Контроллер для умной теплицы своими руками

Делаем сами умную и автоматизированную теплицу: проекты и что внедрить

Искусственная среда для выращивания растений способствует круглогодичному снятию урожая. При создании микроклимата частным образом используются готовые проекты умной теплицы и самоделки. Среди систем автоматизации тепличных комплексов лидирует аппаратно-программное обеспечение Arduino, которое позволяет роботизировать домашнее хозяйство даже людям, малосведущим в электронике.

Необходимость автоматизации теплицы

Жизнедеятельность растений напрямую связана с температурным режимом, влажностью, освещенностью и другими факторами. Малейшие отклонения в окружающей среде негативно сказываются на темпах роста и урожайности. Соблюдение строгих тепличных условий – кропотливый и трудоемкий процесс, который нуждается в постоянном контроле. Умная теплица своими руками сводит к минимуму человеческое участие, освобождает время и позволяет управлять ростом овощных и фруктовых культур на расстоянии.

Решаемые задачи

Автоматизация создания и поддержания необходимых условий окружающей среды подразумевает управление:

• температурным режимом;
• поливом и орошением;
• освещением;
• подогревом почвы;
• подкормкой CO₂.

Особая роль отводится мониторингу процессов, автономности и оперативной реакции на малейшие отклонения.

Возможности и оборудование

Считывание данных и изменение состояния окружающей среды производится с помощью датчиков и исполнительных устройств. Главенствующую роль играет контроллер, который сопряжен с системой дистанционного управления. Каждое устройство, входящее в робототехнический комплекс, выполняет определенные функции. Оборудование умной теплицы состоит из систем:

• поддержания оптимального температурного режима. Для понижения температуры применяются актуаторы. С помощью этих приспособлений регулируется воздухообмен между помещением и внешней средой. Получая сигнал извне, шаговый двигатель, пневматическое или гидравлическое устройство приводит форточку в необходимое положение. Соответствующие сигналы генерируются датчиками температуры и ветра;
• подогрева почвы. Оптимальная температура в теплице достигается с помощью терморегуляторов, ТЭНов, электрокабеля или других нагревательных приборов, интенсивность работы которых зависит от команд температурных датчиков;
• освещения. Система включает лампы и датчик освещенности, главной деталью которого является фоторезистор. Формирование управляющего сигнала происходит за счет изменения сопротивления в зависимости от интенсивности светового потока. Помимо осветительных приборов, в регулировании освещенности могут участвовать автоматические шторы;
• контроля уровня CO₂. Соответствующий датчик связан с вентиляторами, посредством которых помещение освобождается от выработанного растениями кислорода. Подкормка растений двуокисью углерода повышает урожайность на 30%;
• полива. Автоматизация полива обеспечивается сенсорами влажности (гигрометрами). Из экономических соображений система оборудуется датчиками расхода воды. Простейшие устройства представлены таймерами, которые включают и выключают орошение в заданные промежутки времени.

Расход воды – важный фактор, который напрямую связан с площадью тепличного помещения и особенностями выращивания конкретных растений. При оптимально заданных временных интервалах полива, датчики влажности выполняют функции аварийных сигнализаторов.

Преимущества перед обычной

В таблице №1 представлены преимущества и недостатки обыкновенной и умной теплиц.

Обычная		«Умная»
Плюсы	Минусы	Плюсы	Минусы
Независимость от источников энергии	Необходимость постоянного присутствия	Автоматический и удаленный контроль	Зависимость от источников питания
Низкая себестоимость	Повышенные трудозатраты	Точное соблюдение режимов	Затраты на приобретение оборудования
Простота в обслуживании	Минимальное участи человека	Выход из строя отдельных элементов

Недостатки с автономностью умной теплицы решаются с помощью аккумуляторов, генераторов и емкостей с водою.

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.

Основные критерии выбора систем для автоматизации теплиц

При кажущейся простоте, выбор оборудования для автоматизации тепличного хозяйства затрудняет даже специалистов. Идеальным условием считается подбор автоматики одного производителя. Поскольку данный критерий труднодоступен, перед тем, как автоматизировать теплицу необходимо:

• определиться с ее площадью и назначением (выращиваемые культуры);
• высчитать количество датчиков и исполнительных устройств;
• в зависимости от предыдущего пункта подобрать контроллер или использовать конструктор;
• решить вопрос с управлением и контролем.

С развитием научно-технического прогресса, готовые проекты умных теплиц быстро устаревают. Поэтому при выборе автоматики для искусственного выращивания овощей и фруктов необходимо опираться на новейшие технологии и оборудование.

Приборы для автоматизации теплиц за 2020 год

Чтобы автоматизировать теплицу, необходимо обзавестись соответствующим оборудованием, примерами которого в 2020 году являются:

• Контроллер для умной теплицы серии «iТеплица -малый контроллер». Гарантирует комплексный контроль микроклимата в помещении с ограниченной площадью. Обеспечивает поддержание температуры, проветривание, подкормку и полив растений. Предполагает управление вспомогательными механизмами. Рассчитан на длительное хранение данных обо всех изменениях окружающей среды. Оснащен продвинутой системой визуализации SCADA. Комплектуется датчиками влажности, освещенности и программным обеспечением. Цена от 17 тыс. рублей.

• SMART STANDARD VENT «УМНАЯ ТЕПЛИЦА» — набор для автоматизации теплицы. Обладает богатым функционалом, охватывающим практически все сегменты поддержания заданного микроклимата. Для контроля и обмена данными используются гаджеты, связанные с интернетом. Цена от 47,9 тыс. рублей.

