Контроллер для выращивания растений

Обновлено: 05.10.2024

Продолжение разработки контроллера гроубокса. Представлен конструктивно законченный вариант устройства, который может найти применение в самых различных задачах.

Тема разработки контроллера гроубокса оказалась крайне востребованной и, похоже, бесконечной. Она все время подпитывается как моими собственными потребностями, так и многочисленными внешними запросами. И даже дачные воры приложили руки к развитию проекта. Проект становится по-настоящему народным.

Начал я в прошлом году с необходимости включать освещение для банана, который зимовал у меня в квартире. Создал контроллер с минимальным набором функций. Со временем добавил датчик влажности почвы.

Затем подключился Игорь из Минска. По его просьбе были добавлены датчики температуры и влажности воздуха, вентиляторы охлаждения и снижения влажности. Но это только маленькая часть его планов.

Сейчас к развитию проекта подключилась моя коллега по имени Елена. Она работает со мной в одной фирме. Елена специалист широкого профиля. Будучи математиком-программистом, еще и выполняет работу конструктора – разводчика печатных плат. Ей тоже необходим контроллер для гроубокса с рассадой, и она решила разработать для него печатную плату. Заодно Елена задумала попробовать продавать такие платы, возможно собранные на них контроллеры. Из этих соображений заказала пробную партию из 10 плат.

И еще на развитие проекта повлияли дачные воры - расхитители металла. У нас на дачах вернулись 90е годы. Более 20 лет ни гвоздика не украли. Два года лежала металлическая бочка у дороги, никто ее не трогал. А сейчас выносят все. Спиливают с заброшенных участков столбы, режут провода. Дошло до того, что на прошлой неделе у человека сняли забор из профнастила и ворота! Жуткое зрелище!

Я испугался за свой забор и решил сделать какое-то охранно-отпугивающие воров устройство. Для этой задачи идеально подходит новый контроллер. Вернее его аппаратная часть. Программа, естественно, должна быть другой.

И тут же нашлось много других потенциальных применений контроллера. В результате он превратился в достаточно универсальное устройство. При этом без какой-либо значительной избыточности в аппаратной части, а значит и цене.

На мой взгляд, устройство получилось крайне удачным. Из-за его универсальности я ушел в названии от “контроллера гроубокса”. Теперь больше подходит ”контроллер автоматизированного выращивания растений” (КАВР). Хотя, дачные воры, пчелы, аквариумные рыбки, домашняя птица и другие подобные существа не совсем растения. Пусть ключевым словом будет ”выращивание”.

Контроллером гроубокса он становится при загрузке соответствующей программы. Программы из предыдущих статей про гроубокс на нем работают. Ниже расскажу подробнее о реализации на новом контроллере других устройств.

Описание контроллера КАВР.

Я поставил задачу создать устройство с минимальной ценой комплектующих.

Плата получилась размерами 75 x 61 мм. Дорожки широкие. Все компоненты подписаны. В монтажной схеме необходимости нет.

Собранный контроллер выглядит так.

Используются надежные клеммные колодки DG340 с шагом 5 мм для подключения цепей 220 В и 3,81 мм для низковольтных сигналов.

Питание 220 В подается непосредственно на контроллер. Для защиты от короткого замыкания на плате установлен плавкий предохранитель.
Блок питания формирует напряжение 5 В, которое используется для питания модуля NodeMCU и остальных компонентов схемы. Конечно, можно использовать внешний блок питания.
Для управления освещением на плате установлено твердотельное реле G3MB-202P-5V. К клеммным колодкам “освещение”может подключаться нагрузка 220 В с током до 2 А.
Исполнительные механизмы (насос полива, вентилятор влажности и вентилятор температуры) коммутируются MOSFET транзисторами с предельно-допустимым током 5 А. Выходное напряжение 5 В.
Контроллер имеет один аналоговый вход, к которому может быть подключен аналоговый датчик: влажности почвы, освещения и т.п.
Есть вход для датчика с цифровым интерфейсом, например DHT22. Этот сигнал также может быть использован как дискретный вход или выход.
Для подключения модулей расширения на клеммную колодку выведены сигналы последовательного интерфейса TX и RX. К ним, например, может быть подключен MP3 модуль для формирования звуковых сигналов, GSM модем и т.п.

Вот принципиальная схема устройства.

