«Умная» теплица: особенности конструкции и этапы автоматизации

Функции

Каждый огородник сам для себя определяет, какие функции «умной» теплицы для него важны. Вот основные из них:

  1. Вентиляция. Чтобы поддерживать в теплице нужный температурный режим, нужно оборудовать комнату окнами, которые открываются в автоматическом режиме. Открытие окна происходит либо в определенный период, либо после повышения температуры. Регулировка температуры и ее поддержание позволяет выращивать здоровые растения и получать богатый урожай.
  2. Автоматизированная система полива. Хорошая «умная» теплица должна быть оборудована не только датчиком температуры воздуха, но и системой автоматического полива. Капельное орошение растений позволяет решить проблему регулярного полива.
  3. Восстановление почвы. Мульчирование почвы в автоматическом режиме – это еще одна полезная функция, которой славятся многие «умные» теплицы. Это позволяет огородникам забыть о замене почвы, даже если человек выращивает растения круглый год, высаживая при этом разные культуры.

Это, конечно, далеко не все. Многие теплицы буквально напичканы различными системами. Но для начала достаточно простой системы управления микроклиматом.

Влажность воздуха

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

Способы увлажнения теплиц


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

Этапы внедрения автоматики в теплицу

Автоматические системы внедряют после установки основного каркаса. В первую очередь организуют систему вентиляции.

Система автопроветривания

Автоматическая вентиляция должна обеспечивать приток свежего воздуха в зависимости от температуры внутри. В обычных условиях нагретый солнцем воздух застаивается и приводит к распространению заболеваний и плесени, а также может стать причиной снижения урожайности. Вентиляция происходит через открытие форточек, которые автоматическая система также должна вовремя закрыть.

Видео: Автоматическое проветривание для теплицы своими руками

Для управления форточками чаще всего ставят гидравлическое оборудование как промышленного, так и самодельного типа.

Правильное расположение и количество форточек помогает достичь нужной циркуляции воздуха.

Рекомендуется следовать следующим принципам:

  • располагать форточки следует на максимально доступной высоте;
  • в небольших теплицах размещают по 2 форточки на 2 м крыши.

Организация капельного орошения

Капельный полив считается наилучшим способом доставки влаги прямо к корневой системе растений. Его принцип состоит в прокладывании по схеме разветвлённой системы тонких трубок из резины или пластика, которые подсоединяются к источнику воды

Автоматизация капельного орошения состоит в своевременном открытии крана подачи воды, для чего используются гидроавтоматы. Включение полива может происходить с пульта управления или зависеть от показаний датчиков влажности или температуры. Датчики устанавливают прямо в почву, возле корневой системы растения.

Мульчирование почвенной среды

Почва в теплице должна быть укрыта рыхлой органикой, что значительно снизит количество сорняков и поможет поддерживать необходимый уровень влажности. Ранней весной и осенью проводят укрытие грунта специальным чёрным материалом, который обеспечивает дополнительный прогрев почвы и воздуха. Для теплиц лучше всего подходит агроволокно плотностью 40–60 г/м².

Летом для мульчирования грядок можно использовать скошенное сено или опилки.

Возможности и классификация теплиц с умным управлением

Автоматизированная теплица подразумевает выполнение ряда операций без участия человека, а именно:

  • поддержка требуемых температурных параметров внутри;
  • автополив растений посредством капельного орошения;
  • мульчирование (восстановление) почвенного слоя.

Автоматизированная система управления

Радует тот факт, что система вполне может быть обустроена своими руками – никаких особых проблем в этом нет, да и использование специализированного инструментария и комплектующих не требуется. С точки зрения ценового аспекта также не возникает никаких вопросов – стоимость оборудования по карману каждому дачнику, а некоторые из компонентов так и вовсе можно изготовить самостоятельно.

Умные теплицы можно классифицировать следующим образом:

  • автономные – все системы работают исключительно на тепловой или солнечной энергии;
  • энергозависимые – питание элементов осуществляется от подведенной электросети.

Каждый тип обладает своими достоинствами и преимуществам о важности, которых споры между дачниками не утихают и по сей день. Впрочем, имеют место и недостатки

Так, например, умная теплица Курдюмова, функционирующая от электросети, вызывает существенный расход электроэнергии, при отключении которой для растений могут наступить наиболее неблагоприятные последствия.

