько лет без проблем.

Система управления микроклиматом в теплице

В статье описана аппаратная реализация системы управления микроклиматом в теплице. Данная система является частью реального приусадебного хозяйства. С её помощью процесс выращивания растений стал частично автоматизированным, не требующим постоянного присутствия человека.

Конкретный экземпляр данной системы отрабатывается на каркасностеклянной теплице, длиной 6 метров, шириной 3 метра, высотой 2 метра. В теплице имеется одна дверь и 2 форточки, проведены электричество и водопровод. Нагрев воды происходит в емкости объемом 70 литров. Давление в емкости составляет порядка двух атмосфер. В теплице выращивается около 35 растений.

Система имеет следующий вид:

Рисунок 1. Схема системы управления микроклиматом в теплице

Центральное место в системе занимает плата Arduino Mega (на рис. 1 -1):

Рисунок 2. Arduino Mega

Arduino является полностью открытой платформой, состоящей из платы и среды разработки, в которой реализована переработанная версия языка Processing/Wiring.

Используемая аппаратная платформа построена на микроконтроллере ATmega1280.

В данной системе задействованы 8 цифровых входов/выходов (всего на платформе их 54) и 10 аналоговых (всего их 16). Плата получает питание от внешнего блока питания.

Плата имеет следующие характеристики:

• рабочее напряжение: 5В;
• рекомендуемое входное напряжение: 7-12 В;
• предельное входное напряжение: 6-20 В;
• 54 цифровых портов ввода/вывода;
• 16 аналоговых входов;
• ток потребления на одном выводе: до 40 мА;
• ток потребления вывода 3.3В: 50 мА;
• память Flash Memory: 128 KB, из которых 4KB используются загрузчиком;
• ОЗУ: 8 KB;
• энергонезависимая память: 4 KB;
• тактовая частота: 16 МГц;
• размер: 75x54x15 мм;
• вес: 45 г;

К Arduino Mega подключены необходимые датчики и модули.

Включение/выключение полива зависит от ряда параметров:

• влажность почвы;
• температура воды;
• время суток.

В данной системе задействовано 4 датчика влажности почвы (на рис. 1 — 2).

Для измерения влажности почвы используется самодельный датчик, представляющий собой два гвоздя и резистор. Принцип действия основан на зависимости электрического сопротивления почвы от ее влажности.

Гвозди, введенные в почву на некотором расстоянии друг от друга, выступают в качестве щупов, между которыми проверяется сопротивление. По итоговому аналоговому сигналу можно судить о степени влажности.

Схема датчика представлена на рисунке:

Рисунок 3. Датчик влажности почвы

Для измерения температуры воды используется LM335Z -аналоговый термодатчик (термостабилитрон, на рисунке 1 — 3):

Рисунок 4. Аналоговый термодатчик LM335Z

Используемый датчик имеет следующие характеристики:

• диапазон: -40…+100;
• точность: 1°С;
• зависимость: 10мВ/оС.

Для подключения датчика к плате требуется резистор, сопротивлением 2.2 кОм. Задавая ток через датчик в диапазоне от 0.45 мА до 5 мА (резистором R1), получаем напряжение на датчике, которое в десятках мВ представляет абсолютную температуру в градусах Кельвина.

Схема подключения имеет следующий вид:

Рисунок 5. Схема подключения термодатчика

Для того, чтобы полив включался только в темное время суток, используются 2 датчика света Light Sensor-BH1750 (на рис. 1 — 4):

Рисунок 6. Датчик света Light Sensor-BH1750

Данный датчик служит для измерения освещённости в пределах от 1 до 65535 люкс.

Он имеет следующие характеристики:

• напряжение питания: 3-5В;

• разрешение: 16 бит;

• габариты: 19х14х3 мм;

• погрешность: ± 20%.

Подключение датчика производится следующим образом:

Рисунок 7. Подключение датчика света Light Sensor-BH1750

Когда полученные с датчиков показания удовлетворяют определенным условиям (она различаются для каждого вида растений), включается полив. Для регулирования полива используется электромагнитный клапан. Он подключается к плате с помощью реле (на рис. 1 — 5). А именно используется релейный модуль для Arduino проектов Relay Module 2 DFR0017. Он использует высококачественное реле Omron G5LA. Состояние выхода реле отображается с помощью светодиода. Этот модуль управляется с помощью цифрового порта ввода-вывода. Время переключения контакта составляет 10 мс. Как и датчики для измерения температуры и влажности почвы, релейный модуль подключается в управляющей электронике через три провода:

Рисунок 8. Назначение контактов разъема релейного модуля

Рисунок 9. DHT11 Temperature Humidity Sensor

Помимо полива данная система контролирует и температуру воздуха в теплице.