Плата разведена под модуль NodeMCU V3. Его выводы расположены несколько шире предыдущих версий NodeMCU.

Шаг между выводами такой же. При желании можно установить узкий модуль. Но придется раздвигать выводы.

Некоторое неудобство доставляет то, что питание всех исполнительных механизмов происходит от 5 В. В принципе сейчас много вентиляторов, аквариумных насосов с таким питанием.

Можно заменить реле G3MB-202P-5V на 12ти вольтовый вариант и подать питание 12 В. Но в таком режиме стабилизатор 3,3 В на плате NodeMCU будет работать на пределе рассеиваемой мощности. Может сгореть. Возможно, в следующую версию устройства я добавлю стабилизатор 5 В для питания NodeMCU.

Другой вариант – использовать дополнительные модули реле или отдельные реле. Все выходы допускают непосредственное подключение электромагнитных реле с напряжением обмотки 5 В. Я так и сделал в своем гроубоксе.

Куплю насос на 5 В – подключу непосредственно.

Ошибка на плате.

В первом варианте платы не обошлось без ошибок.

В модуле ESP-12 выводы общего назначения GPIO6 - GPIO11 использовать нельзя. Через них к микроконтроллеру подключена FLASH-память. Я еще могу понять зачем их вывели на выводы NodeMCU, но зачем эти сигналы называть универсальными портами ввода-вывода! Я ошибся и использовал 6 и 10 пины.

Если не применяется вентилятор влажности, то можно ничего не менять. Для версий 4 и 5 с использованием вентилятора необходимо сделать 2 надреза и припаять 2 проводка на нижней поверхности платы.

Эту операцию также необходимо выполнить для использования будущих версий программы. В них будет задействована кнопка установки конфигурации.

Компоненты устройства и цена.

В этой части я расскажу, какие электронные компоненты я использовал. Цены с АлиЭкспресс с учетом доставки. Можете сами посчитать стоимость устройства.

NodeMCU V3 за 154 руб.

Часы реального времени DS3231 с батарейкой , стоимость 117 руб.

AC/DC преобразователь 5 В 700 мА, цена 87 руб.

Твердотельное реле G3MB-202P-5V. Цена 67 руб.

Остальное все копейки стоит. Например, MOSFET транзисторы AO3400 65 руб за 50 штук. Кстати, транзисторы должны быть обязательно низкопороговые. Они управляются напряжением 3 В.

Реализация контроллера гроубокса.

Как я уже писал, все электрические компоненты гроубокса подключаются непосредственно к контроллеру.

Нагрузка освещение рассчитана на 220 В до 2 А.

Все остальные выходы на 5 В.

Если используются исполнительные механизмы (насос, клапан, вентиляторы) с большим напряжением питания, то их можно подключить через реле с обмоткой на 5 В.

Подойдут и стандартные модули реле.

Активный управляющий уровень низкий.

Программная поддержка контроллера.

С этой платой работают все версии программ контроллера гроубокса.

Только в версиях 4 и 5 надо заменить вывод управления вентилятором влажности с 10 на 2.

В ближайшее время собираюсь разработать новую программу для гроубокса. Имя сети, пароль, режимы, параметры в ней будут устанавливаться не в исходном коде, а по нажатию кнопки ”Установка конфигурации”. Также планируется реализовать не только режим точки доступа, но и сервер, подключаемый к существующей сети WiFi.

В дальнейшем наверняка будет программа, работающая по протоколу MQTT, что позволит управлять контроллером из любого места, где есть подключение к интернету.

Моя конструкция устройства.

Я установил плату контроллера в электрическую распределительную коробку подходящего размера.

Для полива использовал аквариумный насос и китайский набор, состоящий из форсунок, тройников и трубок.

Сейчас у меня растет инжир.

Вот короткий фильм, как работает полив.

Области применение контроллера.

Контроллер был разработан для управления гроубоксом, но может быть использован в самых разных приложениях. Насколько хватит фантазии.

Достаточно высокопроизводительный контроллер (80 мГц) с памятью 4 мБ позволяет решать любые задачи.
Наличие WiFi обеспечивает управление устройством с помощью смартфона а, при использовании интернета, управление возможно на бесконечном расстоянии.
Небольшие размеры и низкое энергопотребление позволяют физически устанавливать контроллер практически где угодно.
Низкая цена контроллера позволяет использовать его в небольших локальных задачах.