Схема работы умной теплицы

Автоматика для теплицы на микроконтроллере

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

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

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

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

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

Советы специалистов как своими руками создается умный курятник

Перед тем, как строить автономный курятник своими руками, не помешает прислушаться к советам специалистов:

  1. При выборе источников освещения для автоматического курятника предпочтение отдают лампам накаливания и светодиодам. Мерцающий флуоресцентный свет негативно влияет на зрение несушек.
  2. Для обогрева маленького курятника можно воспользоваться тепловентилятором, предусматривающим циклическое включение/выключение.
  3. При расчете площади помещения учитывают, что на 1 кв. м приходится не более 4–5 кур.
  4. Низкая влажность в курятнике приводится к норме (60–70%) путем установки открытой емкости с водой (ведром, тазом).

Видео обзоры как создаются автономные системы для содержания кур

Определиться с вопросом, что нужно для строительства курятника и как сделать его умным, помогут следующие видеообзоры:

Этапы строительства автоматизированного курятника.


Watch this video on YouTube

автоматизация птичника


Watch this video on YouTube

Автоматическая кормушка для кур на Arduino часть 1


Watch this video on YouTube

Устройства контроля отопления

Программаторы и терморегуляторы

Ключевыми частями системы регулировки отопления являются терморегуляторы и программаторы. Они представляют собой электронные устройства, в некоторых модификациях оснащенные пультом управления, который помогает производить контроль над функционированием котла. Кроме того, такое устройство позволяет синхронно менять показатели в двух подключённых компонентах.

Кроме того, дополнительной функцией программаторов является регулировка при помощи СМС с сотового телефона или команд, передаваемых через интернет.

Подходящую для себя модификацию этого устройства можно выбрать по набору основных характеристик, к которым может относиться:

  • удаленная связь между компонентами при помощи радиопередатчиков;
  • работа радиаторов (в зависимости от настроек) может быть в комфортном, нормальном или экономичном режиме;
  • количество подключенных контуров можно увеличить при подсоединении дополнительных модулей;
  • управление отоплением по мобильному телефону;
  • передача данных при помощи СМС и т. д.

Эти функциональные особенности делают представленные элементы довольно удобными и востребованными.

Зональные устройства

Такие элементы контроля теплоснабжения устанавливаются непосредственно на радиаторы и котлы. В этом случае регулировка системой осуществляется через интернет-связь. Эти приборы представлены электронными терморегуляторами. Они способны менять температуру воды в каждой отдельной батарее или системе в целом. Отличия этих терморегуляторов заключаются в простоте установки и доступной цене. При этом трудоемкость устройства системы снижается, тем более что они не требуют отдельного шкафа для управления. Зональные устройства позволяют использовать нескольких терморегуляторов, которые подсоединяются к одному регулирующему блоку.

Модули дистанционного контроля отопления

Обеспечить функцию удаленного контроля теплосети могут специальные модули, входящие в комплектацию с запорно-регулирующей арматурой и программаторами.

Интернет-управление

Контроль при помощи интернет-блока удобен так же, как и управление СМС. Он отличается такими возможностями:

  • инсталляция в смартфон, ноутбук или иной гаджет специфических программных комплексов;
  • простой интерфейс, который легко совмещается с ОС «Андроид» или Windows;
  • в отличие от СМС блоков, сняты ограничения на число подключаемых пользователей;
  • регулирование параметров осуществляется там, где имеется доступ к интернету (для этого не нужно использовать роуминг).

Специалисты советуют при выезде за рубеж не применять функции роуминга для регулировки теплоснабжения через GSM-систему, так как это может быть чревато большими финансовыми затратами. В таком случае правильным решением будет поручить контроль отопительной системы знакомым, которым вы доверяете.

Красиво и удобно

Ленивая грядка — совершенно новый подход к уходу за огородом, который позволит саженцам расти самим по себе и даст в несколько раз больше урожая. В его основу заложено правило, которое гласит, что копать и полоть землю нельзя, кроме её подготовки и самой посадки. Пусть даже при постоянной прополке можно изъять сорняки и распушить землю, рано или поздно она засохнет и не сможет давать достаточную влагу для культур.

Каменные ограды — простой способ соорудить основу для грядки на неровной местности

Компактные грядки в условиях городской застройки

Высокие грядки со шпалерами на участке, засыпанном гравием

Забор вот она моя изюминка

Неспроста, говорят, что оригинальный забор – это изюминка любого загородного строения. Показать вкус и чувство стиля владельца, сделать участок ярким на фоне остальных строений, всё это способен сделать забор, если его оригинально оформить.

Заостренные концы деревянного забора можно превратить в набор разноцветных карандашей. Нужно только выкрасить дерево в разные цвета.

Решетка в саду изменит свой внешний вид после применения на ней красок и трафаретных рисунков.

Пластиковые бутылки можно использовать для создания разнообразных животных, птиц и деревьев. Вам нужно только перекрасить их в соответствующий цвет.

