Ідея зробити автоматичну теплицю у мене з'явилася давно. Дійшла справа до реалізації і я почав вивчати тепличне господарство і пристрій автоматики для теплиць. Виявляється інтелектуальна теплиця - це не так просто, дуже багато тонкощів, які доведеться враховувати. Почну напевно з головного - як відбувається зростання і дозрівання різних культур і які параметри навколишнього середовища треба в ці періоди підтримувати.
Температура повітря
Якщо в теплиці буде рости помідори і огірки, то параметри навколишнього середовища для цих культур схожі. Помідори добре себе почувають при температурі повітря від +18 до + 25 ° С вдень і не нижче + 16 ° С вночі. Температура грунту від + 10 ° С і вище. Для цвітіння і плодоношення температуру можна трохи збільшити, щоб плоди дозрівали швидше і були більшими.
У нічний час речовини з листя йдуть до плодів. Якщо температуру збільшити то плід буде активніше наливатися. Якщо температура в нижніх межах, то це сприяє зростанню пагонів і коренів - для тривалого плодоношення.
Для підтримки потрібної температури в теплиці треба врахувати сезонні коливання температури в тій місцевості, де знаходиться теплиця. Якщо це південна частина Росії, то можна зосередиться на автоматичному зниженні температури, а якщо північна частина Росії то доведеться подбати ще й про нагревателях.
Отже почну про способи зниження температури в теплиці. Саме простий спосіб знизити температуру в теплиці це створити провітрювання. Для провітрювання використовуються "актуатори", які відкривають кватирки при підвищенні температури.
Гідроциліндр для теплиці
Існують автономні "масляні провітрювачі" - суть їх роботи проста, при підвищенні температури повітря гідравлічне масло розширюється і штовхає шток, тим самим кватирка відкривається. При зниженні температури закривається без будь-якої автоматики. Але є і проблеми з ними, перша проблема - якщо температура повітря підвищена і раптово пролітає циклон з підвищенням вітру, кватирка може просто не встигнути закритися і її може відірвати сильними потоками вітру. Ну і друга проблема - це протікання циліндрів, але це можна вчасно помітити.
Актуатори для теплиць
Я все ж вирішив зробити провітрювання більш інтелектуальним. У магазинах продаються лінійні актуатори, якими можна відкривати і закрити кватирки за заданими умовами. Оскільки автоматика завжди працює, то проветріваені можна підключити до загальної системи, тому що актуатор коштує не дорожче гідроциліндра а можливостей набагато більше. У поєднанні з датчиком вітру. датчик атмосферного тиску і датчик температури можна розширити можливості своєї теплиці. Наприклад датчик атмосферного тиску може стежити за перепадами тиску, адже давно вже відомо при швидкому падінні атмосферного тиску з більша ймовірність може пройти сильний вітер, а вже датчик швидкості вітру точно покаже що треба б закрити всі кватирки.
Вологість повітря
Це такий же важливий параметр в теплиці як і температура, вона не повинна опускатися нижче 60%. Для різних культур цей параметр може відрізнятися від 60% до 90%. І мало того, параметр вологості повітря змінюється в залежності від стадії росту, цвітіння і плодоношення. Поетому в автоматиці для теплиць повинна бути передбачена можливість змінювати умови або вибирати вже закладені програми для різних культур і стадій зростання.
Способи зволоження теплиць
Для зволоження повітря в теплиці використовують зволожувачі і датчики вологості. це можуть бути ультразвукові зволожувачі або розпилювачі високого тиску. Для ультразвукових зволожувачів треба використовувати фільтри зворотного осмосу, тому що п'єзоелемент швидко прийде в непридатність від СОЛНА та інших нальотів. Але і форсунки розпилювача високого тиску так само засмічуються, поетому потрібен фільтр тонкого очищення.
Для ультразвукового зволоження варто врахувати один факт, при ультразвуковому зволоженні температура пара майже 40 градусів, тобто при зволоженні трохи підніметься загальна температура в теплиці. Але ультразвукові зволожувачі це економ варіант, краще звичайно використовувати насос високого тиску і сппеціальние розпилюють форсунки.