Пока мне приходят в голову следующие варианты использования устройства.

В ближайшее время я собираюсь реализовать на нем охранное устройство. Начну с малого и буду развивать проект. Подключу светильник. Будет автоматически включаться/выключаться свет, имитируя присутствия людей на участке. Добавлю датчик приближения и MP3 модуль. Буду отпугивать воров звуками. Реализую передачу данных через интернет. Возможно, добавлю беспроводные датчики на границы участка.
Игорю необходимо реализовать на контроллере инкубатор для пчел. Не представляю, что это такое. Он просит добавить циклически формируемый сигнал с заданными временными параметрами.
Вполне очевидные применения в различного рода инкубаторах. Управление освещением, стабилизация температуры, вентиляция…
Думаю, устройство может широко использоваться в аквариумной автоматике.

Думаю, время добавит еще много применений.

В следующей статье из рубрики ”Умное растениеводство” собираюсь разрабатывать новую программу гроубокса.

Гидропоника — это метод выращивания растений без грунта в специальном субстрате, в качестве которого зачастую применяется керамзит.

Плюсов у этого метода множество:

Видео

Нам понадобится

Конструкционные материалы

1х Тройник ПВХ 110мм
1х Муфта двухраструбная 110мм
2х Заглушка 110мм
2х Хомуты 110мм крепления тройника
1х Горшок
Керамзит (мы использовали мелкий в перемешку с мелкими камнями)
Питательный раствор
1х Силиконовый шланг 4*6 мм, 1 метр
1х Силиконовый шланг 6*8 мм, 1 метр
1х Воздушный компрессор или насос (например, используемые для аэрации в аквариумистике)
1х Аэратор (камень) для равномерной аэрации воды. Можно обойтись без него, проделав отверстия в силиконовой трубочке
1x Обратный клапан (для исключения попадания воды в воздушный компрессор)
1х Соединитель для трубки, 4мм
1х Set Box XL (конструктор ПВХ)
1х Крепления LCD2004 (конструктор ПВХ)
Основа для крепления всех конструкционных элементов
Материал для стенок + светоотражатель (у нас - ПВХ, обклеенный фольгой)
Расходники в виде клея, герметика, стяжек и пр.

Электроника

1x Piranha UNO (можно использовать и другой контроллер)
1x Trema Shield (для удобства подключения модулей)
1х Поплавковый уровнемер
1x Датчик влажности почвы, емкостной (используем в качестве уровнемера)
1х Реле (Trema-модуль v2.0) или другое реле для коммутации 220В
1х Силовой ключ N-канал или P-канал
1х Символьный дисплей LCD2004 + LCD конвертор в IIC/I2C
1х I2C Hub (Trema-модуль или обычный)
1х Энкодер FLASH-I2C
1х Часы реального времени, RTC
1х Мембранный насос 6-12В модель 280 или модель 385
1х Датчик расхода воды 0.3 - 6л. / мин. (не обязателен, нужен для сбора статистики) + 3-проводной шлейф мама для подключения (например, такой - подробнее в разделе "Схема подключения")
1х Лампы освещения со всем необходимым для их подключения (патроны, провода и т.п.)
1х Блок питания 9 -12В и током от 1А, например: 9В 1А или 12В 2А
1х Удлинитель для удобного подключения электроники
1х Кулер для вентиляции (в случае, если стенки препятствуют естественной конвекции воздуха)
Также вам могут понадобиться Провода

Библиотеки

При необходимости, ознакомьтесь с нашей инструкцией по установке библиотек в Arduino IDE.

Принцип работы

Для выращивания растений методом гидропоники необходим питательный раствор. Концентрат для его приготовления можно приобрести в специализированных магазинах. Готовится он по инструкции на упаковке и уже в таком виде подаётся в ёмкость, в которой находится горшок с растением. Для долива также используется уже приготовленный раствор. Подробнее о конструкции нашей установки и принципах выращивания растений методами гидропоники вы можете посмотреть в этом видео.

Для подачи питательного раствора в ёмкость используем мембранный насос, а для контроля уровня - два уровнемера. В качестве основного служит ёмкостный датчик влажности почвы, а поплавковый уровнемер выполняет защитную функцию. При его срабатывании насос отключается.

