«Умная теплица»: автоматика для сооружений на Arduino, преимущества автоматической конструкции, автоматизация для открытия форточки своими руками

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.

    Читайте также:
    Ворота на лестницу для безопасности детей: виды требования

    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.

    Умная теплица своими руками – схема автоматики парника на микроконтроллере

    Данная статья – не просто список инструкций по повторению моего умного парника, я постарался сделать настоящую презентацию автоматики для теплиц, чтобы вдохновить вас.

    Я хотел сделать своими руками такую умную теплицу на микроконтроллере, в которой растения не высохли бы без присмотра в течении нескольких дней. Два главных фактора жизнедеятельности растений в теплице – вода и температура, поэтому упор в схеме контроля был сделан на эти факторы.

    Краткое описание системы:
    Дождевая вода собирается с крыши и хранится в баках. В одном дождевом баке установлен погружной насос. Он перекачивает воду в подпиточный бак в теплице. В подпиточном баке установлены 7 насосов, осуществляющих непосредственный полив растений.

    Все растения посажены в горшки, каждый из семи насосов соединен с четырьмя горшками. В каждой группе из четырех горшков в одном расположен датчик влажности почвы, передающий данные на модуль Arduino. В приложении на своем телефоне я могу установить значение уровня влажности, при котором будет производиться автоматический полив этих четырех горшков.

    В теплице установлены два температурных датчика. Если становится слишком жарко, включается вентилятор, подающий прохладный воздух снаружи в теплицу (в крыше теплицы также имеются форточки автоматического проветривания). Если температура опускается слишком низко, начинает работать небольшой обогреватель внутри теплицы, который не дает растениям замерзнуть.

    В следующих пунктах я объясню основные моменты работы разных частей системы.

    Шаг 1: Дождевые баки

    У меня есть два бака для сбора дождевой воды, подсоединенные к водостоку. В баках установлена автоматическая защита от перелива, требующая выставления уровня наполненности. Баки соединены между собой шлангом, таким образом, между ними осуществляется сифонный водосброс, чтобы достичь одинакового уровня воды в обоих баках.

    В баке, ближайшем к теплице, установлен погружной насос и ультразвуковой датчик, измеряющий расстояние до поверхности воды. Они соединены с модулем Arduino, находящимся в теплице, и отправляющим данные на мой телефон. Измерение расстояния до поверхности также не даст насос включиться, если уровень воды ниже водозаборника.

    Шаг 2: Подпиточный бак

    Насос подает воду из дождевого бака в подпиточный, находящийся в теплице. В нем установлены семь насосов от дешевых стеклоомывателей. Ультразвуковой датчик контролирует уровень наполненности бака, я задал границы 50% и 75% для автоматического режима. Наполнение происходит из бака с дождевой водой.

    Насосы 1-4 соединены с группами из четырех горшков, насосы 5 и 6 запасные, а насос 7 соединяется с насадкой увлажнителя. Последнее я сделал в порядке эксперимента, преследуя следующие цели: первая — охлаждение воздуха, и вторая — повышение влажности, что очень нравится огурцам.

    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.

    Шаг 4: Турбулентная стойка в горшке

    Шланги идут от насоса к турбулентным стойкам в четырех горшках.

    Шаг 5: Вентилятор

    Работа вентилятора зависит от заданной величины в телефоне и контролируется ШИМом (Широтно-Импульсным Модулятором), в зависимости от того, насколько выше актуальная температура, чем заданные значения.

    Шаг 6: Датчики температуры

    Для измерения температуры я установил два однопроволочных датчика DS18B20, один наверху, другой внизу. Данные с них передаются каждые десять минут. В зависимости от показаний, я включаю вентилятор или обогреватель.

    Шаг 7: Увлажнитель

    Распыляющая насадка для повышения влажности воздуха и охлаждения, если вентилятор не справляется.

    Читайте также:
    Великолепный дизайн-проект жилого дома

    Шаг 8: Система контроля Arduino

    Сейчас я не буду давать управляющую программу для Arduino, пока прикладываю фото соединения платы с различными реле и иже с ними. Такая путаница в проводах вызвана изменениями, которые я вносил после каждого испытания.

    Шаг 9: Интерфейс Blynk

    Прилагаю картинки интерфейса для автоматизации теплицы. Он сделан с помощью приложения Blynk.