Вологість грунту і полив
Ще важливий параметр для теплиць - вологість грунту. У різні стадії росту і дозрівання цей параметр змінюється. Найбільша потреба рослин у волозі в розсадний період - до 90-95%, а також в фазу плодоутворення і плодоношення.
системи автополиву
Автополив в теплиці влаштований по різному, але в підсумку все приходять до дозуючому поливу. Датчики вологості грунту можна використовувати але з тащтельной доопрацюванням. Китайські датчики вологості з друкованих плат можуть показувати точні дані не більше місяця, після чого металева поверхня контактів расзрушается і окислюється. Якщо використовувати цей датчик, то в кінці кінців прийде момент, коли ви зайдете в теплицю а у вас там басейн, все залито а ваші рослини ймовірно за все загинуть. Поетому датчики вологості можна використовувати спільно з датчиком потоку води (лічильником води). Треба заміряти кількість споживаної води на добу і задати цей параметр. Датчик вологості грунту можна використовувати але з доопрацюванням, контакти повинні бути з такого матеріалу, який проводить електричний струм і якомога менше окислюється. Це може бути мідь, але і вона окислюється ос часом, але це вже добре, тому що можна раз на рік чистити контакти і знову використовувати. Але краще спробувати графітові стрижні, графіт проводить електричний струм і не окислюється. Я поки не пробував, але ось хоче зробити для тесту такий датчик. Вообщем за основу треба взяти показники лічильника води, а датчиком вологості можна відключати полив, якщо він покаже максимальні значення. Наприклад в дощову погоду, витрата води зменшується в рази, і встановленої кількості води для датчика потоку можнт бути занадто багато. Так що контроль для поливу краще зробити комбінованим.
Полив включається за допомогою реле по сигналу від датчика або за часом. Ємність для поливу повинна знаходитися на висоті і полив краще робити "самопливом" просто відкриваючи або закриваючи електроклапан. Таким чином можна зробити більш автономну систему, тому що для харчування контролера і клапанів вистачить звичайного акумулятор і сонячної батареї. Такий принцип роботи поливу буде доречний в місцях, де часто відключають електрику на тривалий час.
температура ґрунту
Температура ґрунту - так само важливо регулювати, тому що підтримання температури грунту в певних межах допоможе розширити можливості вашої теплиці. Наприклад, таким способом можна збільшити час використання теплиці від ранньої весни до пізньої осені, і виростити деякі екзотичні рослини. Регулювання температури в автоматичній теплиці можнр зробити за допомогою нагрівальних тенів. У магазинах продається нагрівальні дроти, які укладаються на дно грядок. Управління нагрівом відбувається через контролер, який постійно зчитує дані з датчика температури, який повинен знаходиться в грунті. Тобто датчик температури повинен бути захищений від вологи. При зниженні темперутари, контролер подасть сигнал реле увімкнення для підігріву. Як тільки температура грунту досягне заданих меж, контролер відключить харчування від нагрівача. Щоб нагрівальний елемент не вийшов з ладу від частого включення і відключення, краще використовувати спеціальні диммери, які будуть поступово подавати навантаження на нагрівач.
Теплиця на Ардуіно
Устаткування для теплиці
управління електронавантаження
Для управління електроустаткуванням підійде плата Relay Shield, кількість реле повинна відповідати кількості пристроїв + запас на майбутнє, завжди можна додати. На зображенні 4 канальна плата. Ми будемо включати \ вимикати насос, електромагнітні крани. Якщо використовувати сервоприводу або електро привід замка дверей для авто, можна відкривати \ закривати кватирки.
Параметри навколишнього середовища
Параметри навколишнього середовища зчитуються в теплиці за допомогою датчиків температури і вологості. Ці дані можна використовувати для провітрювання.
управління освітленням
Так само потрібен фоторезистор, який буде включати освітлення.
Датчик вологості потрібен для своєчасного поливу, якщо земля буде підсихати. Але автополив повинен регулюватися декількома датчиками, тому що грядки зазвичай довгі, і датчик не зможе показати точні дані для всієї площі.
