Использование умной теплицы на основе arduino

Обзоры готовых проектов умных теплиц + цены и фото

https://youtube.com/watch?v=cGwU1KWltFY

Примеры наиболее распространенных моделей готовых проектов представлены в таблице ниже:

https://youtube.com/watch?v=d8fGRr1NcVM

Виды и конструкции

Все преимущества от собственного парника можно увидеть в тот момент, когда свежие и вкусные овощи появляются на столе. Причём это происходит ежедневно, а не только в тёплые летние дни. Нет необходимости для консервирования и заморозки впрок. Теплица даёт всё свежее, натуральное и своё.

Чтобы выбрать качественную конструкцию, нужно учесть параметры местности и, конечно же, определиться с выбором выращиваемой культуры. Сложно не растеряться в разнообразии предлагаемых вариантов, ведь сегодня на рынке представлен большой ассортимент моделей, причём одна лучше другой. А современные дачные умельцы предлагают свои собственные изобретения, намного более совершенные, чем некоторые заводские разработки. Так на чём же остановить свой выбор?

Для начала необходимо определиться с тем, для чего нужна теплица:

• что в ней будет расти и в каких объёмах;
• конструкция будет использоваться только летом или круглый год;
• размеры конструкции;
• количество выращиваемых овощей (для личных нужд или еще и на продажу);
• степень автоматизации теплицы и т. д.

В форме арки

Плюсы:

• малая плоскость отражения, поэтому солнечного света попадает больше;
• большое количество свободного места – растениям есть, куда расти в длину;
• конструкция имеет симпатичный внешний вид;
• простота сооружения и лёгкость транспортировки;
• возможность добавления новых сегментов для расширения посевной площади.

Минусы конструкции:

• с такой теплицы снег практически не скатывается, и есть вероятность того, что конструкция может прогнуться и сломаться;
• при неправильной сборке можно нарушить герметичность и, кроме воды, в теплицу могут попасть вредные насекомые;
• при недостаточно надёжном креплении к фундаменту, конструкцию может снести ветром.

Теплица-домик

Преимущества:

• такое сооружение легко сделать своими руками;
• снег на крыше не задерживается, поэтому не стоит волноваться по поводу прогибов;
• в теплице такого типа проще установить различные системы автоматизации;
• выбор материалов для строительства достаточно разнообразен;
• имеется возможность дополнительного улучшения внешнего вида.

Недостатки:

• теплица имеет сильную степень отражения из-за ровной поверхности, поэтому солнечного тепла растениям может быть недостаточно;
• в дальнейшем, если потребуется расширение площади, сделать это будет затруднительно;
• большое количество составных частей, требующих постоянного контроля;
• крыша у таких теплиц достаточно тяжела, поэтому при возведении сооружения необходим мощный и прочный фундамент.

Широким спросом у дачников сегодня пользуется парник под названием «Умница». Благодаря тому, что конструкция этой теплицы очень удобна и прочна, служить она будет очень долго. Но самое главное, чем отличается эта теплица от других это то, что она обладает открывающейся крышей.

Сгруппировать все преимущества «Умницы» можно следующим образом:

• надёжность и простота конструкции;
• практичный тип кровли;
• несложная регулировка параметров влажности и температуры.

Для управления крышей служит специальный подъёмник на роликах, использование которого не требует специальных навыков. На зимний период теплицу можно оставлять незакрытой. Благодаря этому, будет происходить насыщение почвы влагой, предотвращение вымерзания грунта и возможной деформации крыши.

Кроме того, этот «умный» парник способен самостоятельно создавать необходимый микроклимат внутри. Само название теплицы говорит о том, что качество здесь на высоте. Ну а неоспоримым преимуществом является низкая стоимость, которая позволит окупить затраты за короткий срок.

«Умную» теплицу можно создать и своими руками. Автоматизацию парника поможет осуществить контролирующая система Arduino, благодаря которой возможен постоянный мониторинг основных процессов. Автоматика Arduino уведомляет владельца о работе системы вентиляции, влажности, перебоях электроснабжения и других функций. Данные могут выводиться на дисплей компьютера или планшета либо оповещение может проводиться при помощи световой сигнализации.