    Первая картинка: показана индикация низкого уровня воды в баках или ошибка сигнала. В обоих случаях я останавливаю насосы. А также график истории данных об уровнях воды в обоих баках.

    Вторая картинка: данные мониторинга температуры, также с графиком истории данных. Здесь видны заданные значения максимума и минимума температуры в теплицы. Показаны средние показатели температур вместе с процентами мощности работы вентилятора, когда температурные показатели превышают заданные значения. Также можно увидеть, работает ли обогреватель.

    Третья картинка: данные датчиков влажности почвы и заданное значение начала полива. Отсчет времени до следующего измерения, интервал 30 мин. График истории измерений с полученными показаниями.
    Четвертая картинка: возможность управлять работой насосов напрямую с телефона, в основном, в целях отладки. Также здесь я могу переводить части системы в автоматический режим. И устанавливать длительность сеансов полива.

    Pumps Auto: насос дождевого бака и насосы подпиточного бака переходят в автоматический режим, то есть вода наполняет подпиточный бак, растения поливаются.
    Watering 13:00 (полив 13:00): в автоматическом режиме растения поливаются раз в день, в 13:00.

    Cooling Auto (автоматическое охлаждение): вентилятор находится в автоматическом режиме и начнет работать, когда температура поднимется выше заданного значения. Чем выше будет подниматься температура, тем выше мощность работы вентилятора.

    Heater Auto (автоматический обогрев): обогреватель находится в автоматическом режиме и начнет работать, как только температура опустится ниже заданного значения. Гистерезис составляет 1°, то есть обогреватель отключится, как только температура превысит заданное значение на 1 градус.

    Рассказываю как сделать какую-либо вещь с пошаговыми фото и видео инструкциями.

    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.

    Читайте также:
    Водонагреватель для душа на даче: как сделать наливной вариант для дачного дома своими руками, солнечные конструкции для летнего душа
    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.
    Читайте также:
    Водопровод на даче из колодца - варианты, оборудование, расчеты

    • «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:

    Умная теплица на Arduino- делаем первые шаги

    Умная теплица на Arduino- делаем первые шаги

    Теплицы предназначены для обеспечения оптимального микроклимата для роста и развития растений. Это могут быть и большие промышленные сооружения и небольшое место на подоконнике для выращивания любимого цветка. Но даже за самой крохотной теплицей на подоконнике нужен уход: осуществление полива, поддержание нужной температуры, уровня освещенности и т.п.

    Многие с удовольствием занялись подобным хозяйством, вот только ни сил, ни времени для этого нет. И только мечта подсказывает: вот бы такую конструкцию, которая бы настолько умной, что делала бы все сама. Такая теплица окажется востребованной теми, кто не хочет тратить много времени на уход за растениями, а также может не иметь для этого возможности в случае длительного отсутствия — командировок, отпуска и т.п.
    Мы и приступим к созданию подобной теплицы, назовем ее умной. А поможет нам создавать умную теплицу контроллер Arduino. Какие же функции будет выполнять умная теплица?
    Во-первых, необходимо оперативно получать всю необходимую информацию об климатических параметрах нашей теплицы: температура и влажность воздуха, температура и увлажненность почвы, освещенность теплицы. Т.е. осуществлять мониторинг климатических параметров теплицы.

    Какую проблему клиента решит функция мониторинга? Прежде всего — устранит беспокойство насчет того, все ли в порядке c растениями во время его отсутствия: есть ли вода в системе, не выключалось ли электричество, может ли системе вентиляции обеспечить нужную температуру, если в помещении стало слишком жарко и т.п.

    Выводить данные мониторинга можно на дисплей, или с помощью светодиодов оповещать о критических значениях климатических параметров, или получать данные через интернет или на планшет.
    Далее, необходимо реализовать возможность управления теплицей – осуществлять полив, обогрев, вентиляцию растений, регулировать освещенность растений. Управление можно с помощью автоматики, или удаленно (через интернет или через телефон (планшет)).

    Следующий этап – функция автономности теплицы. При снижении уровня увлажненности почвы ниже определенного значения, необходимо включить полив, при снижении температуры в теплице необходимо включить обогрев, освещенность теплицы необходимо производить по определенному циклу.