• «Умница lite» – бюджетный вариант умной теплицы. Помимо блока управления комплектуется картой памяти micro SD, USB-адаптером, датчиками температуры, влажности, освещенности, уровня воды и пр. Цена от 9,9 тыс. рублей.

• Смарт-теплица на базе контроллера Терраформ. Обеспечивает контроль пяти параметров микроклимата. Комплектуется датчиками температуры, влажности, освещенности, температуры почвы. Предполагает подключение сенсоров CO₂ и pH.

Пошаговая инструкция создания умной теплицы

Наделить «интеллектом» можно практически каждую теплицу, которая отвечает стандартам выращивания овощей, фруктов и цветов в искусственных условиях. Для этого необходимо:

1. Приобрести готовый комплект автоматики или подобрать оборудование, которые соответствуют созданию необходимого микроклимата и площади помещения.
2. Оптимально разместить датчики и исполнительные устройства.
3. Соединить все элементы с контроллером.
4. Установить необходимое программное обеспечение.
5. Предусмотреть дистанционное управление.
6. Организовать автономное питание.

Один из вариантов создания умной теплицы представлен в видео:

Источник

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.

Техническая структура теплицы

Материал – картон, пластик прозрачный и не прозрачный, пищевая плёнка, удобрение.

Электронная начинка – Arduino Uno, DC двигатель (водяная помпа), светодиоды, двухканальный модуль реле 5В, керамический нагреватель, кулер, блок питания на 12 В и 60 Вт, датчик влажности почвы, датчик температуры и влажности воздуха.

Как показало время — выбранный материал оправдал все идеи.
В качестве ёмкостей для выращивания урожая использовали коробки из под обуви (мужская детская обувь).
Коробки были покрыты изнутри акриловой краской, которую часто используют в декоративных целях. После высыхания краски, каждая коробка было покрыта изнутри и снаружи пищевой плёнкой. Коробки прикручены к фанере, которая является соединительной опорой двух коробок. Для прочности конструкции, фасад теплицы был обклеен пластиковыми футлярами из под CD дисков (набралось огромное количество не нужного софта, музыки и фильмов). Клей использовали двух видом — клей момент кристалл для крепления к коробкам термоклей для заливки места стыков пластика.

Для того, чтобы было освещение в любую погоду построили рамку, где закрепили светодиоды (лучше ультрафиолетовые) — расстояние между ними не более 5 см на высоте не менее 25 см. Рамка создана из пластиковых уголков, которых полно в строительных магазинах.

К данной рамке закрепили пластиковую трубку диаметром 1,5 см (дети принесли, от какой то конструкции), где просверлили множество отверстий (до 3мм в диаметре) с одной стороны трубки, расстояние между отверстиями не менее 3 см.

Так как растениям нужен ультрафиолет, и его очень много от естественного освещения, то принято решение сделать прозрачные стенки. Так как стекло поглощает ультрафиолет, взяли пластик от тех же футляров из под компакт дисков.

Так как растения могут быть разной высоты, то одну из сторон было решено сделать выше на один футляр. Крышка также сделана из футляров и спокойно может открываться.

Для скрепления применяли те же клеи, что описаны были ранее. Для прочности к краям приклеены деревянные рейки, купленные в строительных магазинах.

Места стыка крышки и стенок покрыли теплоизоляцией — получилось немного коряво, но я старался не вмешиваться в процесс творчества детей — это их проект и они должны получить личный опыт в разработке проекта.

Теперь настало время проектировки электроники в теплицу.

Задачи

Разработка структуры «Умной теплицы»

Разработка ПО по ручному управлению и автономной работе проекта, отвечающего поставленным задачам.

Электромонтаж проекта «Умная теплица» — автономное и автоматическое отслеживание состояния влажности почвы и воздуха, температуры воздуха в теплице, автоматический полив (увлажнение) почвы и нагрев воздуха до комфортной, растениям, температуры, автоматическое освещение.

Разработка модели с возможностью реализации её любому человеку и для любых природных условиях по выращиванию растений любого вида.

Возможности модели

Автоматическое управление освещением

Автоматическое управление поливом.

Автоматическое регулировка температуры и влажности воздуха и почвы.

Описание принципа работы

Датчики влажности почвы и датчик температуры и влажности воздуха каждую секунду отслеживают показания. Данные показания обрабатываются в плате Arduino Uno и выдаются команды согласно загруженной в неё программе.

Программа содержит два условия и бесконечный цикл. Если температура воздуха меньше 20 градусов по Цельсию, то подаётся команда на включение через электромагнитное реле керамического нагревателя и кулера. Под действием конвекции воздух начинает равномерно прогреваться, когда воздух прогреется до 21 градуса по Цельсию, то подаётся команда на отключения нагревателя через реле.

Если влажность почвы будет выше установленного значения, то также подаётся команда на реле, где запускается насос для полива растений и увлажнения почвы, пока не понизится до нужного значения.

В данном проекте есть керамический нагреватель — его мы прикрутили к радиатору с кулером, чтобы нагретый воздух быстрее циркулировал. По идеи в помещении для большинства растений он не нужен, за исключением тропических видов.

На видео показана работа теплицы

На сегодняшний день теплица выполняет свою функцию, хорошо получается вырастить капризные растения. Сейчас идёт модернизация её управления и улучшения качества.

Всё дорожает и фрукты с овощами тоже. Выращенный томат, огурцы и сладкий перец намного вкуснее магазинных. Очень насыщенный вкус. Попробуйте, не пожалеете.

Больше интересных проектов можно посмотреть здесь.

Источник