Меню

Автоматизированная система управления микроклиматом теплиц

Автоматизированная система микроклимата

Автоматизированная умная теплица на arduino. Система управления микроклиматом на ардуино

В современном мире очень важны инновационные автоматизированные системы производства в сельском хозяйстве. Обусловлено это необходимостью роста в производительности. причем производительность должна быть обеспечена за счет экологически чистых технологий. Такими технологиями являются автоматизированные системы управления микроклиматом в теплицах.
Такие системы в автоматическом режиме создают оптимальный микроклимат для выращивания сельхозкультур и кроме того позволяют существенно экономить на энергоресурсах.
Проблема в существующем направлении следующая. Существующие системы микроклимата разбиты на несвязанные системы. Отдельно система управления проветриванием (температурным режимом) и отдельно система полива. Т.е. нет комплексных решений для малых и средних предприятий. Только для крупных предприятий создаются уникальные дорогостоящие комплексные системы. Поэтому мы поставили задачу разработать автоматизированную систему управления микроклиматом для малых и средних предприятий растениеводства.
Система создана на базе программируемого микроконтроллера Arduino. Данный микроконтроллер достаточно дешев и удобен в программировании. Именно поэтому созданная система имеет цену ниже , чем у существующих аналогов, а кроме того она является гибкой и и легко настраиваемой под любые режимы.(т.е. под выращивание различных сельскохозяйственных культур).
Проблема нашего проекта состоит в создании прототипа автоматизированной системы управления микроклиматом для малых и средних теплиц на базе программируемого микроконтроллера Arduino. проведем анализ существующих систем их недостатки и преимущества.
Средняя рыночная цена на автомат проветривания для малых теплиц на рынке 2500 рбулей. Средняя рыночная цена полуавтоматических систем полива 3000 рублей. Как отмечалось данные системы работают независимо друг от друга и это существенный минус. Комплексная система управления микроклиматом на базе микроконтроллера Arduino позволит соединить показания датчиков освещенности, влажности и температуры для оптимального управления приводами систем полива и проветривания. Кроме того общую себестоимость такой системы можно свести до 4000 рублей. Причем один микроконтроллер может управлять двумя теплицами независимо. Т.е. для малых и средних хозяйств это оптимальное решение.
Цель проекта: создать макет, прототип автоматизированной системы управления микроклиматом для теплиц на базе микроконтроллера. Система должна содержать подсистему автоматического полива, проветривания, управления искусственным освещением.
Принципы работы автоматизированной системы управления микроклиматом теплиц.
Общая схема работы автоматизированной системы достаточно проста и наглядна.

Данные с датчиков передаются в микроконтроллер. Программа микроконтроллера сравнивает данные датчиков с заданными. Согласно алгоритму, заложенному в программе, микроконтроллер выдает управляющие сигналы на приводы, включает их
Простейший алгоритм работы программы можно задать следующим образом.
Цикл бесконечный
<
Если (температура датчика > заданной) , то включить привод проветривания на открытие;
Если (температура датчика

Устройство автоматизированной системы микроклимата.

Краткое описание основных узлов системы.

Микроконтроллер Arduino.

Arduino плата с микроконтроллером с помощью которой можно считывать данные с датчиков и управлять мотороми и дургими устройствами. Язык программирования Arduino по структуре и синатксису сход с языком си.

Аналоговый датчик света для ардуино
Для того, чтобы получить из исходного напряжения лишь его часть используется делитель напряжения (voltage divider).
Аналоговый датчик температуры
LM335 –температурный чувствительный элемент с диапазоном от -40 °C до +100°C и точностью в 1°C.
Сервопривод (следящий привод) — привод с управлением через отрицательную обратную связь, позволяющую точно управлять параметрами движения.
Сервоприводом является любой тип механического привода (устройства, рабочего органа), имеющий в составе датчик (положения, скорости, усилия и т. п.) и блок управления приводом (электронную схему или механическую систему тяг), автоматически поддерживающий необходимые параметры на датчике (и, соответственно, на устройстве) согласно заданному внешнему значению (положению ручки управления или численному значению от других систем).
Проще говоря, сервопривод является «автоматическим точным исполнителем» — получая на вход значение управляющего параметра (в режиме реального времени), он «своими силами» (основываясь на показаниях датчика) стремится создать и поддерживать это значение на выходе исполнительного элемента.