Автономная работа самодельной теплицы достигается установкой комплекта, куда входят электросхемы, закрыватели с термодатчиками и модули различного назначения.

Базовый проект самодельной «умной» теплицы позволяет автоматически выполнять следующие функции:

• контроль и регулировка температуры внутри теплицы;
• мониторинг влажности воздуха;
• увлажнение грунта;
• освещение растений.

Модуль управления поливом

ВНИМАНИЕ! Реле, используемые в текущей версии прошивки, включаются по низкому уровню. Если у вас наоборот — смотрите настройки RELAY_ON и RELAY_OFF в файле Globals

h.

Для индикации ручного режима управления поливом на пин 8 выведен светодиод (см. схему), который будет мигать при переключении в ручной режим работы. Для управления каналами реле задействованы пины 22, 23, 24, с которых идёт управление тремя каналами реле. Можно рулить каким угодно количеством реле, вплоть до 8. Для изменения кол-ва реле в файле Globals.h установите WATER_RELAYS_COUNT в нужное число — от 1 до 8. Пины прописываются в WATER_RELAYS_PINS, каждый пин указывается через запятую, их общее количество должно быть равным количеству, указанному в настройке WATER_RELAYS_COUNT!

При подаче любой команды модулю управления поливом (начать/закончить полив, а также когда настройка «Автоматическое управление поливом» в положении «выключено») — контроллер переходит в ручной режим управления поливом, при этом мигает светодиод на пине 8. Номер пина для диода можно изменить с помощью настройки DIODE_WATERING_MANUAL_MODE_PIN в файле Globals.h.

Контроллер Arduino

У многих людей, которые занимаются подобными работами, зачастую не хватает времени и сил для рабочего процесса. Огородники просто мечтают про умную теплицу, где все делалось бы автоматически. Данные теплицы будут востребованы теми, кто не планирует тратить время для работы с теплицами или просто не имеет возможности в этом из-за отпуска или командировок.

Поэтому давайте рассмотрим процесс создания умной теплицы. Поможет в этом контроллер Arduino. Система данной умной теплицы позволит получить требуемую информацию про климатические параметры парника, его влажность и температуру воздуха, освещенность, увлажненность и температуру воздуха. В общем, осуществляется мониторинг параметров теплицы климатического типа.

Итальянские разработчики Arduino создали по-настоящему популярный проект. Он заключается в простоте и возможности осуществить создание автоматизированного устройства без знаний электротехники и без использования паяльника. Базовая плата существенно расширяет собственную функциональность путем установки специальных шилдов. Использование одной системы на основе Arduino обеспечит управление всеми тепличными процессами.

Основные конструкции автоматической вентиляции

Любые устройства, предназначением которых является проветривание теплицы, подразделяют на следующие виды:

• автономные (механизмы, которые не зависят от электричества);
• автоматические (зависимые от электропитания).

В основном, все автоматизированные системы питаются энергией от электричества, но источником может стать и солнечная батарея. Главным элементом подобного механизма является электротепловое реле с определенными параметрами. За счет него приводится в действие система включения вентиляции — застойный теплый воздух выдувается наружу, а в помещение поступает свежий.

Тепличная вентиляция

Положительные стороны автоматических систем, зависящих от электропитания:

• мощный механизм предназначен для использования в конструкциях любых габаритов;
• благодаря установленным датчикам воздух поступает в теплицу только в нужный момент;
• высокотехнологичное оборудование компактно, не занимает лишнего пространства.

Отрицательные стороны, зависимых от электроэнергии систем:

1. Любые сбои работы электрической сети могут стать причиной потери большого количества растений. Избежать таких неприятностей поможет установка вспомогательного источника питания на случай аварийной ситуации.
2. Поломка некоторых деталей системы чаще всего предполагает замену цельного блока.
3. Постоянное использование электричества несет за собой большие финансовые вложения.