    Рисунок 1. Схематическое изображение умной теплицы

    В наших уроках мы рассмотрим практическую реализацию проекта умной теплицы. Создадим проект умной теплицы –
    «Домашний цветок». И начнем с реализации функции мониторинга параметров теплицы. Для мониторинга нам необходимо получать следующие данные о окружаещей среде нашего цветка:

    1. температура воздуха;
    2. влажность воздуха;
    3. увлажненность почвы;
    4. освещенность цветка.

    Для реализации функции мониторинга нам понадобятся следующие детали:

    1. Arduino Uno;
    2. Кабель USB;
    3. Плата прототипирования;
    4. Провода «папа-папа» – 15 шт;
    5. Фоторезистор – 1 шт;
    6. Резистор 10 кОм – 1 шт;
    7. Датчик температуры TMP36 – 1 шт;
    8. Модуль температуры и влажности воздуха DHT11 – 1 шт
    9. Модуль влажности почвы – 1 шт.

    Позиции 1-6 имеются в наборах серии «Дерзай» («Базовый», « Изучаем Arduino » и «Умный дом»), датчик температуры TMP36 имеется в наборах «Базовый» и «Изучаем Arduino». Ссылки на позиции 8 и 9 будут даны в конце статьи.
    Сначала познакомимся с датчиками, которые будем использовать для функции мониторинга параметров нашего проекта.
    C помощью фоторезистора (рисунок 2) осуществляют измерение освещенности. Дело в том, что в темноте сопротивление фоторезистора весьма велико, но когда на него попадает свет, это сопротивление падает пропорционально освещенности.

    Читайте также:
    Альтернативные источники энергии

    Рисунок 2. Фоторезистор

    Аналоговый датчик температуры TMP36 (рисунок 2) позволяет легко преобразовать выходной уровень напряжения в показания температуры в градусах Цельсия. Каждые 10 мВ соответствуют 1 0С, Вы можете написать формулу для преобразования выходного напряжения в температуру.

    Смещение -500 для работы с температурами ниже 0 0C.

    Рисунок 3. Аналоговый датчик температуры TMP36

    Датчик DHT11 состоят из емкостного датчика влажности и термистора. Кроме того датчик содержит в себе простенький АЦП для преобразования аналоговых значений влажности и температуры. Будем использовать датчик в варианте модуля для Arduino (рисунок 4).

    Рисунок 4. Модуль DHT11

    Модуль влажности почвы (рисунок 5) предназначен для определения влажности земли, в которую он погружен. Он позволяет узнать о недостаточном или избыточном поливе ваших домашних или садовых растений. Модуль состоит из двух частей: контактного щупа YL-28 и датчика YL-38, щуп YL-28 соединен с датчиком YL-38 по двум проводам. Между двумя электродами щупа YL-28 создаётся небольшое напряжение. Если почва сухая, сопротивление велико и ток будет меньше. Если земля влажная — сопротивление меньше, ток — чуть больше. По итоговому аналоговому сигналу можно судить о степени влажности.

    Рисунок 5. Модуль влажности почвы

    Теперь соберем на макетной плате схему, представленную на рисунке 6.

    Рисунок 6. Схема соединения для мониторинга параметров для «Домашний цветок «.

    Приступим к написанию скетча. Фоторезистор, датчик температуры TMP36 и модуль влажности почвы – обычные аналоговые датчики. Для датчика TMP36 мы можем преобразовать аналоговые значения в показания температуры в градусах Цельсия. Для работы с модулем DHT11 будем использовать Arduino библиотеку DHT (Скачать). Данные будем измерять с интервалом 5 секунд и значения выводить пока в последовательный порт Arduino.
    Создадим в Arduino IDE новый скетч, занесем в него код из листинга 1 и загрузим скетч на на плату Arduino. Напоминаем, что в настройках Arduino IDE необходимо выбрать тип платы (Arduino UNO) и порт подключения платы.

    После загрузки скетча на плату, открываем монитор последовательного порта и наблюдаем вывод значений с показаниями наших датчиков (рисунок 7).

    Рисунок 7. Вывод значений с показаниями наших датчиков в монитор последовательного порта Arduino.

    А вот и наш выращиваемый цветок (рисунок 8).

    Рисунок 8. Проект «Домашний цветок»

    Смотреть показания датчиков через последовательный порт не совсем удобно, в следующем уроке рассмотрим более удобную индикацию показаний.