Читайте также:  Как отгородить газон от клумбы

На данной принципиальной схеме датчики выделены цветом. Каждый датчик работает независимо друг от друга и подключены к аналоговым портам. Servo1 и Servo2- сервомоторы подсоединенные к ШИМ портам. Следует отметить, что несколько портов остаются свободными, что дает возможность расширить архитектуру схемы (добавить датчики, сервоприводы).

вления приводом (электронную схему или механическую систему тяг), автоматически поддерживающий необходимые параметры на датчике (и, соответственно, на устройстве) согласно заданному внешнему значению (положению ручки управления или численному значению от других систем).

Проще говоря, сервопривод является «автоматическим точным исполнителем» — получая на вход значение управляющего параметра (в режиме реального времени), он «своими силами» (основываясь на показаниях датчика) стремится создать и поддерживать это значение на выходе исполнительного элемента.

Заключение
Автоматизированные системы микроклимата наиболее актуальны для малых и средних теплиц. Система в течении недели будет автоматически поддерживать оптимальный климатический режим, без вмешательства человека. Кроме того данные системы позволят существенно экономить энергоресурсы и трудозатраты. Следует отметить. Что системы комплексные автоматизированные системы поддержания микроклимата, построенные на микроконтроллере Arduino в целом должны быть дешевле аналогичных существующих систем.
Поэтому работы по созданию дешевой, комплексной, автоматизированной системы микроклимата для теплиц являются очень актуальными и требуют продолжения вплоть до выпуска промышленных образцов и запуска в производство.
По результатам проведенного исследования можно сформулировать следующие выводы:
1 Создана принципиальная схема автоматической системы микроклимата для теплиц
2 Разработан алгоритм для микроконтроллера и написана программа для системы микроклимата
3 Создан макет автоматизированной системы микроклимата. Протестирована и отлажена его работа.
В качестве перспектив проекта можно рассмотреть создание полностью автономных автоматизированных систем микроклимата. Т.е. энергоснабжение для них будет осуществляться с помощью альтернативных источников энергии, солнечные батареи и ветряки. Данные системы способны длительно работать без вмешательства человека и полностью автоматизировать труд в растениеводстве.
Литература по робототехнике и ардуино
1. Энциклопедия начинающего радиолюбителя: Описания практических конструкций.Иванов Б. С. — М.: Патриот, 1992, 416 с.
2. Электроника шаг за шагом: Практическая энциклопедия юного радиолюбителя. Сворень P. А. / Рис. С. Величкина. — Изд. 3-е, дополн. и исправл. — М.: Дет. лит., 1991. — 446 с.: ил.
3. Микроэлектроника для всех. Введение в мир интегральных микросхем: основы функционирования, технология изготовления и применение: Эндерлайн P. Пер. с немец.- М.: Мир, 1989.- 192 с., ил.

Источник статьи: http://itrobo.ru/robototehnika/proekty/avtomatizirovannaja-sistema-mikroklimata.html

Система управления микроклиматом тепличного комплекса «АННА»

Заказчик: ООО «Анна»
Объект: Тепличный комплекс по выращиванию томатов. Левашинский район. Республика Дагестан.
Разрабочик: ООО «Быстрые проекты»

Назначение системы

  • Контроль микроклимата и отслеживание внешних условий
  • Задание суточного цикла изменения параметров микроклимата в теплицах
  • Анализ получаемых данных
  • Поддержание и стабилизация заданного микроклимата в телицах
  • Изменение установленных температур микроклимата с очень медленной скоростью

Решение

В управлении микроклиматом в теплицах лежит контроль и управление температурой, влажностью воздуха и концентрацией в нем углекислого газа СО2.
Алгоритмы работы системы позволяют согласованно управлять 4 подсистемами отопления с 8 контурами обогрева, 4 подсистемами вентилирования по 2 группы фрамуг, 2 подсистемами подкормки CO2, 2 подсистемами управления зашторивания, 2 подсистемами управления циркуляцией воздуха.
В процессе эксплуатации агрономы и инженеры формируют стратегию управления микроклиматом. Данная стратегия в процессе работы будет определять порядок использования подсистем управления.
Она характеризуется:

Читайте также:  Рулонное покрытие для террас

1) эффективностью работы каждой подсистемы управления как при поддержании заданной температуры и влажности, так и оптимальной температуры теплоносителя в контурах отопления;

2) эффективностью влияния каждой подсистемы управления на энергосбережение, в частности, на снижение теплозатрат в подсистеме отопления;

Структурная схема системы

С помощью установленных в теплицах датчиков производится постоянное измерение температуры воздуха в теплицах в нескольких точках, влажности воздуха, содержания СО2 и Качества воздуха.