После задания параметров, система автоматически доливает жидкость до заданного уровня.

Модуль RTC отвечает за отсчёт времени. Управление производится с помощью энкодера.

Подсветка экрана работает в дневное время постоянно, а в ночное можно настроить (в коде прошивки): будет она включена или нет. В любом случае, она включается при активности пользователя и, в случае выключения, отключается через определенное время.

Реализованные защиты

Защита от переполнения ёмкости - с помощью поплавкового уровнемера.
Защита от переполнения ёмкости посредством ограничения времени работы насоса - если уровень поды не увеличивается в течение заданного времени, насос выключается, а на экране появляется соответствующее уведомление. Работа системы возобновляется после любых действий пользователя в меню.
Защита от отключения питания. Модуль RTC самостоятельно ведёт учёт времени, поэтому при отключении питания оно не сбивается. Все настройки и статистика сохраняются в энергонезависимую память в 00:00. То есть в случае отключения питания, при последующем запуске системы применятся настройки, установленные на момент предыдущего дня. Статистика также отобразится на момент прошлого дня.

Схема подключения

Особенности подключения

Установка расходомера не обязательна — он лишь выполняет функцию сбора статистики о количестве израсходованной воды. Для того, чтобы подключить его к Trema Shield'у, необходимо припаять 3-проводной шлейф "мама" вместо его стандартного штекера.
Освещение подключается через нормально замкнутые контакты реле. То есть, когда ток на катушку реле не подаётся, лампочка горит. Такое решение обусловлено минимизацией времени подачи питания на реле, ведь большую часть времени суток освещение будет включено.
Мы рекомендуем поставить керамический конденсатор параллельно насосу (можно припаять прямо на его выводы вместе с проводами). Это позволит уменьшить помехи и увеличить стабильность работы схемы.

Управление системой

При включении попадаем в меню Посадки.

Выбираем общее количество дней роста (это тот период, который обычно указан на упаковке с семенами). Также выбираем текущий день. По умолчанию — первый, но если вы используете систему для уже выросших растений, то указываете другой (сколько дней этим растениям).

Далее идёт Время досвета — это то время, в которое автоматически будет включаться и выключаться освещение. Рекомендуется около 16 часов в сутки — мы указали с 7-ми до 23-х.

Следующий экран — заполнение ёмкости питательным раствором. Поворачивая ручку энкодера можно включать и выключать насос, добиваясь точно необходимого уровня. То есть, первый раз вы ждёте, пока жидкость заполнит резервуар до нужного уровня, далее поддержание этого уровня будет происходить автоматически. По мере заполнения емкости, растёт и индикатор.

С этого момента система работает автоматически. Но рассмотрим остальные пункты меню.

При нажатии кнопки энкодера мы попадаем в главное меню, при этом свет выключается, чтобы не мешать настройке.

В Посадке мы уже были, давайте зайдём в пункт Слив. Пока мы находимся здесь, насос не будет включаться и мы можем выполнять работы по смене воды. Мы меняли воду примерно раз в 1,5 — 2 недели, при этом зацветания не происходило.

После нажатия кнопки Готово мы снова попадаем в экран залива жидкости и заполняем резервуар аналогично тому, как показывали ранее. Нажимаем Готово и работа системы возобновляется.

Последний пункт меню — Настройки. Здесь можно настроить время и дату, а также мощность освещения.

Эта информация понадобится для того, чтобы рассчитать расход электроэнергии на весь период выращивания растений.

Ну и вот как выглядит главный экран. В первой строке — дата и время, далее — суммарный расход воды и электричества. Строчкой ниже — количество оставшихся дней, и шкала, заполняющаяся по мере роста.

Как только число дней подойдёт к концу, надпись сменится на Готово.

Сбросить статистику по расходу воды и электричества можно, если установить число дней в меню Посадка, равным 0.

В начале скетча вы найдёте дополнительные настройки, которые можете изменить при необходимости.

Навигация по экранам выглядит следующим образом:

Скетч

Особенности загрузки

Перед загрузкой программы в контроллер, необходимо раскомментировать строку с установкой времени в RTC-модуль watch.settime(i[0],i[1],i[2],i[3],i[4],i[5]); (находится в начале блока setup()). После загрузки необходимо закомментировать эту строку и снова загрузить прошивку. Это необходимо для корректной установки времени в RTC-модуль. В противном случае, отсчёт времени начнётся заново при возобновлении питания после его отключения.

