Мониторинг теплицы как это

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

Умная автоматическая теплица

Теплица — каркасная конструкция, обычно из металлического профиля, покрытая прозрачным легким и прочным материалом. В теплице поддерживается определенный микроклимат необходимый для выращивания находящихся внутри нее растений. Для получения результата в виде выращенных плодов требуется приложить немало времени и физических усилий, осуществив комплекс агротехнических мероприятий.

Облегчить труд позволит умная теплица, в которой все действия необходимые для выращивания растений выполняются по программе, управляющей специальными устройствами практически без участия человека.

Принцип работы умной теплицы

В представленной ниже схеме работы умной теплицы показан размер участия человека в ее функциональных возможностях. Пользовательский вход ограничивается корректировкой программного обеспечения и непосредственной установкой параметров контроллера. Корректировка может проводиться удаленно через, например, компьютер, подключенный к контроллеру.

Автоматический режим работы обеспечивают датчики и контроллер с электронными схемами управления, которые обеспечивают работу исполнительных механизмов в требуемом режиме.

Классификация умных теплиц

Любая система, в которой совершаются какие-либо действия, должна иметь для этого внешние источники энергии. По способу пользования такой энергией можно классифицировать умные теплицы по следующим группам:

• автономная — использует природные источники тепловой энергии, например, солнечную;
• зависимая от промышленных источников энергии — питание осуществляется от электрической сети.

Недостатком автономной является инерционность работы автоматики системы, которая из-за несвоевременного срабатывания исполнительных механизмов не гарантирует нормальную жизнедеятельность растениям.

Энергозависимые системы работы умной теплицы могут иметь аварийное отключение, что будет иметь самые плохие последствия для растений.

По конструктивному исполнению и назначению устройств тепличного комплекса можно выделить следующие категории.

• Оранжерея. Это помещение для выращивания экзотических растений, для которых не подходит климат данной местности. Обычно покрывается стеклом и используется для научных целей изучения развития необычных растений.
• Теплица. Это помещения для круглогодичного выращивания овощей, ягодных культур и рассады. Покрывается легким прозрачным материалом типа поликарбоната. Главная цель теплиц — получение высокого урожая овощей и ягод в короткие агротехнические сроки вне зависимости от окружающих погодных условий.
• Парник. Главное назначение парника — выращивание рассады. Обычно это небольшая переносная конструкция, покрытая легко сворачиваемой прозрачной пленкой. Тепло в нем создается природными источниками энергии.

Базовые возможности умной теплицы

Автоматизации подлежат следующие виды работ из комплекса обязательных агротехнических мероприятий проводимых с растениями в теплице.

• Регулирование температуры предпочтительной для выращивания растений в данной конкретной теплице. Контроль над поддержанием заданного теплового режима.
• Создание определенных показателей влажности воздуха в теплице. На урожайности некоторых культур этот показатель оказывает существенное влияние.
• Сохранение влажности грунта в заданных пределах. Корневая система растений не должна пересыхать и в то же время переизбыток влаги приводит к заболеванию растений.
• Организация дополнительного освещения в теплице в любое время года обеспечит полноценный рост растений.

Где купить

Приобрести оборудование для умных теплиц можно как в специализированном магазине, так и онлайн в Интернет-магазине. Во втором случае, особого внимания заслуживает бюджетный вариант приобретения изделий на сайте Алиэкспресс. Для некоторых товаров есть вариант отгрузки со склада в РФ, их можно получить максимально быстро, для этого при заказе выберите «Доставка из Российской Федерации»:

Датчики как основа информации для умной теплицы

На блок управления умной теплицей передают изменяющиеся во времени параметры следующие виды датчиков, интегрированные в цифровой формат для передачи сигнала на контроллер:

• датчики температуры воздуха
• датчики влажности воздуха
• датчик температуры почвы
• датчик влажности почвы
• датчик освещенности

Кроме представленных выше датчиков существует много других, которые некоторые сельхозпроизводители используют в своей деятельности: датчики точки росы, датчики химического состава почвы, контроля качества поливной воды и другие.

Контроллер

Контроллер обрабатывает информацию и дает команды для действий исполнительных механизмов. Это программируемое электронное устройство, которое по заданному алгоритму обеспечивает выполнение всех агротехнических задач по уходу за растениями.

Помимо самой электронной схемы и комплекта датчиков в комплект поставки входят программы управления и визуализации.