Использование электрических систем вентиляции не рентабельно для большинства дачников

Кроме того, существуют и более простые вентиляционные системы автономного типа, для работы которых не требуется электричество. Форточки в этом случае открываются под воздействием пневматического привода, гидравлического цилиндра или биметаллических пластин.

Использование автономных систем вентиляции особенно актуально среди садоводов, которые не могут постоянно посещать свой дачный участок. При этом устройство будет постоянно регулировать оптимальный микроклимат, который требуется растениям.

Проветривание теплицы на гидроцилиндре

Варианты освещения

Следующее что нужно для автоматической теплице из поликарбоната это освещение. Ведь растениям необходимо очень много света, в особенности в период интенсивного роста, а в летний период наоборот нуждаются в затенении.

Планируя конструкцию оранжереи необходимо учитывать разновидность выращиваемых культур, например, тропическим растениям нужно намного больше света и поэтому можно дополнительно освещать только половину теплицы. Искусственное освещение легко регулируется, а подсветить культуру можно непосредственно в радиусе ее выращивания.

Для освещения используются люминесцентные, светодиодные, газоразрядные лампы.

Для проращивания рассады, а также дополнительного освещения зимой или в ночное время суток используются люминесцентные лампы, работающие по принципу дневного света.

В промышленных масштабах агротеплиц применяются газоразрядные лампы (натриевые, ртутные, металлогалогенные).

Наиболее популярным вариантом пользуются светодиодные светильники, обладающие неограниченным сроком службы и максимальной безопасностью. Провести освещение в теплицу можно самостоятельно.

Как видите можно легко сделать теплицу-автомат своими руками, достаточно продумать идеальное месторасположение.

Подводка электроэнергии подразумевает подпитку от электрощитовой или другого источника электроэнергии, поэтому необходимо продумать максимально удобное расстояние от парника к источнику энергии, от которой будет происходить подпитка. Тоже самое касается и системы полива, которая напрямую зависит от водоснабжения.

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).

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.

Что такое умная теплица?

Основное отличие умной теплицы от обычной в том, что все процессы, обеспечивающие оптимальный рост овощей, происходят автоматически без участия человека. При строительстве такого сооружения должны выполняться следующие условия:

• Контроль за температурой в теплице выполняют специальные датчики. При изменении температуры они передают сигнал на устройства, производящие открывание или закрывание окон и дверей.
• Для полива растений используется капельная система орошения. С помощью этой системы производят и жидкие подкормки удобрениями.
• В процессе вегетации растения истощают землю, забирая для своего роста питательные вещества, поэтому желательно иметь систему автоматического восстановления грунта.

Рис. 1 Схема умной теплицы

Все эти необходимые для роста овощей процессы выполняет умная теплица с установленной автоматикой. Вы будете только контролировать работу системы, приезжая на дачу 1-2 раза в неделю.

Автоматизируем по-хитрому и домашними средствами

Давайте посмотрим, как можно обеспечить тот же автополив растениям подручными средствами:

Способ №1. Солнечная дистиляцция

Это – очень простой способ автополива, который дает достаточно влаги для растений даже в самые жаркие дни. Суть этого принципа – в солнечной дистилляции – когда вода греется до выделения пара, а этот пар потом конденсируется в воду.

Итак, берем две пластиковые бутылки разного размера, в одну из них наливаем воду, а вторую используем как колпак для нее. Когда вода от солнца будет испаряться, пар осядет на стенках колпака. Такой конденсат хорошо увлажняет грунт, и чем более палит солнце, тем больше влаги получат растения.

Современная теплица: автоматизация процессов

Современные устройства по автоматизации теплиц и парников позволяют автономно работать системам полива, отопления и вентилирования. На сегодня, существует несколько способов автоматизации процессов, от которых зависит микроклимат в теплице. Каждый из них имеет свои достоинства и недостатки.