Кроме того, измеряются внешние метеорологические параметры:

интенсивность солнечного излучения;

скорость и направление ветра.

В системе управления используется оборудование ОВЕН:

  • Контроллер ПЛК110-30 [М02]
  • Преобразователь интерфейсов АС3-М
  • Датчик СО2 ПКГ100-СО2 – 2 шт
  • Датчик температуры и влажности ПВТ100 – 4 шт
  • Релейные модули вывода МВ110-224.8Р – 7 шт

Все данные о состоянии и динамики микроклимата в теплицах регистрируются в ПК Диспетчера что обеспечивает текущее ежеминутное наблюдение всех параметров. Гибкие возможности архивирования MasterSCADA 3.10 позволяют в режиме реального времени выбирать параметры для анализа произошедших изменений.

Микроклимат теплиц программируется на сутки с ПК диспетчера и дает возможность плавного прироста температур между выставленными порогами установленных значений.

Заданный в программе режим микроклимата может автоматически корректироваться в зависимости от интенсивности солнечного излучения.

Управление исполнительными механизмами производится через модуль релейной коммутации . В процессе эксплуатации для каждой конкретной теплицы есть возможность оптимизации качества регулирования микроклимата путем корректировки с помощью набора регулировочных параметров управления.
Опрос контроллеров осуществляет сервер с помощью программного обеспечения Modbus Universal MasterOPC Server и MasterSCADA через Ethernet по протоколу Modbus TCP.

Российская SCADA-система MasterSCADA была применена из-за ее хорошего сочетания цена/качество. Созданная SCADA-система имеет следующие технические характеристики:

OPC Server — 500 тэгов

37 устройств различного назначения для управления систем вентиляции и управления микроклиматом

155 аварийных сигналов по системе проветривания теплиц с расшифровкой детализации сообщений.

16 трендов для настройки контуров регулирования

10 трендов для анализа температур в зонах

Некоторые участки управления микроклиматом теплицы идентичны, что позволило эффективно использовать технологию тиражирования объектов с применением шаблонов.

Функции системы

Измерение и регистрация следующих параметров:

    Контроль параметров управления контуров теплоснабжения

Контроль управления фрамугами

Контроль температур в помещениях

Отображение трендов параметров

Программирование контроллеров и сервера MasterSCADA заняло около 4 месяцев.

Система работает непрерывно и обеспечивает лучший результат сохранения микроклимата в теплице. Растения не испытывают шоковых воздействий от резких перепадов температур, что положительно влияет на весь процесс получения конечного продукта



Экран задания параметров микроклимата


Настройка параметров ПИД-регулирования

Источник статьи: http://insat.ru/projects/industries_solutions/agricultural_industry/climate_control_system_anna/

Системы для автоматизации теплиц

Автоматизированные «умные» теплицы снабжаются специальными датчиками и комплексными системами, которые обеспечивают регулировку микроклиматических параметров. Таким образом регулируется температура, уровень углекислого газа, процессы орошения и восстановления грунта.

Автоматизация микроклимата теплиц должна выполняться комплексно: если все системы будут функционировать согласованно, то можно будет снизить затраты на покупку электронного оборудования.

Разновидности систем автоматизации теплиц

Так, специальные гидравлические системы обеспечивают автоматическое проветривание. Вентиляция обеспечивается конструкциями с гидроцилиндрами и гибкими тягами. Открывание форточек происходит автоматически: гидросистемы срабатывают по принципу объемного расширения из-за повышения внутренней температуры.

