Автоматика для фермерских теплиц

Возможности современных автоматизированных систем в теплицах с инструкцией по внедрению

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

Необходимость автоматизации теплицы

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

Решаемые задачи

Автоматизация создания и поддержания необходимых условий окружающей среды подразумевает управление:

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

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

Возможности и оборудование

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

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

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

Преимущества перед обычной

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

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

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

Проекты и схемы умных теплиц

Среди почитателей роботизации дома и приусадебного хозяйства, наибольшим уважением пользуется умная теплица на ардуино. Главным компонентом платы-контроллера является процессор, снабженный микросхемой памяти. Используемые для умных теплиц схемы отличаются марками процессоров и функционалом.

Одна из простейших схем-проектов автоматической теплицы на Arduino Uno (мини) изображена на рисунке 1.

Освещенность оценивается фоторезистором. Температурный режим определяется датчиком TMP36. Интенсивность полива регулируется на основании данных с модуля влажности и датчика DHT11.

Расширенный вариант управления микроклиматом в теплице предполагает плата Arduino Mega. Схема-проект интеллектуального «овощевода» представлена на рисунке 2.

Сердцем аппаратной платформы является микроконтроллер ATmega1280. Для считывания/передачи цифровой информации используется 8 выходов. Для обработки аналоговых данных используется 10 портов.

Еще один вариант теплицы с Арудино изображен на рисунке 3.

В качестве универсального таймера-контроллера умной теплицы также можно использовать GyverControl (Рисунок 3).

Интеллектуальное устройство оборудовано семью логическими выходами с напряжением 5В. Для управления серво- и линейными приводами предусмотрены 3 отдельных канала.

Вышеуказанные схемы не являются окончательным решением роботизации теплицы. Появление новых, более совершенных контроллеров, расширяет возможности автоматики и придает ей большую эффективность.

Возможности удаленного контроля и регулирования

Помимо местного управления, умная теплица на Ардуино предоставляет возможность дистанционного контроля оборудования и обмена данными посредством пульта, мобильных гаджетов и персональных компьютеров. В качестве интерфейса может использоваться USB, Bluetooth, Wi-Fi, GSM и интернет. Посредниками в данном процессе служат соответствующие модули и приложения, которые представлены:

• RemoteXY;
• Blynk;
• Virtuino;
• Bluino Loader;
• Arduino Bluetooth Control и пр.

Особого внимания заслуживает софт BT Voice Control for Arduino, которое обеспечивает управление тепличным оборудованием с помощью голосовых команд. При синхронизации с «Алисой» это приложение предполагает массу удобств.

Основные критерии выбора систем для автоматизации теплиц

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

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

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

Приборы для автоматизации теплиц за 2020 год

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

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

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

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

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

Пошаговая инструкция создания умной теплицы

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

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

Один из вариантов создания умной теплицы представлен в видео:

Источник статьи: http://datchikidoma.ru/ylichniye-datchiki/ymniye-teplitsy

Автоматика для теплиц (полив, проветривание, освещение и отопление)

Мы будем рассматривать заводское оборудование для индивидуальных небольших теплиц, которое в автоматическом или полуавтоматическом режиме позволяет создавать благоприятную среду для роста тепличных культур.

Это четыре системы:

• Система автоматического проветривания.
• Система капельного полива.
• Система дополнительного освещения.
• Система отопления.

Система автоматического проветривания теплиц. Она, пожалуй, является самой необходимой и востребованной. Позволяет в летнее время не допускать резких перепадов температуры.
Как поступает большинство огородников при отсутствии таковой? Они просто с утра открывают теплицу и фрамуги в ней, а вечером закрывают. При этом зачастую делают это рано, когда теплица еще не погрелась, а что еще хуже, если опаздывают и температура уже зашкаливает за все допустимые нормы. Я уж молчу, о том, как температура может скакать в течение дня, особенно весной при этом испытывать на прочность еще неокрепшую рассаду.
Всех этих проблем можно избежать, установив систему автоматического проветривания.

Она бывает двух видов:

Недостатки:
Немного запоздалая чувствительность к резким изменения температуры (Не существенно)

С помощью вентиляторов и терморегулятора.