Эту операцию можно выполнить только один раз, даже если вы будете менять скетч и несколько раз загружать код программы.

Эта статья будет посвящена созданию прототипа светодиодной лампы для досветки растений. Конечно, это не просто лампа иначе зачем писать об этом на geektimes? Фитолампа управляется с помощью контроллера Arduino и имеет на борту датчик освещенности ( для адаптивной регулировки яркостью), LED драйвер для управления яркостью по средствам ШИМ, радиомодуль 433 Mhz и конечно bluetooth ( по тому что с ним все становится круче. ) на самом деле для управления с телефона из разработанного приложения под Android. Также я немного затрону вопрос побора годных светодиодов, источников питания и как они себя показали на протяжении 6 месяцев эксплуатации. С момента зарождения идеи меня интересовал вопрос создания мелкосерийного производства, но об этом ниже.

Сейчас довольно часто в вечерних московских окнах можно увидеть фиолетовое сияние, что может означать 2 вещи, либо хозяин квартиры заядлый садовод-огородник либо драгдилер выращивающий коноплю. Подобное фиолетовое свечение обеспечивают специальные светодиоды используемые для досветки растений (когда естественного света не хватает).

Пришел, увидел, автоматизировал

Спектр поглощения света у высших растений находится в диапазоне от 350 до 900 нм. Процессе роста растениям нужен разный спектральный состав света, но существуют два наиболее используемых растением диапазона. 440 -470 нм свет воспринимаемый глазом как синий. Влияет на вегетативную систему отвечающую за рост зеленой массы, листьев и побегов. И 630 -670 нм красный свет, влияющий на генеративную систему растений. Цветение, созревание плодов и семян. На этом мы заканчиваем экскурс по биологии и переходим к самой интересной части.

Целью создания фитолампы является наиболее эффективное воздействие на растение светом в диапазонах 440 – 470 нм и 630 – 670 нм. Именно это сочетание синего и красного дают фиолетовый свет. Для этой цели были выбраны полноспектральные светодиоды мощностью 1W и 3W. спектральный состав которых представлен на рисунке ниже. (диаграмма с сайта производителя светодиодов).

Также для досветки могут быть использованы светодиоды 5050, 5630, 5730, но их световое КПД ниже за счет использования ограничивающего резистора в схеме. Также подобные линейки греются заметно больше. Лучше всего себя показали 1 W фитосветодиоды с Aliexpress ( по показателям нагрева и освещенности Lm ), хотя в прототипе используются 3W.

Итак что же может предложить садоводам человек с дипломом инженера и достаточным количеством свободного времени?

Внутри корпуса на вытравленной плате установлен контроллер Arduino nano.

Если кратко контроллер управляет яркостью светодиодов получая информацию об освещенности с фоторезистора установленного на корпусе лампы.

Тем самым достигается адаптивная яркость лампы. Демонстрация есть на видео.

/* Абзац технических тонкостей можно пропустить

Вся схема запитана от блока питания 24V. На стороне 220В установлен предохранитель на 1 А. Питание на светодиоды подается через драйвер LDD-700H с выходным током 700 mA и входом для диммирования, поддерживающим ШИМ. Мощность лампы 18 Вт, фитолампа обеспечивает освещенность 3000лк на расстоянии 20 см. Стоит отметить что питание на контроллер подается через стабилизатор напряжения L7809С, который понижает напряжение с 24V от блока питания до приемлемых 9V на вход Vin контроллера. В обвязке стабилизатора напряжения установлены 2 конденсатора номиналами 0.33 мкФ на входе и 0.1 мкФ на выходе, это сделано для фильтрации скачков напряжения и позволяет уменьшить нагрев стабилизатора. Резисторы R3 = 1кОМ, R4 = 2 кОм на входе Rx Bluetooth модуля предназначены для уменьшения напряжения до 3.3 вольт. Резистор R1 = 10 кОм вместе с фоторезистором представляют собой делитель напряжения и позволяют измерить изменение напряжения ( а вернее сопротивления) на фоторезисторе в зависимости от внешнего освещения. И наконец резистор R2 = 100 Ом на выходе 10 arduino, установлен для его защиты. Выход 10 управляет яркостью лампы, а также выключает ее при подаче нулевого потенциала. */

Для сборки прототипа была вытравлена плата.