    Пример использования современных средств автоматизации в теплице, как сделать умную теплицу на ардуино

    Теплицы – это сооружения, предназначенные для выращивания натуральных овощей в более короткий промежуток времени, чем в открытом грунте. Использование теплиц распространено как у частных владельцев, так и в сельском хозяйстве в целом.

    Раньше автоматизация работы теплицы была дорогостоящей, а порой и не окупаемой процедурой, но на данный момент решение этой проблемы не столь дорого и вполне окупается, а в дальнейшем, к тому же, приносит еще большую выгоду.

    Многие факторы, нужные для эффективного выращивания овощных культур, требуют применения современной автоматики, например:

    1) Автоматическое поддержание оптимальной температуры воздуха;

    2) Автоматический полив;

    3) Автоматическое включение освещения;

    4) Автоматический подогрев почвы.

    Теплицы претерпели значительные изменения за последние десять лет, особенно с внедрением автоматизации. Современные теплицы способны управлять и оптимизировать факторы окружающей среды, влияющие на урожай, такие как орошение, влажность, температура, вентиляция, воздействие света и другие, обеспечивая оптимальные условия выращивания и эффективное использование энергии.

    Интеллектуальные теплицы от полуавтоматических до полностью автоматизированных – отличный выбор для производителей, которые хотят свободно приходить и уходить, когда им заблагорассудится, и заботиться о своих культурах. В умной теплице можно контролировать микроклимат и соответствующим образом корректировать ключевые факторы, влияющие на урожайность.

    Читайте также:
    Деревянная мозаика для стен — 4 популярных вида и особенности укладки

    Автоматическое поддержание оптимальной температуры воздуха

    При выращивании помидоров и огурцов, как наиболее распространённых культур выращиваемых в теплицах желательно чтобы температура воздуха была от +18 до +25 °С днем и не ниже +16 °С ночью. Температура почвы от +10 °С и выше.

    Понижение температуры осуществляется с помощью актуаторов, которые открывают форточки теплицы для проветривания при повышении температуры воздуха. Для этих целей можно также использовать шаговые двигатели, по сигналу открывающие форточки на нужный угол.

    Актуаторы желательно использовать не только с датчиком температуры, но и с датчиком ветра, чтобы не навредить растениям. В роли датчика температуры воздуха можно использовать простой и не дорогой цифровой датчик DS18B20.

    Полив растений

    Автоматический полив осуществляется с помощью датчиков влажности, которые ограничивают полив, но также совместно с ними лучше использовать датчик расхода воды, так как простые, недорогие датчики почвы очень быстро окисляются и выходят из строя. Для малых фермерских хозяйств можно использовать самодельные датчики влажности на базе таймера NE555.

    Современной данную микросхему не назовёшь, зато она зарекомендовала себя как надёжное электронное средство, применяемое во многих областях. Электроды должны быть выполнены из графита, который не окисляется. Выход 3 микросхемы подключён к светодиоду, который сигнализирует о выходе влажности за пределы. Данный выход можно так-же подключить к системе управления и по сигналу от него отключать или включать полив.

    Датчик влажности почвы на микросхеме NE555

    Важно знать необходимый расход воды в день (который будет зависеть от площади теплицы, потребности выращиваемых растений в воде, плотности их посадки и т.д.), тогда достаточно проводить управление поливом с помощью датчиков расхода воды по времени, а датчики влажности использовать в качестве аварийных сигнализаторов перелива.

    Управление освещением

    Автоматическое освещение проще всего реализуется с помощью простого фоторезистора. При уменьшении света его сопротивление повышается и таким образом формируется управляющий сигнал на включение светильников в теплице.

    Подогрев почвы

    Автоматический подогрев почвы осуществляется точно также как и воздуха, но вместо актуаторов для регулирования температуры используются нагревательные ТЭНы или греющий кабель.

    Автоматизация – важнейшая основа для максимального контроля и мониторинга всех основных и ключевых процессов современных тепличных садоводческих проектов. Автоматизация позволяет управлять процессами и отслеживать их из любой точки мира 24 часа в сутки, семь дней в неделю. Таким образом, автоматизация теплиц является ответом на растущий спрос на полный контроль процессов в реальном времени.