Также автоматизация управления микроклиматом в теплице предполагает использование таких систем:

  1. Для обогрева и контроля температуры: электромагнитные реле, температурные датчики, нагреватели и электровентиляторы. Все устройства связаны с общим блоком управления, и при поступлении нужного сигнала внутрь подается воздух заданной температуры.
  2. Автополив: от резервной емкости через распределительные трубки непосредственно к растениям. Наиболее выгодной с экономической точки зрения считается система капельного автополива. Она же дает отличный результат с точки зрения роста и развития растений. Такая система может работать с погружным насосом и автоматическими разбрызгивателями: все зависит от имеющегося технического оснащения. Этим же способом можно подавать и жидкие подкормки. Подача регулируется специальными датчиками, измеряющими влажность почвы.
  3. Для контроля уровня освещенности. В этом случае регулируется работы экранов затенения и включение/выключение источников искусственного освещения. Особенно важно это для зимних теплиц, работающих в условиях короткого светового дня.
  4. Для проверки уровня углекислого газа. Повышение концентрации углекислого газа мешает нормальному росту растений. Поэтому датчики либо сигнализируют оператору о необходимости проветривания, либо запускают систему воздухообмена.
Читайте также:  Палитра цветов для террас

Обычно все эти устройства сводятся к общему «экрану оператора», чем обеспечивается удобство управления.

Как работают автоматизированные системы?

Теплицы обеспечивают поддержание необходимых параметров искусственного климата для выращивания нужной сельскохозяйственной продукции (зелени, ранних овощей, фруктов зимой и так далее). Вся конструкция — довольно дорогая в обслуживании и эксплуатации. Чтобы обеспечить ее быструю окупаемость, важно гарантировать стабильную урожайность и высокое качество продукции. Именно для этого и используются современные системы автоматики.

Важно подобрать подходящее решение еще на этапе проектирования. Оптимизация управления микроклиматом не только позволяет поддерживать нужные показатели, но и помогает сократить энергопотребление, а значит, и снизить эксплуатационные затраты.

Комплекс автоматизированного регулирования микроклимата теплицы работает следующим образом:

  • Датчики температуры контролируют прогрев воздуха и грунта. Поддержание стабильных температурных показателей ускоряет вегетативный период, обеспечивает быстрое развитие корневой системы и способствует повышению урожайности до 45%. Если в теплице предусмотрено многоярусное отопление, то датчики устанавливаются на каждом ярусе и работают независимо. Важно, чтобы вся система могла чутко реагировать на потребности растущих растений. Так, для некоторых культур обязательно выдерживать разницу между дневной и ночной температурой, а при солнечной погоде температура прогрева грунта должна снижаться, чтобы корневая система не пересушивалась. Температура должна стабилизироваться с высокой точностью, с колебаниями не более 1 градуса.
  • Влажность должна регулироваться с учетом состояния наружного воздуха.
  • Датчики, контролирующие уровень освещенности и обеспечивающие включение и выключение света в зависимости от уровня естественной (солнечной) освещенности, позволяют сэкономить до 25% электроэнергии. Кроме того, они включают механизмы затенения при необходимости. Таким образом обеспечивается регуляция облучения для правильного протекания процессов фотосинтеза
  • При запуске системы вентиляции должны учитываться не только текущий уровень СО2 внутри теплицы, но и скорость и направление ветра снаружи.
  • Процессы полива и удобрения запускаются специальными стартовыми программами. В них указывается время, объемы, промежуточные интервалы. В прогрессивных системах учитываются побочные влияния солнечной освещенности и температурного режима.

Специальные датчики

В системах автоматизации для парников используются первичные измерительные устройства. Это датчики, помогающие контролировать температуру, влажность, содержание углекислого газа, уровень воды в резервуарах (гидростатические датчики уровня), давление в отопительной системе. Тепличные хозяйства должны оснащаться долговечным оборудованием, невосприимчивым к высокой влажности и повышенной содержанию химических паров. Большинство датчиков имеют возможность калибровки непосредственно в месте установки.

Компания «Измеркон» предлагает датчики для систем автоматизации для теплиц. Это детекторы метана, аммиака, этилена, СО2, уровнемеры для топлива и жидкостей, гигрометры и термометры с функцией регистрации данных, а также сенсоры, логгеры и расходомеры. Здесь можно приобрести оборудование для частных тепличных хозяйств и сложных агропромышленных комплексов.

Источник статьи: http://izmerkon.ru/podderzhka/publikaczii/sistemy-avtomatizacii-teplic.html

Adblock
detector