Не выбрасывайте пробки, ведь с их помощью можно создавать немыслимые узоры, картины. В конце работу следует покрасить.

Читайте:  Плетение из газетных трубочек для начинающих: фото, заготовки, способы плетения, секреты успешного плетения

Полено можно перевоплотить в кормушку для птичек.

У вас на участке много свободного места? Сделайте водоем. Для этого:

  • выкопайте ямку любого размера;
  • сделайте герметизацию поверхности;
  • убедитесь, что земля не впитывает воду;
  • украсьте водоем натуральными камнями.

Выбирая камни, смотрите, чтобы они соответствовали размерам водоема. Нецелесообразно большой водоем украшать крошечными камнями. В целом, создание озера – не такой уж сложный процесс. Потраченное время и силы не пойдут прахом.

Плюсы и минусы размещения теплиц на участке

Сначала плюсы:

  • у вас будет возможность употреблять ранние овощи, выращенные по собственной технологии без нитратов;
  • ваши растения будут защищены от непогоды и кислотных дождей, которые нередко выпадают в наше время;
  • садовые вредители также будут лишены возможности проникнуть внутрь сооружения.

Рис. 6 Подвязка огурцов

А теперь о минусах:

  • для нормального роста растений вам необходимо производить полив и подкормки растений, опрыскивать их от болезней и вирусов;
  • производить работы, связанные с подвязкой, удалением лишних побегов, и другие действия для регулировки роста растений.

Все эти действия требуют времени, но, чтобы вырастить хороший урожай, иначе нельзя. А если сделаете «умную теплицу», то большинство забот отпадет. Достаточно 1-2 раза в неделю затратить немного времени для подвязки и удаления лишних побегов. Вы будете приезжать на дачу только для контроля процесса выращивания и сбора урожая.

Автоматизация квартиры

Квартира в МКД всего лишь ячейка, включенная в отлаженную систему коммунального хозяйства здания. Она редко нуждается в полноценной работе оборудования автоматизации умного дома. Владельцу не надо заботиться об отоплении, освещении, вентиляции. Система подачи воды, вообще, лежит вне пределов возможности как-либо влиять на её наличие. В случае отключения горячего водоснабжения на период профилактических ремонтов те, кто имеет финансовые возможности устанавливают накопительные или проточные бойлеры, которые работают в автоматическом режиме и в постороннем управлении не нуждаются.

Любое произвольное вмешательство своими руками в работу общедомовых сетей жизнеобеспечения совершенно не приветствуется со стороны управляющих компаний. Поэтому реализовать концепцию «умного дома» в многоквартирном доме можно в очень ограниченных масштабах:

  • Установить несколько управляемых дистанционно розеток, к которым подключить устройства, таймером включать/выключать освещение или допотопный утюг, не имеющий реле отключения при перегреве или по времени или другой неавтоматический электроприбор.
  • Принудительно вмешаться в работу автоматики кондиционера или электрического теплого пола полностью отключив их, или, напротив – включив.
  • Автоматизировать закрывание/открывание штор или жалюзи на окнах.
  • Включение/выключение системы аудиовизуального контроля.

Поэтому, подбирая компоненты для оборудования дома (квартиры), помните, что подавляющее большинство гаджетов китайского производства запрещены к реализации на территории РФ, а владение ими – уголовное преступление.

Система охранной и пожарной сигнализации обычно не включаются в перечень элементов «умного дома», поскольку работают независимо от желания владельца, находясь во включенном состоянии. А при их отключении утрачивают какой-либо смысл.

Классификация

Умные теплицы могут быть энергозависимыми или полностью автономными. Рассмотрим преимущества и недостатки обоих типов.

Энергозависимые теплицы нуждаются в подключении к электросети. Это обеспечивает оперативную реакцию на изменения погоды, позволяет использовать большие мощности и сложные устройства, настраивая с высокой точностью желаемый микроклимат. К тому же в зимних теплицах, требующих обогрева, трудно обойтись без внешнего питания.

Недостатков у таких систем два. Во-первых, это стоимость как самого подключения, так и электроэнергии. Если поставить мощные устройства для выращивания не особо ценной культуры, затраты могут попросту не окупиться. Во-вторых, опасны отключения питания. Летом растения могут перегреться без проветривания; зимой при выключенном обогреве они тем более быстро погибнут.

Автономные теплицы работают за счет тепловой или солнечной энергии. Такие устройства гораздо более экономны, но действует относительно медленно. Например, при резком похолодании форточки закроются не сразу и растения могут подмерзнуть. Зимой обеспечить автономный обогрев особенно сложно. Иногда это делают с помощью печек, но такой подход трудоемок и не очень эффективен.