В качестве примера приведем функциональные возможности одного из видов контроллера российского производства:

• управление по программе, рассчитанной на действие в течение суток, где исходными данными являются значения температуры и влажности;
• позиция термопривода открытия форточек регулируется алгоритмом поиска ее самого эффективного положения для решения поставленной задачи;
• находит оптимальные варианты охлаждения во время действия критически высоких летних температур;
• выполняет режим микропроветривания с поддержанием оптимальной влажности;
• организует автополив с набором в бак воды и управлением подачи к растениям совместно с подачей питательного раствора;
• участвует в подготовке питательного раствора, контролируя его состав;
• управляет по показаниям датчиков системой отопления;
• выполняет расчет солнечной энергии полученной растениями в определенный промежуток времени;
• производит контроль влажности одновременно в нескольких зонах;
• оперирует данными о температуре в нескольких заданных точках теплицы.

Такой набор функций качественно улучшает условия выращивания растений в теплице.

Обзор рынка промышленных производителей умных теплиц

Рынок умных теплиц становится все более устойчивым. Этому способствует развитие следующих технологий:

• применение технологии дополнительного освещения на основе светодиодов (LED — технология);
• кроме проводной, используется для подключения беспроводная связь;
• совершенствование конструкций ирригационных систем;
• улучшение технических характеристик насосов и клапанов;
• увеличение количества факторов, сообщающих о возникновении внештатной ситуации в процессе ее мониторинга;
• применение передовых достижений в сфере IT — технологий.

Рейтинговые производители умных теплиц предлагают свою продукцию в зависимости от размеров тепличного комплекса, технические решения выбираются в соответствии с типом выращиваемых агрокультур.

В промышленном масштабе умные теплицы используются в северных широтах. Экзотические для районов севера овощи и фрукты, выращенные в умных теплицах, будут намного дешевле завезенных из южных областей.

Интеллектуальный сегмент сельского хозяйства в виде умных теплиц будет развиваться высокими темпами благодаря отечественным производителям. Внимание, которое оказывается правительством цифровой экономике, будет этому способствовать.

Передовыми в развитии технологий сельского хозяйства в контролируемой среде являются Нидерланды и некоторые другие европейские страны. Развивается ускоренными темпами внедрение умных теплиц в Индии, Японии, Китае.

Доминирующие позиции на рынке умных теплиц занимают компании Rough Brothers (США), Heliospectra (Швеция), GreenTech Agro (Нидерланды) и другие.

Умные теплицы своими руками

Простому дачнику инвестировать в готовую автоматизированную теплицу слишком накладно. Однако использовать ее преимущества можно изготовив ее самостоятельно.

Особенности конструкции и расположения на участке

Для эффективной работы систем автоматики следует выполнить следующие рекомендации.

• Выбрать такое место на участке, где согласно географии местности, через прозрачную пленку будет проникать максимальный поток солнечного света. Это снизит нагрузку на дополнительное светодиодное освещение и уменьшит расходы на содержание теплицы.
• Каркас теплицы спроектировать так, чтобы форточки находились в верхней части теплицы. Холодный воздух, попадая через форточку в теплицу, будет медленно опускаться вниз, а теплый также постепенно подниматься вверх. Такое расположение форточек исключает образование сквозняков, вредных для развития растений. Герметичное покрытие пленкой и плотное закрывание дверей устранит влияние внешних погодных условий на микроклимат теплицы.
• Если участок располагается в местности с повышенной ветровой обстановкой, то следует выполнить защиту в направлении доминирующего направления ветра, например, закрыть теплицу живой изгородью.
• Для круглогодичного использования теплицы оборудовать ее отопительными приборами, которые будут автоматически включаться/выключаться с помощью специально настроенных датчиков температуры.

Автоматическое проветривание своими руками

Циркуляция воздуха в теплице обеспечивается открытием форточек или дверей, которые обустроены работающими автоматически системами открывания. Такие устройства можно сделать самостоятельно, доработав уже имеющиеся подобные конструкции или изготовить из подходящих для этого подручных материалов.

Классический пример использования для автоматического открывания форточек теплицы — доработка газового амортизатора автомобиля. Гидравлическое масло, выступающее в качестве рабочего тела, вместо воздуха под действием повышенной температуры расширяется и приводит в движение форточку. При понижении температуры с помощью возвратной пружины форточка закрывается.

