Теплицы с умной системой

Умные теплицы

Рост численности населения, изменения климата и урбанизация приводят к большему спросу на продукты. К примеру, в эффективном выращивании агрокультур даже в северных широтах помогают умные теплицы.

Что такое умная теплица

Умная теплица – это полностью автоматизированная конструкция, призванная облегчить процесс выращивания агрокультур и минимизировать использование ручного труда. Этот сельскохозяйственный объект включает в себя микроконтроллеры, датчики и приложения Интернета вещей.

Часто умные теплицы работают в синхронизации с другими технологическими решениями, например, технологиями автоматического полива и системами HVAC. Интеллектуальные датчики фиксируют данные о росте растений, орошении, наличии вредителей и освещении и отправляют их на локальный или облачный сервер. Веб-консоль администратора позволяет фермерам настраивать параметры системы и интегрировать ее с другими решениями. Мобильное приложение генерирует оповещения и отчеты о производительности теплицы IoT.

По типу умные теплицы можно разделить на те, где используются гидропоника (выращивание агрокультур без почвы) и обычное выращивание агрокультур в грунте. Аналитики MarketsandMarkets отмечают, что на рынке преобладают решения грунтового выращивания.

Ключевыми для умных теплиц стали такие технологии, как:

LED-проекторы для роста растений;

клапаны и насосы;

Какие технологии делают теплицы умными

По мнению аналитиков MarketsandMarkets, на рынке умных теплиц главенствуют технологии HVAC и LED-фитоламп.

HVAC-оборудование – это комплекс, состоящий из систем отопления, вентиляции и кондиционирования помещений. Задача HVAC–систем в теплицах и оранжереях – поддерживать идеальную температуру для круглогодичного выращивания конкретной культивируемой агрокультуры или экзотических растений, сглаживая негативные факторы окружающей среды. Преимущества HVAC заключаются в минимизации операционных затрат.

Светодиодные (LED) проекторы

При помощи светодиодов легко обеспечивается дополнительное освещение культивируемых агрокультур в теплице или оранжерее. Лучшие системы освещения имеют компактный дизайн и долгий срок эксплуатации (от 30 до 50 тыс. часов) и расходуют меньше энергии.

Датчики

В зависимости от потребностей фермеров, возможны любые комбинации датчиков: температурные датчики, датчики влажности, датчики экспонометра, датчики состава почвы (кислотность, химический состав), датчики точки росы, датчики контроля качества воды для полива и т.д.

управление датчиками при помощи специального блока

Для связи датчиков используются проводные или беспроводные сети. В удаленных районах могут быть задействованы LPWAN, такие, как LoRaWAN, RF, NB-IoT и т.д. Как правило, для связи используются сети не лицензируемого диапазона, что во многих случаях сокращает стоимость использования оборудования, абонплату за сервис и т.д.

Десктопные и мобильные приложения

Системы мониторинга, как правило, имеют наглядный и интуитивно-понятный интерфейс. Контролировать все процессы можно с помощью планшета, смартфона, ноутбука.

Преимущества автоматизации теплиц

Защита от перепадов температуры и экстремальных температур

Поддержание и контроль диапазона температур в тепличной среде имеет решающее значение. Колебания температуры могут повредить или убить растения в течении нескольких часов. Системы дистанционного мониторинга защищают ценные растения от экстремальных температурных колебаний.

Контроль инвентаря и другого оборудования

Кроме поддержания оптимальной температуры необходимо обеспечить сохранность инвентаря и эффективную работу систем кондиционирования, поддержания влажности и т.д.

Чем раньше фермер обнаруживает падение температуры или отказ оборудования, тем больше вероятность сохранить имущество и растения. Системы удаленного мониторинга отправляют обновления в режиме реального времени, поэтому сотрудники предприятия могут оперативно реагировать на угрозы.

Мониторинг ситуации

Если какое-либо условие выходит за пределы предварительно установленного диапазона, то устройства или система немедленно предупреждают ответственных сотрудников по телефону, через электронную почту или SMS. Уведомления о нештатных ситуациях обычно оповещают фермеров о:

Высоком уровне углекислого газа;

Профилактика заболеваний в период вегетации

Во время вегетационного периода системы в умных теплицах могут контролировать различные условия окружающей среды. Для этого используются как проводные, так и беспроводные датчики. Поддержание заданных параметров температуры, уровня влажности, освещения, циркуляции воздуха имеют решающее значение для предотвращения появления плесени, болезней и максимизации урожайности растений.