Обзор рынка промышленных производителей умных теплиц

Рынок умных теплиц  становится все более устойчивым. Этому способствует развитие следующих технологий:

  • применение технологии дополнительного освещения на основе светодиодов (LED — технология);
  • кроме проводной, используется для подключения беспроводная связь;
  • совершенствование конструкций ирригационных систем;
  • улучшение технических характеристик насосов и клапанов;
  • увеличение количества факторов, сообщающих о возникновении внештатной ситуации в процессе ее мониторинга;
  • применение передовых достижений в сфере IT — технологий.

Рейтинговые производители умных теплиц предлагают свою продукцию в зависимости от размеров тепличного комплекса, технические решения выбираются в соответствии с типом выращиваемых агрокультур.

В промышленном масштабе умные теплицы используются в северных широтах. Экзотические для районов севера овощи и фрукты, выращенные в умных теплицах, будут намного дешевле завезенных из южных областей.

Интеллектуальный сегмент сельского хозяйства в виде умных теплиц будет развиваться высокими темпами благодаря отечественным производителям

Внимание, которое оказывается правительством цифровой экономике, будет этому способствовать

Передовыми в развитии технологий сельского хозяйства в контролируемой среде являются Нидерланды и некоторые другие европейские страны. Развивается ускоренными темпами внедрение умных теплиц в Индии, Японии, Китае.

Доминирующие позиции на рынке умных теплиц занимают компании Rough Brothers (США), Heliospectra (Швеция), GreenTech Agro (Нидерланды) и другие.

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.

Реализация в «железе»

Ничего сложного в реализации проекта нет. Достаточно применить плату Arduino, в комплексе с несколькими датчиками (влажности, температуры, освещенности, наполнения бака полива и концевых контактов окон проветривания), а также парой двигателей для вентиляции и смонтировать систему «теплый пол».

Но сначала требуется сделать саму теплицу. Для основы была создана такая модель:

Вот ее перенос в реальность:

Мониторинг и настройка

Визуализация информации, а также пункты меню настройки выводятся на LCD1602 дисплей, с конвертором в IIC/I2C UC-146 для подключения его к Arduino.

Для выбора параметров используются 4 клавиши. Все это вместе желательно разместить в общем контрольном ящике.

Кроме визуального, для удаленного контроля будет использоваться модуль WIFI связи ESP8266 LoLin NodeMCU2, с помощью которого информация с использованием UDP протокола будет передаваться на домашний компьютер с настроенным web-сервером и базой данных. Которые впоследствии, можно будет получить на любом устройстве в общей сети — смартфоне, цифровом телевизоре или планшете.

Подключаться модуль к ардуино уно будет через серийный порт (RX/TX). Причем электрический контакт производится напрямую TX(модема)-TX(Arduino) и RX аналогично

Почему это важно — зачастую рекомендуют делать соединение перекрестным RX-TX. В прилагаемой схеме это не нужно

Полив

Система полива работает на основе физических принципов и насоса, который функционирует определенное время. Периодом и началом которого управляет Ардуино. С утра бак наполняется водой, что ограничивается временем в управляющем скетче и датчиком на прилагаемом чертеже. В течение дня она прогревается воздухом в теплице. Вечером происходит кратковременное включение насоса, который слегка переполнив емкость запускает полив самотеком.

Так он выглядит в реальности (вместе с системой подачи воды на грядки):

Его схема работы:

Ночью бачок стоит пустым, чтобы в случае отключения обогрева и падения температуры воздуха ниже нуля его не сломало замерзшей водой.

Отопление

Подогрев земли сделан предварительной укладкой «теплого» пола под будущие грядки. Включение происходит через специальное реле на 30 А, так как мощности выдаваемой ардуино никогда в жизни бы не хватило для питания такого потребителя.

Кроме него используется обычный бытовой нагнетатель теплого воздуха, который позволяет нагреть внутреннее пространство теплицы. Он также подсоединяется к микроконтроллеру.

Вентиляция

Для обеспечения движения воздуха предусмотрены два поворотных окна, процесс открытия и закрытия которых выполняется двигателями от автомобильных дворников. В свою очередь, подключённых к Arduino.

Освещение

Чтобы обеспечить растения постоянным притоком света, используются китайские светодиодные ленты, которые включаются в зависимости от таймера и уровня освещенности.

На приведенной ниже схеме оно подключается к выводам резерв (освещение).

Поделитесь в социальных сетях:FacebookTwittervKontakte
Напишите комментарий