Преимущество:
Высокая чувствительность;
Простой монтаж в любой теплице.
Недостатки:
Зависимость от электричества;
Высокая стоимость.

Вторая по востребованности система. Ее цель постоянная и равномерная влажность почвы. Достигается за счет капельной доставки воды непосредственно в корневую зону растения. На рынке представлены много таких систем.

Капельный полив — инструмент управления, который при правильном использовании, оптимизирует рост растений. Достоинства:
Значительная экономия поливной воды по сравнению с обычными способами полива на 50% и более;

Резкое снижение потерь воды на фильтрацию и испарение;

Отсутствие поверхностного стока и водной эрозии;

Уменьшение сорняковой растительности, следовательно, и непроизводительного расхода воды из междурядий;

Оптимальное и устойчивое увлажнение корнеобитаемого слоя в периоды роста и развития растений;

Возможность локального в небольших дозах внесения удобрений вместе с водой;

Возможность уплотнения посевов культур.
Недостаток:
Необходимость обслуживания;
Ежегодный монтаж.

Можно с уверенностью утверждать, что правильное освещение в теплицах является залогом хорошего роста растений. Свет используется в качестве источника энергии для преобразования хлорофиллом неорганических веществ в органические. Из него же растения получают жизненно необходимое для своего роста тепло. Активность растений также напрямую зависит от количества света — когда дни удлиняются, развитие растений ускоряется, и наоборот.

При установке в теплице искусственного освещения следует обратить внимание, что ассимиляционный свет имеет меньшую область спектра, чем тот, который нужен глазу человека для различения цветов. По этой причине для растений производятся специальные светильники, излучающие свет только в синем и красном спектрах.

Сейчас используют два вида дополнительного освещения теплиц

Использование светильников с натриевыми лампами высокого давления.

У них меньше цена, но больше затрат на электроэнергию

Использование светильников со светодиодами.

Система обогрева теплицы.

Существует несколько систем отопления, самые распространенные из которых:
• Воздушное.

• Система воздушного отопления.

Основана на принципе прямой подачи нагретого воздуха или газа при помощи электрических тенов или топливных горелок.
Обладают большой производительностью и быстротой нагрева. Из минусов, большие затраты энергии и высокая цена.

• Система водяного отопления .

Включает в себя водогрейный котел с отводом продуктов сгорания в атмосферу.
Это традиционный способ отопления, его еще называют конвективное отопление.

Теплоноситель циркулирует по трубам, отдавая тепло отопительным приборам, которые в свою очередь отдают его теплице. Как правило, в такой системе используются несколько контуров, для нагрева воздуха, для нагрева бойлерной и для нагрева почвы.

Наиболее экономична, но требуют больших монтажных работ и наличия природного газа, как самого дешевого топлива.

• Система инфракрасного отопления.

Основное достоинство данной системы является то, что она сама по себе уже является естественным источником тепла, как, например, солнце.

Ведь именно солнечные инфракрасные лучи и являются тем теплом, которое солнце передает от себя нам, также и инфракрасные обогреватели передают исходящую от них тепловую энергию не воздуху (на нагрев воздуха уходит не более 10% энергии), а предметам, в нашем случаи это почва, растения, которые мы выращиваем, и самой теплице, а точнее ее стенкам. В соответствие с этим принципом мы избавляемся от ненужного нам нагрева воздуха и добиваемся максимально комфортной окружающей среды для наших растений в теплице.

Инфракрасное отопление не сушит воздух, поскольку непосредственно нагревается не сам воздух, а предметы в помещении теплицы. Тем самым отпадает необходимость дополнительно его увлажнять.

Экономичность использования системы отопления (инфракрасный обогреватель – терморегулятор) доказана на практике: при мощности обогревателя в 1кВт он прогревает площадь равную 10-15 кв.м., при этом потребляя даже в зимний, холодный период не более 500 Вт электроэнергии в час, что экономит не только потребление электроэнергии, но и ваши деньги.

Источник статьи: http://zen.yandex.ru/media/ogorodsadmedvedevykh/avtomatika-dlia-teplic-poliv-provetrivanie-osvescenie-i-otoplenie-5be99bcedeb5ae00aca0716c