Для одновременного измерения температуры и влажности воздуха используется датчик DHT11 Temperature Humidity Sensor (нарис. 1 — 6).

Он подключаются к управляющей электронике через три провода: питание (Vсс), земля GND) и сигнальный.

На плате кроме датчика расположен микроконтроллер, в памяти которого записаны калибровочные поправки для датчиков. Сигнал с устройства передается по шине в цифровом виде. Это позволяет передавать данные на расстояние до 20 м.

Данный датчик имеет следующие характеристики:

• напряжение питания: 5 В;
• диапазон температур: 0-50 ° С, погрешность ±2 ° С;
• влажность: 20-90%, погрешность ±5%.

Для регулировки температуры воздуха в теплице используется два режима: пассивное и активное проветривания. Пассивное проветривание представляет собой открытие/закрытие форточек, а активное -включение/выключение вентилятора.

Открытие форточек производится с помощью двух (по одному на форточку) сервоприводов Futaba Т306 MG995 (на рисунке 1 — 7):

Рисунок 10. Сервопривод Futaba Т306 MG995

Используемые сервопривод имеет следующие характеристики:

• скорость работы: 0.17 с / 60 градусов (4,8 В без нагрузки);
• момент: 13 кг-см при 4,8 В;
• момент: 15 кг-см при 6 В;
• рабочее напряжение: 4,8 — 7.2 В;
• длина провода: 300 мм;
• размеры: 40мм х 19мм х 43 мм;
• вес: 55 г.

Подключение вентилятора производится таким же способом, как и подключение клапана (через релейный модуль).

Полученные с датчиков данные записываются на карту памяти SD (на рисунке 1 — 8). В дальнейшем они обрабатываются, анализируются и на их основе строятся графики различных показаний. Для этого используется модуль SD-карт DFRobot:

Рисунок 11. Модуль SD-карт

Подключение вентилятора производится таким же способом, как и подключение клапана (через релейный модуль).

Полученные с датчиков данные записываются на карту памяти SD (на рисунке 1 — 8). В дальнейшем они обрабатываются, анализируются и на их основе строятся графики различных показаний. Для этого используется модуль SD-карт DFRobot:

Он содержит разъем для стандартных карт памяти SD, что позволяет добавить накопитель для записи и считывания данных в любой проект. Он имеет следующие характеристики:

• разъем для стандартных SD карт и через переходник MicroSD карт;
• содержит фиксатор карты памяти;
• поддерживает чтение и запись;
• может использоваться с другими микроконтроллерами;
• напряжение питания: 5 В;
• размер: 36 x 30 x 5 мм;
• вес: 7 гр.

Список использованных источников

1. : Википедия -http://ru.wikipedia.org/wiki/Arduino
2. : Информация по датчикам -http://www.dfrobot.com/wiki/
3. Getting Started with Arduino,Massimo Banzi, Maker Media, 2011, 130 с.

Сведения об авторах

• Смирнов Александр Михайлович
  Старший преподаватель кафедры Персональные компьютеры и сети Московский государственный университет приборостроения и информатики, филиал в г. Сергиев Посад
  Тел. +7 (916) 552-39-94
  E-mail. Smirnov48@gmail.ru
• Куликова Евгения Алексеевна
  Студентка кафедры Персональные компьютеры и сети Московский государственный университет приборостроения и информатики, филиал в г. Сергиев Посад
  Тел.: 8(919)012-92-54
  E-mail: zhenechk@yandex.ru

Умная теплица: как максимально автоматизировать свою кормилицу?

Кто-то выращивает овощи в теплице больше ради самого процесса: приятно своими руками что-то создавать, наблюдать, как растут первые помидоры и перцы, удобрять, лечить, собирать и хвастать перед соседями. А вот многие с удовольствием бы занялись вплотную подобным хозяйством, вот только ни сил, ни времени для этого нет. И только мечта подсказывает: вот бы такую конструкцию, в которой все растет само: поливается, удобряется, согревается и проветривается, когда нужно… На самом деле, такие «умные» теплицы уже существуют: благодаря активному развитию технологий и строительного рынка абсолютно все, начиная от искусственного пруда и заканчивая огромными тепличными комплексами, можно автоматизировать. Как? Самый простой путь – это приобрести всякие там регуляторы влажности, системы капельного полива, теплый пол с термодатчиком, автоматические открыватели для форточек и пульт дистанционного управления ко всей этой красоте.