Подобным образом можно приспособить для проветривания теплиц газлифт от офисного стула, ручные автомобильные насосы и другое техническое оборудование. Из подручных средств, например, пластиковых бутылок или металлической емкости, заполняющей резиновый шарик воздухом с повышением температуры можно изготовить временные конструкции, обеспечивающие автоматическое проветривание теплиц.

Автоматический полив своими руками

Стандартная система автоматического полива своими руками включает в себя следующие составляющие.

• Необходим источник воды. Это может быть резервуар в виде бочки, в которую периодически заливают воду из скважины, водопровода или с помощью насоса из дачного пруда. В бочке температура воды с течением времени приближается к температуре окружающей среды, что важно для процесса жизнедеятельности растений.
• Наличие фильтра. Без него трубопровод быстро засоряется. Особенно критично его отсутствие для систем капельного полива.
• Электромагнитные клапана. Их конструкция позволяет контролировать подачу сигналов начала и конца процесса полива.
• Таймер. Его настройки передают сигналы на открытие/закрытие электромагнитных клапанов.
• Система из стальных, пластиковых (можно резиновых при капельном орошении) или металлопластиковых трубопроводов. Обеспечивает доставку воды, например, при капельном орошении к капиллярным трубкам.

При наличии в системе датчиков температуры и влажности почвы возможно автоматическое включение/выключение автоматического полива по их показаниям.

Автоматизированное отопление своими руками

С помощью систем отопления можно будет поддерживать температуру в теплице при любой погоде и в любое время года.

Систему обогрева теплицы можно оборудовать следующим образом:

• пропустить внутри пола нагревательный кабель;
• использовать для обогрева нагревательные приборы (масляный радиатор, инфракрасный излучатель и другие подобные установки);
• полы можно подогревать с помощью водяных теплых труб.

Самый удобный вариант автоматизации отопления основан на использовании внутри пола нагревательного кабеля. Концы кабеля после его укладки подсоединяются к регулировочному устройству. Важно, что данная система отопления прогревает непосредственно почву и тем самым имеет преимущество перед нагревательными приборами, оказывающими влияние на прогрев воздуха.

Установка и обустройство автоматики дополнительных светильников своими руками

Получить хороший урожай помогут не только качественный грунт и своевременный полив, но и оптимальная освещенность. При эксплуатации теплицы в зимний период дневного света из-за короткого дня явно не хватает.

В качестве дополнительного освещения по своим характеристикам самыми конкурентоспособными являются светодиодные лампы. Они отличаются малым энергопотреблением и выдают большую часть солнечного спектра. Существуют белые светодиоды, способные выдавать весь спектр солнечного света и способствовать выращиванию растений полностью на искусственном освещении.

Для подводки электропитания к силовому шкафу надо пробросить воздушную проводку от сети высокого напряжения. Эту работу лучше поручить профессиональным электрикам, которые имеют право допуска к таким работам. Дальнейшая прокладка провода в земле выполняется своими руками.

Важно: провод предварительно поместить в защитный гофрированный шланг.

Обязательно устанавливается предохранительное устройство для защиты от перепадов напряжения. Выбор его основан на рекомендациях производителя светодиодных ламп. После установки устройства выполняется разводка проводов согласно места расположения светильников.

Для создания оптимальной освещенности создается автоматическая система, которая ко всему прочему позволит сэкономить электроэнергию. Специальные датчики будут контролировать освещенность и автоматически включать или выключать подсветку.

Сохранение полезных качеств почвы

В умной теплице применяется мульчирование почвенной среды. Такой агротехнический прием сокращает время на поддержание плодоносных качеств почвы. Достаточно один раз покрыть ее поверхность мульчей (природные органические материалы) и на долгое время сохраняется содержание влаги в почве, исчезают сорные травы. Зимой и осенью дополнительное укрытие нетканым агроматериалом обеспечивает теплом почву и воздух. Влага сохраняется внутри после испарения на внутренней стороне укрывного материала и стекает обратно в грунт.

В летнее время укрывной материал убирается — на его место равномерно рассыпаются опилки или солома наоборот сохраняющие почву от излишков тепла.

Оснастить умной технологией теплицу на даче своими руками не простая задача. Потребуется определенный опыт и знания, без инвестиций также не обойтись. Однако все не такие уж большие финансовые затраты окупятся хорошим урожаем и свободным временем для отдыха и занятий другими не менее важными делами.

Видео по теме

Источник статьи: http://vashumnyidom.ru/komfort/uxod/umnaya-teplica.html