Строительство умной теплицы

Для строительства умной теплицы необходимо выбрать надежного поставщика IoT-оборудования и сервисов, за плечами которой ни один проект в сфере умного сельского хозяйства. Поставщик подбирает правильный стек технологий для проекта на основе многих факторов:

размер тепличного хозяйства;

реализованные технические решения.

Необходимое количество IoT-датчиков рассчитывается индивидуально. Как правило, один датчик в зависимости от предназначения способен охватить до 30 кв. метров пахотных земель. Микроконтроллеры датчиков потребляют очень мало энергии (150 ма с активной передачей данных в сетях BLE и Wi-Fi и всего 5 ма с включенным режимом глубокого сна).

Следующий шаг – обеспечение связи между микроконтроллерами, входящими в систему IoT. Для этого необходимо выбрать тип подключения. Затем требуется сконфигурировать сервер, управляющий датчиками и системами в умной теплице. Следующим шагом станет настройка программного обеспечения. Продвинутые системы используют интуитивно понятный интерфейс, в котором датчики добавляются по нажатию кнопки. Каждому датчику можно задать свое имя, а территории умной теплицы можно разделить на секторы. Отслеживать информацию можно как по секторам, так и в целом. Последним этапом создания умной теплицы становится настройка мобильных или веб-приложений и частоте оповещений о работе датчиков в нормальном режиме и экстренных предупреждениях о внештатных ситуациях.

Где реализованы проекты умных теплиц

Умные теплицы используются в основном в северных широтах. В условиях экстремального земледелия невозможно эффективно выращивать даже овощи, не говоря уже об экзотических фруктах. К примеру, население Ямало-Ненецкого автономного округ (ЯНАО; 540 тыс. человек) потребляет в год 11 тыс. тонн огурцов и томатов. Однако только 18 тонн этих овощей выращивается в теплицах региона.

Если производство находится далеко, то доставка агропродукции в ЯНАО серьезно отразится на итоговой стоимости. Обычно жители региона потребляют овощи и фрукты из других регионов России и стран ближнего зарубежья. Поэтому в столице региона – Салехарде, к 2020 году планируется построить тепличный комплекс площадью 1 га. Этот комплекс рассчитан на производство 1 тыс. тонн овощей ежегодно.

В Китае создали приложение для смартфонов, которое управляет многими процессами (полив, внесение удобрений, контроль температуры и влажности воздуха) в умной теплице. Площадь комплекса – 0,5 га. Разработчики отметили, что воду и питательные вещества система доставляет прямо к корням растений. Каждые полчаса система оповещает о микроклимате в тепличном комплексе и выявленных вредителях агрокультур.

Объем рынка умных теплиц

Отдельных данных по количеству умных теплиц и прогнозов по развитию этого сегмента нет. Есть На долю интеллектуальных решений для сельского хозяйства приходится 6% всех проектов IoT, отмечают аналитики. По оценкам MarketsandMarkets, объем рынка в 2018 году достигнет $1,26 млрд, а в 2023 году $2,28 млрд. Среднегодовые темпы роста рынка в период с 2018 по 2023 гг. оцениваются в 12,6%. Основными драйверами роста рынка стал рост численности населения, изменения климата и урбанизация.

Ожидается, что сегмент интеллектуального сельского хозяйства будет развиваться высокими темпами. Но высокая стоимость развертывания решений и высокие первоначальные инвестиционные затраты могут привести к снижению темпов роста рынка в развитых странах Ближнего Востока и Африки. Европа останется лидером рынка в течение прогнозируемого периода. У Нидерландов, Испании и Италии есть большие площади под оранжереи.

Технологии сельского хозяйства в контролируемой среде (CEA) главным образом используются в Нидерландах и скандинавских странах. Внутреннее садоводство набирает быстрые обороты в некоторых крупнейших странах Европы. Быстрое внедрение технологий ожидается в странах с развивающейся экономикой, как Япония, Китай и Индия».

По оценкам аналитиков, ключевые технологии, используемые для умных теплиц: лампы для роста растений, технологии подключения, ирригационные системы, клапаны и насосы, системы мониторинга и управления. В 2016 году наблюдался резкий рост спроса на LED-лампы для выращивания растений.

Ключевые игроки на рынке: Rough Brothers, Heliospectra, Terrasphere Systems, Argus Control Systems, LumiGrow, Ceres Greenhouse Solutions, Hort Americas, JFE Engineering Corporation, Nexus Corporation, Logiqs, Certhon и GreenTech Agro.

Источник статьи: http://iot.ru/selskoe-khozyaystvo/umnye-teplitsy

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.

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	.

Источник статьи: http://mrdachnik.com/umnaya-teplica-svoimi-rukami