Правда, затраты на такие системы могут не окупиться свежими овощами даже за десять лет (приверженцы жизни в стиле «эко» тут же поспорили бы, приведя массу аргументов в сторону здорового и экологичного питания). Но тогда почему бы не воспользоваться опытом умных огородников, у которых автоматика для теплиц своими руками создается и исключительно подручными средствами. Как? И что все-таки лучше: покупные дорогие системы или домашние методы? Вот сейчас во всем этом и разберемся. Скажем только: делать теплицу «умной» нужно с умом!

Новинок каждый год выходит очень много, это видео с последней выставки новшеств тому доказательство:

К чему теплице автоматизация?

Давайте рассмотрим подробнее, что же происходит в конструкции, которая «не умная». Т.е. попросту которой не ведома автоматика для теплиц и контроль за ее микроклиматом ведется по возможности, хотя и фактически каждый день.

Рано утром, как только первые солнечные лучи попадают в теплицу, температура в последней начинает достаточно быстро повышаться – и чем выше по высоте, тем быстрее. Для растений это – хорошо. Вот только есть проблема: перепад температур в это время между почвой и воздухом достигает порой разницы в 30°С! Корни остаются еще холодными, тогда как верхушки растений уже разогрелись. И происходит вот что: более «холодная» подземная часть плохо снабжает более «теплую» верхнюю часть растений, что приводит к элементарному дефициту влаги. Что на самом деле для растений все-таки не есть хорошо.

Еще больший стресс растения испытывают в жару в такой теплице. Ведь обычно хозяева идут собственноручно открывать форточки и двери уже тогда, когда температура внутри достигает 40°С. Влажность воздуха при этом резко падает, растения начинают испытывать засуху. И что происходит дальше? Еще хуже – двери и форточки резко открывают, и образовавшийся сквозняк уносит остатки и так не достающей влаги. Просто-таки как в пустыне! Молодые побеги от этого теряют тургор – давление внутри клеток, вянут, а цветы и завязи и вовсе отпадают. А вот вредители, особенно паутинный клещ, от жары и сухости начинают чувствовать себя как раз хорошо.

Вечером растения, конечно же, начнут приходить в себя. Но в итоге, собирая урожай, вы не сможете не отметить, насколько он меньше и хилее того, что у соседа с частично или полностью автоматической теплицей. То есть задача «умной» теплицы – это максимально поддерживать комфортный климатический режим для растений в теплице: влажность, температуру, насыщенность кислородом и влагой.

Автоматизируем по последнему слову техники

Что же нам сегодня предлагает последнее слово техники?

Автоматический полив

Так, одна из самых недорогих систем капельного полива – знаменитая Аквадуся. Это бочка на 200 литров, в которую подведена вода через арматуру сливного бочка. Хватает такого объема жидкости примерно на 4-5 поливов – идеально для тех, кто теплицу видит раз в неделю, приезжая на дачу. Не менее популярна в России система капельного полива с израильскими капельницами – они якобы и прочнее, и более устойчивы к напору.

Открываем форточки термоприводом

Неспроста опытные огородники уверены, что жара – куда большее зло для тепличных растений, чем холод. А потому автоматизация теплиц в плане проветривания необходима даже тогда, когда вы имеете возможность и желание проверять внутреннюю температуру теплицы хоть каждый день.

А вот при понижении температуры масло, охлаждаясь, сжимается, и форточка закрывается под собственной тяжестью. А отрегулировать после заправки масла ваш термопривод можно так:

1. Откройте кран и проследите, чтобы бутылка стояла вертикально вверх – чтобы воздух в систему не попал.
2. Дождитесь нужной температуры в теплице и перекройте кран.
3. Форточки оставьте закрытыми – чтобы система не завоздушилась.

Как видите, ничего сложного!

Автоконтроль влажности – почему это так важно?

На самом деле переизбыток влажности даже для тепличных растений не к добру – от этого они могут начать болеть. Существует свой порог этого значения, придерживаться которого вам помогут различные автоматические устройства.

Современный рынок предлагает самые разные модели подобной техники, которые способны задавать и верхний, и нижний пороги относительной влажности в закрытом грунте. По сути, большинство из них просто подает влагу в грунт – при сухости воздуха увеличивает подачи, а при достижении верхнего порога и вовсе ее прекращает. Запомните, теоретически норма для тепличных растений – это 65-70%.

Можно связать с системами автополива и датчик влажности почвы – как только она насытится, подача воды будет автоматически прекращена. А устанавливают этот датчик прямо в землю, рядом с растениями и их корневой системой.

Автоматизируем по-хитрому и домашними средствами

Давайте посмотрим, как можно обеспечить тот же автополив растениям подручными средствами:

Способ №1. Солнечная дистиляцция

Это – очень простой способ автополива, который дает достаточно влаги для растений даже в самые жаркие дни. Суть этого принципа – в солнечной дистилляции – когда вода греется до выделения пара, а этот пар потом конденсируется в воду.

Итак, берем две пластиковые бутылки разного размера, в одну из них наливаем воду, а вторую используем как колпак для нее. Когда вода от солнца будет испаряться, пар осядет на стенках колпака. Такой конденсат хорошо увлажняет грунт, и чем более палит солнце, тем больше влаги получат растения.

Способ №2. Стержень от ручки

Самые простые и бесплатные устройства для капельного полива вы можете сделать из обычных пластиковых бутылок и стержней от старых шариковых авторучек. Стержни промойте бензином от пасты и один конец плотно закройте деревянной палочкой. Швейной иглой проколите отверстие на 3-4 мм от заглушки. В бутылке тоже проколите отверстие – только чуть меньше диаметром, чем у стержня.

И ставьте бутылки так:

• Вариант 1. Отрежьте у бутылки дно, а отверстие для стержня сделайте на уровне плечиков. Горлышко закройте пробкой и поставьте бутылку вверх дном.
• Вариант 2. Сделайте отверстие на расстоянии 20-25 мм от самого дна, пробку снимите, а бутылку поставьте на дно. Отверстие уплотните пластилином.

Вот и все. Налейте воду и смотрите, как она капает из стержня – в норме за 5 минут должно вытечь 10 капель.

Как вы заметили, автополив и контроль за влажностью организовать и правда непроблематично, а вот с проветриванием придется повозиться. Самый надежный и простой вариант – купить автооткрыватели для форточек. Но, при желании, вы можете сделать такие и сами. Для этого посмотрите на нашем сайте статьи на такую тематику: как сделать гидроцилиндр или термопривод. Но суть всех этих конструкций одна: масло или другая какая жидкость в них расширяется от повышения температуры и выталкивает поршень. Он, в свою очередь, оказывает давление на следующий элемент конструкции и форточка медленно начинает открываться. Любопытный момент: когда в «умной» теплице едва начинают подниматься фрамуги, соседи счастливого обладателя тоже начинают бежать к своим теплицам делать проветривание. Вот такой себе датчик для окружающих.

Конечно, ни одна автоматическая теплица не будет делать на все 100% за вас вашу работу, но все-таки максимально освободиться от рутины и «танцев с бубном», как любят говорить сегодня русские мастера, — это приятно. И это дополнительное время на новые эксперименты!

• Юрий

В качестве проекта по электронике, я решил сделать умную теплицу на Ардуино своими руками. Моей целью была регулировка температцры в теплицы с помощью лампы и сервопривода, который открывает окошко и вентилятора. Я хотел достичь практически неизменного уровня влажности при помощи насоса, а также хотел получать данные о температуре, влажности почвы и освещенности. В конце я решил запустить вебсайт, на котором эти данные отображались бы.

Проект автоматизации теплицы был сделан для курса электроники и я хотел использовать в нём Распберри Пи и Ардуино.

Шаг 1: Презентация

В автоматике умной теплицы располагаются разные датчики, измеряющие температуру внутри и снаружи, влажность почвы и освещенность.

Внутренний датчик температуры позволяет запускать вентилятор и сервопривод, открывающий окно, когда внутренняя температура поднимается выше заданной точки. И наоборот, если температура опускается ниже заданной точки, то окно закрывается. А вентилятор останавливается, и даже более того, чтобы согреть растение запускается лампа. Когда земля слишком пересыхает, датчик уровня влажности почвы позволяет запустить насос и электромагнитный клапан системы орошения.

Плата Ардуино подключается к Распберри пи 3 при помощи кабеля USB. Это соединение позволяет нам сохранять замеры и состояния приводов, а все данные отправлять в базу данных mysql. Скрипт на языке python позволяет управлять Ардуино Уно (связь ведущий / ведомый) и сохранить данные в базу, либо прочитать данные из базы и отправить новые данные на Врдуино.

Далее, установленный на Распберри Пи сервер Apache поддерживает вебсайт. При помощи PHP мы создаём мост между БД mysql и вебсайтом.

На сайте мы можем задать температуру и уровень влажности. Также через сайт можно управлять каждым приводом и узнать их положение.