Современные устройства по автоматизации теплиц и парников позволяют автономно работать системам полива, отопления и вентилирования

Автоматика в теплицах различается по принципу действия (способу приведения механизмов в действие) на:

1. Электрическую. Такая автоматика отличается простотой монтажа, возможностью точной настройки. К недостаткам электрических систем можно отнести их дороговизну, сравнительно с другими типами автоматизированных систем, и зависимость от источника электроэнергии.
2. Гидравлическую. Такие технологии надежные и абсолютно безопасные: в их основе лежит принцип расширения жидкостей при перегреве. Недостатки конструкций – медленное реагирование на понижение температуры.
3. Биметаллическую. В основе биметаллических устройств лежит способность различных металлов к расширению. Такие системы идеальны для автоматизации системы вентилирования. Минусом биметаллической автоматики является то, что она не способны приводить в действие тяжелое оборудование.

Вышеперечисленные автоматические системы можно установить на любое оборудование, которое нуждается в автономной работе. Выбор автоматизированных конструкций зависит от бюджета садовода, наличия рядом с участком сети электропередач, габаритов теплицы.

Аккумулирование тепла

Первое ради чего устанавливают теплицы – это тепло. Поддерживая оптимальную температуру почвы и воздуха можно добиться урожайности в холодную или чересчур жаркую пору года.

Обогреть сооружение можно используя электрические обогреватели.

Как вариант можно оборудовать ее теплоизоляционным материалом для лучшего аккумулирования тепла (воздушно – пузырчатая пленка, двойное стекло, тепловые экраны, дерево).

Утепляя теплицу, не стоит забывать, что тепло может «ускользать» через треснутое стекло или вентиляционные проемы и форточки.

Утепляя парник, рентабельно используется солнечная энергия, за счет которой можно добиться дополнительного утепления и обогрева.

Аккумулировать теплоэнергию возможно при помощи труб установленных под крышей теплицы, работающих на вентиляторах обратного направления.

Как сделать умную теплицу своими руками

Сделать умную теплицу своими руками несложно, если знать основные особенности ее обустройства. Основное отличие умной теплицы от обычной в том, что все процессы, происходящие в конструкции закрытого грунта, являются автоматизированными, и практически не требуют вмешательства человека.

Автоматика поможет не только поддерживать оптимальный температурно-влажностный режим, но и вовремя проводить проветривание, включать обогрев или подсветку. С помощью таких систем овощи, фрукты и зелень можно выращивать круглогодично с минимальными трудозатратами.

Как сделать такую конструкцию своими руками вы узнаете из видео.

https://youtube.com/watch?v=NvQkXkThGIk

Для чего нужна

Успешное выращивание растений практически полностью обеспечивается благоприятным микроклиматом внутри помещения. На рисунке 1 приведены основные условия обеспечения благоприятного микроклимата: уровень освещения, влажности и вентиляции. Добиться правильной температуры и влажности помогут автоматические системы вентиляции.

В противном случае, микроклимат будет нарушен и это приведет к отрицательным последствиям:

1. Температура внутри будет гораздо выше, чем снаружи, создавая благоприятные условия для развития болезнетворных микроорганизмов;
2. Повысится и температура грунта, что тоже нежелательно, так как семена некоторых растений не прорастают при повышенных температурах;
3. Негерметичность конструкции или неправильно проведенный расчет вентиляции приведет к продуванию строения, и из него будет постоянно уходить теплый воздух;

Рисунок 1. Соблюдение благоприятного микроклимата

Поскольку микроклимат помещения постоянно меняется под воздействием освещения, погодных условий и других внешних факторов, уследить за его стабильностью практически невозможно. Именно поэтому и были придуманы автоматические системы вентиляции, полива и проветривания.

Особенности построения

Чтобы построить умную теплицу своими руками, нужно учесть некоторые особенности конструкции.