    Устройства управления системой автоматизации

    Отдельно стоит сказать об устройствах, которые принимают информацию от датчиков, анализируют и выдают управляющие сигналы на актуаторы, нагревательные ТЭНы, клапана подачи воды и т.д. В интернете можно встретить очень много статей посвящённых такой платформе как Arduino на базе которой предлагается создавать автоматизацию небольших теплиц.

    Arduino – аппаратно-программное средство с предварительно прошитым в него загрузчиком, который позволяет загружать свою программу в микроконтроллер без использования отдельных аппаратных программаторов. Микроконтроллер на плате программируется при помощи языка Arduino, основаном на языке Wiring (Си подобный).

    Все результаты работы оборудования в автоматизированной теплице при необходимости можно визуально отследить на компьютере. В еб-интерфейс может давать возможность не только следить за показаниями датчиков температуры, влажности и освещения, но и управлять этими самыми показаниями. Также может быть реализована возможность следить за теплицей через веб-камеру .

    Система управления теплицей контролируется центральной платой Arduino , работает следующим образом: полученные данные об окружающей среде датчик температуры воздуха влажности или освещения предается центральному контроллеру ( Arduino ) которое сравнивает текущие значения с заданными. Если какое-либо из значений не соответствует то исполнительный механизм приводится в действие для восстановления оптимального состояния. Далее Arduino отправляет данные на удаленный сервер для мониторинга через интернет.

    Пример использования Arduino для автоматизации теплицы

    Пример схемы автоматизации теплицы на Arduino

    Посредством специального программируемого блока осуществляется контроль таких параметров как:

    отопление внутреннего пространства теплицы;

    периодичность и продолжительность полива;

    запуск и отключение принудительной вентиляции;

    Читайте также:
    Декоративная штукатурка мокрый шелк: примеры и варианты исполнения, отзывы

    Контроль температуры воздуха определяется по двум пороговым пределам: верхний предел и нижний предел. Когда верхний предел превышен открываются форточки, вентилятор приводится в действие для охлаждения парниковый среды для притеснения можно использовать шторки и когда температура падает ниже нижнего предела, вентилятор отключается, включается нагреватель что бы нагреть воздух до заданного уровня.

    Контроль влажности определяется порогом, установленным пользователем. когда влажность в теплице падает ниже заданного порога, система автоматического полива включается, а затем выключается, когда оптимальное состояние восстанавливается.

    Условие освещения управляется двумя заданными точками: верхний предел и нижний предел. Верхний предел определяет, когда свет активируется в то время как нижний предел определяет, когда она выключена. Эта стратегия в основном используется для увеличения дневного света или компенсировать недостаточное естественное освещение в соответствии с желанием пользователя.

    Универсальный контроллер для умной теплицы, да или вообще для чего угодно! Системы полива, гроубоксы, гидропоника, инкубаторы:

    Несмотря на простоту программирования и подключения, а также невысокую стоимость, по моему мнению, реализация подобных проектов на Arduino бывает затруднительна.

    В качестве ведущего управляющего устройства может быть также использован микрокомпьютер Raspberry Pi 2 , сочетающий в себе преимущества Arduino и персонального компьютера, т. к. способен запускать отдельную операционную систему и имеет порты ввода/вывода для подключения ведомых устройств и получения сигналов от датчиков.

    Умная интернет-теплица – Проект IOT (Интернет вещей):

    Пример автоматизированной теплицы для Raspberry Pi 3 и Arduino Uno

    Цель заключалась в создании теплицы, в которой такие параметры, как температура и влажность почвы, а также солнечный свет для растений, будут автоматически контролироваться и поддерживаться как можно более постоянными.

    Температура внутри теплицы управляется инфракрасной лампой, которая нагревает воздух, серводвигателем, открывающим окно, и вентилятором от ПК, который позволяет воздуху дуть извне. Влажность почвы контролируется специальным датчиком – если она опускается ниже запрограммированного порога, насос подает воду к растениям.

    Все оборудование управляется через сайт, что позволяет удаленно контролировать работу теплицы и настраивать все параметры по сети.

    Датчики позволяют измерять температуру внутри и снаружи теплицы, а также влажность почвы и интенсивность освещения.