В корпусе установлен приемник 433 Мгц для управления лампой с пульта ( если нет телефона под рукой) И конечно самое интересное, в лампе установлен модуль Bluetooth hc-05, что позволяет управлять ею с помощью телефона на Android с написанного приложения.

В данный момент можно выставить 3 режима работы лампы:

Включение
Выключение
Адаптивная яркость по фоторезистору

В одном горшке рассада досвечивалась вечером в течении 3 часов.

Подводя промежуточный итог могу заметить что лучше всего себя показали 1W светодиоды ( нужный спектр свечения получается за счет использования люминофора нанесенного на линзу). От лампы мощностью 12W я получил освещенность 4000 Лк на расстоянии 15 см. Для светодиодов 5630 ( сборка на линейке красных и синих светодиодов) при мощности 16W удалось достичь только 2000 Лк на расстоянии 15 см, схожие характеристики показали и 3W фитосветодиоды. Конечно многое зависит от качества светодиодов.

В перспективе хотелось сделать изменение спектра света по заранее заданным программам для разных растений в разные периоды их жизни, также была идея добавить автополив.

Как я упомянул была идея создания мелкосерийного производства, с технической точки зрения были найдены поставщики светодиодов и корпусов ламп, но для сборки электроприборов ( в числу которых относятся лампы) нужен сертификат соответствия. А получение сертификата подразумевает наличие производства которое может проинспектировать гос служащий. Оказывается бюрократия сложнее чем схемотехника и программирование. По этим причинам я решил сделать идею общедоступной, хотя и не претендую на оригинальность.

И в конце обещанное видео демонстрации работы фитолампы. Код для контроллера приложения вы можете посмотреть на моём сайте, ссылка есть в профиле.

В комментариях заметил вопрос по поводу нагрева светодиодов и их охлаждения. Вопрос действительно интересный и заслуживает упоминания. Я использую пассивное охлаждение, светодиоды клеятся на металлический корпус лампы теплопроводящим клеем. Оказалось весьма сложно соблюсти баланс между мощностью лампы и её нагревом. Для светодиодов 5630, предельная температура нормальной работы 40 С. ( по заявлению производителей). Для мощных светодиодов это температура порядка 60 С. Для блоков питания не более 40 С. Линейки из светодиодов 5630 греются сильнее за счет потерь на резисторе ( один резистор на 3 светодиода). Эмпирическим методов я пришел к оптимальному сочетанию количества светодиодов, размера лампы ( рассеивающей поверхности) и метода размещения светодиодов в лампе. Температуру проверял пирометром.

Лаборатория E-MODE.PRO основана в 2014 году. Наша цель - создание автоматизированного Гроу-модуля, который позволит получить урожай зелени, овощей, ягод высокого качества в любой точке планеты Земля (в пустыне, на Крайнем Севере, на горных вершинах и в мегаполисах) при максимальном использовании потенциала возобновляемой энергии и технических знаний.
Мы производим уникальное автоматическое оборудование для управления и контроля процесса выращивания растений в оранжереях, теплицах и закрытом грунте, применяя современные методы гидропоники и аэропоники, капельного полива и питательного слоя, а также традиционные способы выращивания в почве и субстратах.

Поддерживает уровень рН, EC, LVL. Контролирует температуру раствора и помещения. Обладает возможностью удаленного доступа с компьютера или смартфона, хранит статистику в облачном сервисе

растворный узел поддерживает заданную концентрацию удобрении? (ЕС), кислотно-щелочнои? баланс (рН) в питательном растворе и его уровень в е?мкости (LVL)

Контролирует уровень углекислого газа в помещении, управляет подачеи? CO2 при недостаточнои? концентрации в воздухе.

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
Решаемые задачи
Возможности и оборудование
Преимущества перед обычной
Проекты и схемы умных теплиц
Возможности удаленного контроля и регулирования
Основные критерии выбора систем для автоматизации теплиц
Приборы для автоматизации теплиц за 2020 год
Пошаговая инструкция создания умной теплицы
Рекомендации для начинающих садоводов
Проекты и готовые фото-примеры
Найти ближайшие магазины для сада и ремонта на карте

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.

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.

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.

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:

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

Читайте также: