Умная теплица на базе arduino из подручного материала с регулятором температуры
Дорогие читатели представляю вашему вниманию детский проект под моим руководством «Smart greenhouse».
Данному проекту уже три года, но он полностью функционирует и до сих пор даёт урожай в домашних условиях.
Умная теплица
Понятие «умная теплица», как и «умный дом» подразумевает систему управления инженерным оборудованием. В небольших теплицах в летний период для открывания форточек и клапана полива достаточно программируемого реле с датчиком температуры и влажности.
Современная фермерская теплица или большой тепличный комплекс – это конструкция с покрытием из стекла, пленки или поликарбоната.
Для согласованной работы оборудования в теплицах устанавливаются локальные системы управления:
- вентиляцией – форточная или приточно-вытяжная;
- отоплением – водяное, воздушное или другое;
- зашториванием – горизонтальное и вертикальное; 5 видов: энергосберегающие, затеняющие, комбинированные, затемняющие, световозвращающие;
- СИОД – система испарительного охлаждения и доувлажнения для снижения температуры воздуха на 5-10 °С и создания необходимой влажности в теплице;
- искусственным ассимиляционным освещением для увеличения продолжительности светового дня в теплице;
- подачей СО2 для увеличения урожайности до 30 % при прочих равных условиях.
Система полива – самая обширная в плане управления технологическим оборудованием – может включать:
- растворный узел для смешивания маточных растворов удобрений с водой и подачи в магистраль полива;
- гравийный фильтр для предварительной подготовки воды;
- теплообменник для подогрева воды;
- систему подготовки воды ОСМОС;
- магистраль капельную, оросительную или прилив-отлив;
- накопительные емкости для подготовленной воды, сбора грязного и чистого дренажа;
- дезинфектор дренажа – термический или ультрафиолетовый.
От слаженной взаимной работы локальных систем зависит микроклимат в теплице, а, следовательно, урожайность и конечная прибыльность предприятия.
Проекты и схемы умных теплиц
Среди почитателей роботизации дома и приусадебного хозяйства, наибольшим уважением пользуется умная теплица на ардуино. Главным компонентом платы-контроллера является процессор, снабженный микросхемой памяти. Используемые для умных теплиц схемы отличаются марками процессоров и функционалом.
Одна из простейших схем-проектов автоматической теплицы на Arduino Uno (мини) изображена на рисунке 1.
Освещенность оценивается фоторезистором. Температурный режим определяется датчиком TMP36. Интенсивность полива регулируется на основании данных с модуля влажности и датчика DHT11.
Расширенный вариант управления микроклиматом в теплице предполагает плата Arduino Mega. Схема-проект интеллектуального «овощевода» представлена на рисунке 2.
Сердцем аппаратной платформы является микроконтроллер ATmega1280. Для считывания/передачи цифровой информации используется 8 выходов. Для обработки аналоговых данных используется 10 портов.
Еще один вариант теплицы с Арудино изображен на рисунке 3.
В качестве универсального таймера-контроллера умной теплицы также можно использовать GyverControl (Рисунок 3).
Интеллектуальное устройство оборудовано семью логическими выходами с напряжением 5В. Для управления серво- и линейными приводами предусмотрены 3 отдельных канала.
Вышеуказанные схемы не являются окончательным решением роботизации теплицы. Появление новых, более совершенных контроллеров, расширяет возможности автоматики и придает ей большую эффективность.
Возможности удаленного контроля и регулирования
Помимо местного управления, умная теплица на Ардуино предоставляет возможность дистанционного контроля оборудования и обмена данными посредством пульта, мобильных гаджетов и персональных компьютеров. В качестве интерфейса может использоваться USB, Bluetooth, Wi-Fi, GSM и интернет. Посредниками в данном процессе служат соответствующие модули и приложения, которые представлены:
- RemoteXY;
- Blynk;
- Virtuino;
- Bluino Loader;
- Arduino Bluetooth Control и пр.
Особого внимания заслуживает софт BT Voice Control for Arduino, которое обеспечивает управление тепличным оборудованием с помощью голосовых команд. При синхронизации с «Алисой» это приложение предполагает массу удобств.
Шаг 3: Датчики влажности почвы в горшках
Датчики влажности почвы собирают и отправляют данные каждые полчаса. Заданное значение и данные с датчиков отражаются на экране телефона, с телефона я также могу менять настройки.
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.
Преимущества
Для выращивания овощей в «умной» теплице не требуется постоянного присутствия человека. Владелец дачи должен лишь высадить рассаду в грунт. Применение автоматики в тепличном хозяйстве позволяет в значительной мере облегчить работу на дачном участке. При этом урожай можно собирать на протяжении всего года.