    Данные, считанные с внутреннего датчика температуры, используются для управления моторизованным окном теплицы и вентилятором, которые активируются, когда температура внутри теплицы поднимается выше установленного уровня.

    Когда температура падает до заданного уровня, вентилятор останавливается, а окно закрывается. Когда температура слишком низкая, система включает лампу, которая нагревает воздух.

    Датчик влажности контролирует влажность почвы в теплице. В том случае, если влажность почтвы слишком мала, система активирует насос, который подает воду для полива растений.

    Модуль Arduino подключается к Raspberry PI версии 3 через USB-кабель. Это соединение позволяет считывать параметры датчиков, подключенных к Arduino, и управлять отключенными системами, подключенными к этой плате.

    Все эти данные хранятся в базе MySQL на Raspberry Pi. Связь между Raspberry Pi 3 и платой Arduino Uno реализована как ведущий / ведомый (где ведущим является RPi).

    Сценарий, написанный на Python, который работает на Raspberry Pi, отвечает за обмен данными, запись и чтение данных из базы данных MySQL и отправку новых настроек в Arduino Uno.

    На этой блок-схеме показано, как все устройства, используемые в проекте, подключены к отдельным модулям:

    Созданный сайт состоит из трех страниц. Первая страница – это домашняя страница, на которой пользователь может просматривать состояние отдельных компонентов системы и параметры, измеряемые датчиками. На второй странице можно отдавать команды системе и изменять рабочие параметры.

    На этой странице пользователь может изменить режим работы системы или просто выключить ее. Также здесь можно изменить настройки всех параметров – температуры, влажности почвы и т. д. Введенные значения каждый раз проверяются на правильность, чтобы неправильно введенные элементы не сохранялись в базе данных.

    Последняя страница содержит информацию об авторах проекта.

    База данных MySQL состоит из трех таблиц. В первой таблице записываются данные, собранные с датчиков в системе. Вторая таблица содержит параметры каждого выполненного измерения, а третья позволяет управлять теплицей и считывать ее текущее состояние.

    Читайте также:
    Баня каркасная своими руками: примеры и варианты исполнения, отзывы

    Использование ПЛК в умной теплице

    Для автоматизации теплицы проще всего купить уже готовое устройство в виде программируемого реле или программируемого логического контроллера. Из отечественных производителей подобной продукции наиболее известны фирмы ОВЕН, Сегнетикс и др. Альтернативой для тех, кто научился программировать Arduino может стать ПЛК Controllino.

    ПЛК Controllino: MINI (слева), MAXI (по середине) и MEGA(справа)

    Единственным минусом данного ПЛК являются релейные выходы с током до 6 А. Но если в теплице используется электрооборудование с меньшим потреблением тока, то данный ПЛК подходит как нельзя лучше.

    На сегодняшний день он выпускается в 3 вариантах: MINI, MEGA, MAXI. Важным плюсом является также возможность подключения к Интернету через интерфейс Ethernet для дистанционного мониторинга и управления. Данный интерфейс доступен в версиях MEGA и MAXI.

    Умная теплица своими руками:

    Таким образом, создание автоматизированной теплицы на сегодняшний день является простой и относительно недорогой задачей для малых фермерских хозяйств.

    Любите умные гаджеты и DIY? Станьте специалистом в сфере Internet of Things и создайте сеть умных гаджетов!

    Записывайтесь в онлайн-университет от GeekBrains:

    Изучить C, механизмы отладки и программирования микроконтроллеров;

    Получить опыт работы с реальными проектами, в команде и самостоятельно;

    Получить удостоверение и сертификат, подтверждающие полученные знания.

    Starter box для первых экспериментов в подарок!

    После прохождения курса в вашем портфолио будет: метостанция с функцией часов и встроенной игрой, распределенная сеть устройств, устройства регулирования температуры (ПИД-регулятор), устройство контроля влажности воздуха, система умного полива растений, устройство контроля протечки воды.

    Вы получите диплом о профессиональной переподготовке и электронный сертификат, которые можно добавить в портфолио и показать работодателю.

    Умная теплица своими руками, готовые проекты

    «Умная теплица» – вариант выбора для занятых людей. В целях экономии садоводы-огородники часто отдают предпочтение строительству сооружения своими руками. При возведении принимаются во внимание мониторинг и возможность коррекции температуры воздуха внутри помещения, влажности почвы, а также ее состояния.