Для додаткових схем автоматики, слід обзавестися платою годин для Ардуіно. Для поливу, варто використовувати таймер спільно з датчиком вологості повітря. За таймером можна багато що зробити, а якщо ще використовувати календар, то можна збільшувати або зменшувати інтервал освітленості в залежності від вимог у рослин різних культур
Доступ до теплиці через інтернет
Аварійне сповіщення по SMS
Не хочу забігати вперед, ось думка в голову прийшла. Наприклад, якщо в бак НЕ закачується вода, засмітився насос, або кватирка заклинило і температура в приміщенні піднімається вище 80 градусів, це все може призвести до загибелі рослин. Якщо ми живемо на дачі, то можна раз в день заглянути в теплицю, щоб подивитися чи все в порядку з рослинами. Але що робити якщо ми в іншому місті? Я вважаю треба робити алгоритм безопаности для перевірки прикордонних параметрів теплиці. Якщо один з параметрів наближається до критичної позначки, можна відправити SMS за допомогою GSM Шілд для ардуіоно, коштує близько 50 доларів на аліекспресс. Ми завжди будемо в курсі, якщо нашим рослинами некомфортно, і можемо зателефонувати сусідові, щоб він перевірив чи все в порядку з теплицею.
провітрювання
Підтримувати оптимальну температуру можна декількома способами. Для теплиць, оптимальна температура +22 градуса, максимальна +30 градусів і мінімальна +16 градусів. Для початку ми будемо використовуватися масляний термопрівод, ціну не знаю, тому що спеціалізований коштує від 1500 рублів, але можна зробити самому зі старого амортизатора автомобільного та додаткової ємності для кращого розширення. Вообщем ідея така, при підвищенні температури в теплиці, масло в циліндрі термопрівода розширюється і штовхає поршень, який пов'язаний з кватиркою, тим самим відкриває. І навпаки, як температура падає, термопрівод закриває кватирку. Якщо все правильно розрахувати, то електронні пристрої для підтримки температури не потрібні, але ми будемо робити повністю автоматизовану теплицю, на випадок сильної спеки. І додамо ще вентилятори, які будуть включатися, якщо не буде вистачати масляних термопріводов.
Ми вже багато начиталися про вирощування рослин в теплиці, поетому полив робимо теж динамічний, а може бути і підстроюється під певні рослини. Основні дані для поливу ми отримуємо з датчиків вологості, але буває що треба спеціально зробити особливий полив по таймеру в момент дозрівання або зростання. Для цього ми напишемо сценарій під певний тип рослин, але в основний будемо використовувати датчик вологості. Для поливу використовується велика бочка, краще темного кольору, щоб вода нагрівалася в ній, холодною водою поливати не можна. Бочка ставиться на висоту, щоб було невелике тиск. До бочці підключається клапан, який пускає воду в систему крапельниць. Для повного контролю, можна розділити на секції з клапанами, щоб не переливалися або недоливати в разноудаленних місцях, а на кожну секцію використовувати свій датчик вологості. У бак треба врізати два датчика рівня води (мінімум і максимум). За цим датчикам насос буде наповнювати бочку, якщо там мало води і вимикати, якщо води в бочці повно.
Пожвавлюємо все це за допомогою програми
Як ми придумаємо точну схему автоматики, можна приступати до програмування скетчів. Написання програми засновано на мові програмування C ++. В інтернеті можна знайти багато прикладів, які треба буде просто підстроїти під свої завдання і поміняти цифри. Перший час треба буде підганяти параметри і майже вручну все налаштувати, і налагоджувати в процесі, тому доведеться постійно моніторити і підлаштовувати. Це зазвичай займає пару днів, один для настройки другий для перевірки, але краще б перший час постійно бути в курсі, що відбувається в теплиці, а то може датчик не там стоїть, і погано реагувати на зміни. Але зате потім, коли все буде налагоджено, можна буде не турбується за мікроклімат в теплиці, і просто збирати свіжі овочі і ягоди з грядок. Програмування на Ардуіно не складне, в інтернеті багато прикладів. Це заняття можна назвати конструктором для дорослих, весело і корисно. Єдине, що хотів би всім цим сказати, Ардуіно може вирішити все, але для використання в промислових масштабах або для високої надійності, під питанням. Для надійності, краще використовувати готові пристрої, хоча у мене Ардуіно працює вже кілька років без проблем.
Схожі статті