Рекомендуем ознакомиться с практическими советами по обустройству автоматики своими руками (рисунок 2):

1. Правильно подобрать место для строительства, чтобы максимально использовать солнечную энергию. Оптимальным считается размещение с юга на север, чтобы все растения в течение дня равномерно прогревались и освещались солнцем. Также следует обустроить защиту от ветра, к примеру, высадив в метре от здания живую изгородь.
2. Спроектировать каркас так, чтобы форточки и окна находились в верхней части конструкции. Холодный воздух, проникая внутрь, опускается вниз, поэтому и форточки нужно располагать как можно выше для защиты растений от сквозняков. Для этой же цели нужно сделать прочные двери без щелей, которые не будут пропускать холодный воздух внутрь.
3. Установить надежную автоматику для полива и проветривания. Для автоматического открывания форточек достаточно установить гидроцилиндры, которые приводятся в действие при нагревании жидкости, находящейся внутри цилиндра и толкают шток, открывающий окно. При снижении температуры действие происходит в обратном порядке. Для автоматического внесения влаги рекомендуют устанавливать систему капельного полива с датчиком.

Если помещение будет использоваться зимой, в ней устанавливают обогревательные приборы и аккумуляторы с датчиками, которые будут автоматически включать обогрев при определенном температурном режиме окружающей среды.

Польза

Польза автоматики очевидна: любые растения в таких конструкциях можно выращивать круглогодично с минимальным участием человека.

Рисунок 2. Пошаговая инструкция для строительства теплицы своими руками

Существует мнение, что обустройство умной теплицы влечет серьезные финансовые расходы, но эта точка зрения правдива лишь отчасти. Для автоматизации необходимо купить датчики и систему капельного полива, а монтаж можно провести и своими руками.

Самодельная автоматическая теплица

Во избежание финансовых затрат, автоматизированные системы можно полностью или частично сделать своими руками. Конечно же, для того, чтобы создать автоматику на контроллере понадобятся термостаты, циклические и суточные таймеры, схема готовой платы, каналы связи с оборудованием. Гораздо проще будет организовать автоматику для каждого отдельного процесса.

Чаще всего, отдельно автоматизируют систему полива в теплице. Организация системы зависит от габаритов паника. Так, для небольших бытовых теплиц, зачастую, применяется самодельная капельная система полива.

Самодельную автоматическую теплицу можно сделать своими руками

Организация капельного полива имеет такие этапы:

1. Разработка схемы полива с учетом индивидуальных размеров теплицы.
2. Подготовка материалов (капельных шлангов, бака для воды, фильтров, кранов, соединительных штуцеров, магистральной трубы).
3. Установку бака на высоте в 0,1-0,2 см, монтаж фильтров для очистки воды.
4. Разводку магистрального водопровода и веток линий.
5. Монтаж перекрывающих кранов на каждую ветку.
6. Соединение всех составляющие водопровода при помощи соединительных штуцеров.
7. Установка капельниц.
8. Наполнение бака водой.

К полуавтоматической системе полива относится орошение методом солнечной дистилляции, при котором вода, испаряясь из резервуара, конденсируется на колпаке, и по специальным желобам стекает вниз к растениям.

В итоге

Тепличная автоматизация – это уже давно не какой-то, оторванный от реальности эксперимент. Для хороших урожаем автоматизация просто необходима. До сих пор некоторые ассоциируют сельское хозяйство с чем-то архаичным. Это уже давно не так.

Не стоит думать, что автоматика в теплицах это про промышленные или фермерские. Отнюдь. В малых (садовых) формах тоже применяются технологии. К примеру всякие автофорточки или капельный полив.

Когда речь заходит о современных технологиях в агропромышленности, кажется, что магия существует, и для людей на самом деле уже нет ничего невозможного.

В следующих материалах читайте об феномене агритектура, аквапонике и многом другом. А сосем недавно была опубликована статья по гидропонике, что тоже относится к технологиям для теплиц. 0

Похожие записи:

Удаляем старый силиконовый герметик в ванной комнате Самодельный паяльник: как сделать прибор своими руками Инжекционная горелка и принцип ее работы Как сделать клетку для перепелов своими руками Поделки из гипса для сада и дома своими руками Осциллограф на ардуино для компьютера