Приклад використання сучасних засобів автоматизації в теплиці

Теплиці – це споруди, призначені для вирощування натуральних овочів в більш короткий проміжок часу, ніж у відкритому грунті. Використання теплиць поширене як у приватних власників, так і в сільському господарстві в цілому.

Раніше автоматизація роботи теплиці була дорогою, а часом і неокупні процедурою, але на даний момент рішення цієї проблеми не настільки дорого і цілком окупається, а в подальшому, до того ж, приносить ще більшу вигоду.

Багато факторів, потрібні для ефективного вирощування овочевих культур, вимагають застосування сучасної автоматики, наприклад:

1) Автоматична підтримка оптимальної температури повітря;

2) Автоматичний полив;

3) Автоматичне включення освітлення;

4) Автоматичний підігрів грунту.

Автоматична підтримка оптимальної температури повітря

При вирощуванні помідорів і огірків, як найбільш поширених культур вирощуваних в теплицях бажано щоб температура повітря була від +18 до +25 ° С вдень і не нижче +16 ° С вночі. Температура грунту від +10 ° С і вище.

Зниження температури здійснюється за допомогою актуаторов, які відкривають кватирки теплиці для провітрювання при підвищенні температури повітря. Для цих цілей можна також використовувати крокові двигуни, за сигналом відкривають кватирки на потрібний кут. 

Актуатор

Актуатори бажано використовувати не тільки з датчиком температури, але і з датчиком вітру, щоб не нашкодити рослинам. У ролі датчика температури повітря можна використовувати простий і не дорогий цифровий датчик DS18B20.

датчик DS18B20

полив рослин

Автоматичний полив здійснюється за допомогою датчиків вологості, які обмежують полив, але також спільно з ними краще використовувати датчик витрати води, так як прості, недорогі датчики грунту дуже швидко окислюються і виходять з ладу. Для малих фермерських господарств можна використовувати саморобні датчики вологості на базі таймера NE555.

Сучасній дану мікросхему не назвеш, зате вона зарекомендувала себе як надійний електронний засіб, що застосовується в багатьох областях. Електроди повинні бути виконані з графіту, яка не окислюється. Вихід 3 мікросхеми підключений до світлодіоду, який сигналізує про вихід вологості за межі. Даний вихід можна так-же підключити до системи управління і по сигналу від нього відключати або включати полив.

Датчик вологості грунту на мікросхемі NE555

Важливо знати необхідний витрата води в день (який буде залежати від площі теплиці, потреби вирощуваних рослин у воді, щільності їх посадки і т.д.), тоді достатньо проводити управління поливом за допомогою датчиків витрати води за часом, а датчики вологості використовувати в якості аварійних сигналізаторів переливу.

управління освітленням

Автоматичне освітлення найпростіше реалізується за допомогою простого фоторезистора. При зменшенні світла його опір підвищується і таким чином формується керуючий сигнал на включення світильників в теплиці.

Підігрів грунту

Автоматичний підігрів грунту здійснюється точно також як і повітря, але замість актуаторов для регулювання температури використовуються нагрівальні ТЕНи або гріючий кабель.

Пристрої управління системою автоматизації

Окремо варто сказати про пристрої, які приймають інформацію від датчиків, аналізують і видають сигнали на актуатори, нагрівальні Тени, клапана подачі води і т.д. В інтернеті можна зустріти дуже багато статей присвячених такій платформі як Arduino на базі якої пропонується створювати автоматизацію невеликих теплиць. 

Arduino – апаратно-програмний засіб з попередньо прошитим в нього загрузчиком, який дозволяє завантажувати свою програму в мікроконтролер без використання окремих апаратних программаторов. Мікроконтролер на платі програмується за допомогою мови Arduino, підстав на мові Wiring (Сі подібний). 

Всі результати роботи обладнання в автоматизованій теплиці при необхідності можна візуально відстежити на комп’ютері. еб-інтерфейс може давати можливість не тільки стежити за показаннями датчиків температури, вологості та освітлення, а й управляти цими самими показаннями. Також може бути реалізована можливість стежити за теплицею через веб-камеру

Система управління теплицею контролюється центральною платою Arduino, працює наступним чином: отримані дані про навколишнє середовище датчик температури повітря вологості або освітлення віддається центрального контролера (Arduino) яке порівнює поточні значення з заданими. Якщо будь-яка з значень не відповідає то виконавчий механізм приводиться в дію для відновлення оптимального стану. Далі Arduino відправляє дані на віддалений сервер для моніторингу через інтернет. 

Приклад використання Arduino для автоматизації теплиці

Приклад схеми автоматизації теплиці на Arduino

За допомогою спеціального програмованого блоку здійснюється контроль таких параметрів як:

  • опалення внутрішнього простору теплиці;

  • підігрів води;

  • періодичність і тривалість поливу;

  • запуск і відключення примусової вентиляції;

  • освітлення.

Контроль температури повітря визначається за двома пороговим меж: верхня межа і нижня межа. Коли верхня межа перевищено відкриваються кватирки, вентилятор приводиться в дію для охолодження парниковий середовища для утиски можна використовувати шторки і коли температура падає нижче нижньої межі, вентилятор відключається, включається нагрівач що б нагріти повітря до заданого рівня.

Контроль вологості визначається порогом, встановленим користувачем. коли вологість в теплиці падає нижче заданого порогу, система автоматичного поливу включається, а потім вимикається, коли оптимальний стан відновлюється.

Умова освітлення управляється двома заданими точками: верхня межа і нижня межа. Верхня межа визначає, коли світло активується в той час як нижня межа визначає, коли вона вимкнена. Ця стратегія в основному використовується для збільшення денного світла або компенсувати недостатнє природне освітлення відповідно до бажання користувача.

Незважаючи на простоту програмування та підключення, а також невисоку вартість, на мою думку, реалізація подібних проектів на Arduino скрутна. 

В якості ведучого керуючого пристрою може бути також використаний мікрокомп’ютер Raspberry Pi 2, що поєднує в собі переваги Arduino і персонального комп’ютера, т. К. Здатний запускати окрему операційну систему і має порти введення / виводу для підключення ведених пристроїв і отримання сигналів від датчиків. 

Але найпростіше купити вже готовий пристрій у вигляді програмованого реле або програмованого логічного контролера. З вітчизняних виробників подібної продукції найбільш відомі фірми ОВЕН, Сегнетікс і ін. Альтернативою для тих, хто навчився програмувати Arduino може стати ПЛК Controllino.

ПЛК Controllino: MINI (зліва), MAXI (по середині) і MEGA (праворуч)

Єдиним мінусом даного ПЛК є релейні виходи з струмом до 6 А. Але якщо в теплиці використовується електрообладнання з меншим споживанням струму, то даний ПЛК підходить якнайкраще.

На сьогоднішній день він випускається в 3 варіантах: MINI, MEGA, MAXI. Важливим плюсом є також можливість підключення до Інтернету через інтерфейс Ethernet для дистанційного моніторингу та управління. Даний інтерфейс доступний у версіях MEGA і MAXI.

Таким чином, створення автоматизованої теплиці на сьогоднішній день є простою і відносно недорогий завданням для малих фермерських господарств.

Яків Кузнецов

Ссылка на основную публикацию