    Умная теплица и ее особенности

    Автоматизация рутинных процессов позволяет экономить время на их выполнении и сосредоточить свое внимание на пасынковании, пересаживании и другом.

    Преимущества умных теплиц

    К главным преимуществам относятся:

    • поддержание необходимой температуры внутри помещения путем контроля над своевременностью обогрева и проветривания;
    • своевременность капельного полива;
    • восстановление (мульчирование) почвы под заданную культуру.

    Виды умных теплиц

    В зависимости от типа энергоснабжения достаточно условно теплицы подразделяются на автономные и энергозависимые.

    Как следует из названия, автономные сооружения не зависят от подачи электроэнергии. Функционирование происходит благодаря использованию тепловой или солнечной энергии. К недостаткам следует отнести требования к оборудованию.

    Для работы второго типа теплиц требуется электроэнергия. К ее достоинствам относят более низкую стоимость по отношению к автономным сооружениям. Тем не менее, можно выделить два ее недостатка. Первый – плата за электроэнергию, которая может быть высокой. Второй – зависимость от электроснабжения.

    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.

    Читайте также:
    Бетонные полы с топпингом: технология

    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.

    Обзоры готовых проектов умных теплиц + цены и фото

    Примеры наиболее распространенных моделей готовых проектов представлены в таблице ниже:

    Название модели Особенности Цена, руб. Фото.
    Отечественные
    Умная теплица (4*2*2 м) Бывают типовыми или изготавливаются по заказу. Выполняются из поликарбоната. Снабжена системами терморегуляции и автополива. Срок службы – 15 лет. от 7200 .
    Новатор-4 (в комплектациях «Комфорт», «Классика», «Премиум», «Элит»); размеры варьируют Модель арочной формы с сечением труб 4*4 см и расстоянием между дугами 0,66 м. Выполнена из поликарбоната. Выдерживает до 160 кг снега на м2. от 11000 .
    LIFE ENERGY-4 (в стандартной и дополнительной комплектациях) Круглогодичная. Выполнена с однокамерным стеклопакетом. Снабжена автоматическими системами: полива, вентиляции, подсветки и обогрева. 524600-1573900 .
    LIFE ENERGY-5 Круглогодичная, шириной 4 м. Выполнена с люками для проветривания (2-6) с автоприводом. Снабжена автоматическими системами: полива, вентиляции, подсветки и обогрева. 626100-1848300 .
    ЙоТик (обучающий электронный набор-конструктор) Набор включает: корпус в виде конструктора, контроллер ЙоТик v1.0, плату расширения Ардуино, светодиодную ленту 20 см, модули четырех реле и силового MOS транзистора, электропомпу, трубку для подачи воды; а также датчики освещенности, температуры, влажности воздуха, почвы. 15 000 .
    Ардуино Мега Конструкция позволяет создать теплицу с функциями автоматического контроля температуры, влажности, освещенности, проведения полива, создания необходимого микроклимата. Управление возможно дистанционно. 15 000
    «Умная теплица» по Курдюмову Предусмотрены автоматизированные режимы: контроля над температурой воздуха, мульчирования почвы, капельного полива, а также проветривания. 22700-77000 .
    Иностранного производства
    WERDEBOX (создана в Италии) Источниками освещения являются светодиоды. Культуры могут выращиваться на 4-х ярусах. Для роста растений предусмотрены специальные капсулы. Благодаря современному дизайну теплица легко вписывается практически в любой интерьер. 600 000 .

    Строим умную теплицу на Ардуино-Мега. Часть 2

    Авторизация на сайте

    Как я уже писал в прошлой части, изначально настройка параметров теплицы с кнопочек с отображение на дисплее не планировалась, поэтому я предусмотрел кнопки и переключатели в ящике.

    Все это можно было тоже реализовать программно, но раз уже сделал, то они сохранили свою функциональность:

    – переключатель обогрева почвы (обогрев отключен / включен автоматический обогрев),
    – переключатель обогрева водуха (обогрев отключен / включен автоматический обогрев),
    – трехпозиционный переключатель открывания окон (автоматика отключена, окна открыты / автоматическое управление окнами / автоматика отключена, окна закрыты),
    – кнопка набора воды в бак,
    – кнопка полива,
    – переключатель режимов полива (один раз в день / два раза в день)
    – кнопка включения подсветки дисплея, установленная сверху ящика. Включает подсветку на 30с.