Автоматизация позволяет создать идеальные условия для управления микроклиматом в парнике. Системы автономности помогают сэкономить время и ресурсы. Стоит отметить, что «умная» теплица, несмотря на свою кажущуюся сложность, имеет вполне обычную конструкцию. Соорудить парник может любой дачник знакомый с инструментами. После установки автоматической системы управления теплицей, дачник сможет почувствовать, что садовый участок – это не только физический труд, но и место отдыха на природе.
О том, какую автоматику выбрать на теплицу, смотрите в видео ниже.
Умная теплица своими руками: пошаговая инструкция
Для начала определяются с выбором площадки для строительства, при этом учитывают инсоляцию, ландшафт, расположение грунтовых вод и розу ветров.
Не ставьте теплицу туда, где есть тень Схема наиболее благоприятного расположения теплицы относительно сторон света
Вторым моментом является выбор материала с учетом предназначения теплицы. Например, толщина сотового поликарбоната в 8 мм будет достаточна для покрытия теплицы, предназначенной для эксплуатации с весны до осени. Если же планируется выращивать культуры и зимой толщину покрытия рекомендуется увеличить до 16 мм при условии надежной герметизации.
Помочь сохранить тепло может теплоизолирующий фундамент.
Чтобы вложить в конструкцию «интеллект» потребуется осуществить монтаж систем автоматической вентиляции, автополива и обогрева почвы и воздуха.
1 этап. Автоматический обогрев почвы и воздуха
Предусмотрено два технических варианта обогрева теплицы:
- В первый с использованием электроэнергии входят подключение теплового пола, конвекторов и инфракрасных обогревателей.
- Второй основан на подключении водяного отопления с обязательным контролем работы котла вручную.
Обогрев воздуха
В целях обогрева воздуха предпочтительнее остановить свой выбор на электрообогревателях. Рекомендуется закреплять их к каркасу вместе с электросхемами и датчиками, срабатывающими при понижении температуры.
Обогрев почвы
Обогрев грунта можно производить тремя способами:
натуральным – за счет солнечного света;
биологическим – благодаря энергии, выделяющейся при гниении биоматериалов; недостатком является невозможность контроля температуры;
техническим, включающим обогрев почвы посредством:
- подачи теплой воды по проложенным под землей трубам, подсоединенным к котлу;
- монтажа системы «теплый пол», подключенной к электросети.
2 этап. Автоматическое проветривание
Иногда оказывается достаточным установки термопривода внутри теплицы или за ее пределами.
Форточки рекомендуется устанавливать на максимально возможной высоте.
В ряде случаев производится монтаж системы вентиляции, запускающей вентиляторы при изменении температуры воздуха.
3 этап. Автоматизация полива
Капельное орошение реализуется путем установки системы, представляющей совокупность резиновых и пластиковых трубок, а также капельниц. При такой системе полива вода в ходе подачи будет разогреваться, что важно для корневой системы.
Ключевым элементом комплекса является гидроавтомат. Резервуаром служит бак, подача воды осуществляется самотеком.
Освещение
Рекомендуемая продолжительность светового дня в теплице должна составлять 12-16 часов в сутки. Режим работы источников искусственного освещения рекомендуется соотносить с темным и светлым временем суток.
Для автоматизации процесса используют датчики освещенности и таймеры.
Для обеспечения искусственного освещения чаще используют лампы:
- накаливания – их недостатком является инфракрасное излучение, способное при близком расположении нанести вред растениям;
- натриевые – их спектр схож со спектром солнечного света, однако ограничивает их применение малый срок эксплуатации;
- светодиодные – отличаются высоким уровнем безопасности, а спектр близок к естественному освещению;
- люминесцентные – характеризуются экономичностью, высоким КПД и продолжительным временем эксплуатации.
В зависимости от целей можно использовать также источники инфракрасного или ультрафиолетового диапазонов.
Программная часть
С оборудованием все понятно. Осталось разобраться с программами, которые им управляют и контролируют состояние всей системы. Так как в комплексе есть два высокоинтеллектуальных устройства — ESS8266 и сам Arduino. Соответственно для обоих нужны свои программы. Помещение их в память устройств, в обоих случаях производится через Arduino IDE.
Мониторинг
Скетч, который необходимо выгрузить в ESP8266 LoLin NodeMCU, для обеспечения его связи с Arduino и WiFi роутером.
Управление
Ну и в финале, большой скетч управления самой теплицей, который выгружается в Arduino.
Замечания по конструкции
Датчик DN11 желательно заменить на DN22, который хоть и стоит дороже, но более точен и функционирует без проблем свойственных своему младшему тезке. Для питания контуров управления можно использовать компьютерный блок питания, желательно форм-фактора AT.
Советуем прочитать: переходите по ссылке, если хотите узнать как подключить датчик влажности почвы к Arduino.