    Читайте также:
    Декоративная штукатурка мокрый шелк: примеры и варианты исполнения, отзывы

    Сразу понятно, что все это для случаев, если вдруг что-то пойдет не так с автоматикой.
    Теперь о настройках, которые можно установить с кнопок на панели. Этой зимой, постаравшись максимально сымитировать теплицу, работал над написанием кода для лежащего на столе ящика.

    Итак, основное меню состоит из 3-х пунктов:
    1. Меню настроек.
    2. Установка даты-времени.
    3. Тестовая программа для концевиков и моторов открывания окон.

    С установкой даты и времени все понятно. Тестовая программа – чтобы подключить окна, погонять их с помощью кнопочек, проверить как закрываются, правильно ли подключил, настроить сработку концевиков и т.д.

    В меню настроек можно установить следующие параметры:

    1. Время полива.
    2. Время второго полива (если включен режим полива 2 раза в день)
    3. Время набора воды.
    4. Температура открытия окон.
    5. Температура закрытия окон.
    6. Температура включения обогрева почвы.
    7. Температура отключения обогрева почвы.
    8. Температура включения обогрева воздуха.
    9. Температура отключения обогрева воздуха.

    Жена сказала, что поскольку нет никакого резервирования и защиты, если концевики не сработают, нужно еще установить предельное для работы насоса и моторов окон. Это было правильное и справедливое замечание, поэтому пришлось ввести и такие настройки:

    10. Предельное время работы мотора открывания окна 1.
    11. Предельное время работы мотора открывания окна 2.
    12. Предельное время работы мотора закрывания окна 1.
    13. Предельное время работы мотора закрывания окна 2.
    14. Предельное время работы насоса.
    15. Время работы насоса для запуска полива.

    Теперь для иллюстрации работы меню предлагаю посмотреть небольшое видео:,/p>

    Несмотря на то, что снег еще у нас в середине апреля еще лежал, я установил блок управления в теплицу и подключил обогрев почвы (теплый пол) пока без автоматики и обогрев воздуха обогревателем с автоматическим управлением. По прошествии недели, что почва прогрелась до 30 градусов, на момент осмотра обогреватель отключен, температура воздуха 22 градуса – солнце уже работает как надо.
    Кроме того, 15 апреля я включил автопроветривание, чтобы понаблюдать за его работой. Как работает автопроветривание можно также посмотреть на видео:

    Попробовал следующие настройки:

    – открывание окон 25 градусов;
    – закрывание окон 21 градус;
    – включение обогревателя 18 градусов;
    – выключение обогревателя 20 градусов.

    – открывание окон 28 градусов;
    – закрывание окон 22 градус;
    – включение обогревателя 16 градусов;
    – выключение обогревателя 19 градусов.

    Все устаканилось, теплица перестала хлопать окнами. Возможно надо установить еще датчик температуры на улице и коррелировать как-то управление температурой в теплице, основываясь на его показаниях.

    В течение двух недель в теплице не только тестировалась система автоматического поддержания температуры, но и в 20-х числах апреля были высажены огурцы. Теперь расскажу об автоматическом поливе. Его конструкция в моей теплице выглядит примерно так:>

    Из большого бака раз в день в определенное время ( настраивается с помощью меню ) вода наливается в бак, расположенный в теплице, с помощью насоса. В моем случае в 10-00. Количество воды определяется срабатыванием поплавкового датчика. На всякий случай через меню можно настроить предельное время работы насоса ( защита от несработки датчика. Итак, вода налилась:

    После этого вода в баке весь день греется в теплице, в которой тепло. А вечером, у меня настроено в 19-00, насос включается на 40 секунд, вода переливается и уже самотеком, по закону сообщающихся сосудов, выливается на грядку:

    Как я настраивал автоматический полив, тоже можно увидеть на видео:

    Рейтинг
    ( Пока оценок нет )
    Понравилась статья? Поделиться с друзьями:
    Добавить комментарий

    ;-) :| :x :twisted: :smile: :shock: :sad: :roll: :razz: :oops: :o :mrgreen: :lol: :idea: :grin: :evil: :cry: :cool: :arrow: :???: :?: :!: