Возможности современных автоматизированных систем в теплицах с инструкцией по внедрению

Делаем умную теплицу на Ардуино своими руками

Автоматизация вездесуща. Различные механизмы создают комфортные температурные условия, помогают при готовке пищи, ухаживают за одеждой, включают и гасят свет, а также поддерживают чистоту помещения. Но использование их не ограничивается бытом человека. Вообще во всем окружении, на улице или производстве, при перевозках чего-либо, в магазинах или сельском хозяйстве — везде работают незримые помощники.

С развитием технологической базы вырастает и уровень автоматизации. Сейчас роботы или механизмы выполняют не просто последовательность заложенных действий. Их устройство теперь позволяет осуществлять своеобразный «выбор», в зависимости от изменившихся внешних условий. Самый простой пример — стиральная машина. Ее внутренняя начинка определяет температуру воды и при необходимости подогревает ее, следит за временем стирки и правильностью текущих циклов выполнения.

Кроме уже описанного, в нашу жизнь вошли «умные» дома, города, кварталы или улицы. Главное отличие их от обычных — присутствие взаимосвязанных между собой систем управления. Каждая из которых контролирует одно устройство из присутствующих в комплексе. Но, работу всех их определяет общая система, отправляя сведения необходимые для функционирования или указывающие команды.

Одной из относительно редко использующихся схем интеллектуального управления можно назвать применение его в сельском хозяйстве, а конкретно для полной автоматизации парников или аппаратуры ухода за растениями. Собственно, подготовить и собрать умную теплицу на Ардуино своими руками вполне по силам и относительно разбирающемуся в электронике человеку. О чем и будет рассказано далее.

Системы автоматического полива для теплиц

Выбор системы для полива

Для обеспечения наилучшего роста растений необходимо устанавливать системы капельного орошения. Они обеспечивают наименьший расход воды за счет капельного принципа работы, подавая воду прямо к корням растений, что уменьшает количество сорняков. Благодаря автоматике, растения избегают ожогов листьев и появления разнообразных болезней.

Пассивный автоматический полив

Cистема полива

В данной системе используется кран таймер, который работает от пальчиковых батареек. При установке такой системы источник воды для полива должен находиться на возвышенности, ведь орошение происходит благодаря самотеку воды. Кроме этого вода должна быть идеально чистой, так как может забить капилляры в ленте. Плюсом является, конечно же, цена, а минусом – необходимость установки источника воды на возвышение и замена батареек.

Полив автоматический на основе Arduino

Cистема полива на основе Arduino

Самым главным минусом данных систем является то, что их необходимо собирать вручную и придумывать способы защиты плат от всевозможных погодных условий. Для работы данных плат используется питание 12 вольт, что не каждому дачнику подойдет. Данная система может функционировать на датчике, определяющим влажность почвы, или включаться по времени. Плюсов много: если вы передумали использовать эти компоненты как авто орошение, их можно использовать для сборки игрушек на радиоуправлении или как сигнализацию. Системы Arduino подойдут опытным пользователям, готовым к экспериментам и постоянному обслуживанию.

Полив автоматический с солнечной батареей

Cистема полива на солнечных батареях

К сожалению, выбор систем, работающих на солнечных батареях, ограничен. На рынке существует только один комплект экономичного полива – от «Синьора помидора». Плюсом данного комплекта является его независимость от электроэнергии: комплект способен работать без подзарядки даже в Ленинградской области, где большую часть лета идут дожди.
В данной системе есть блок управления, благодаря которому можно запрограммировать время полива, или же включить в ручном режиме. Приятной особенностью является наличие обратного клапана, который исключит возможность самостоятельного разливания капилляров. Благодаря насосу вовсе не обязательно устанавливать емкость с водой выше капилляров. Нами была протестирована данная система, и в течение всего сезона она зарекомендовала себя очень хорошо.

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.

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.

АСУ теплицы в Республике Башкортостан

Один из объектов, который был автоматизирован компанией «СИН-Автоматика», находится в Республике Башкортостан, недалеко от г. Туймазы. Теплица с круглогодичным циклом выращивания размером 1601006,5 м занимает 1,6 га. Теплица оборудована 21 форточкой (длиной 70 м) с электроприводом. Для рециркуляции воздуха применяются 36 вентиляторов. Функциональная схема управления представлена на рисунке.

Рисунок. Функциональная схема управления тепличным оборудованием

Для поддержания температуры в холодное время теплица оснащена двумя котлами по 2,5 МВт. Тепло, вырабатываемое котлами, распределяется по 16 контурам отопления. На случай аварийной остановки котла предусмотрено резервное отопление 28 воздушными теплогенераторами FARM200.

Теплица покрыта двумя слоями качественной светостабилизированной пленки. Для улучшения тепловых характеристик и повышения снеговой и ветровой устойчивости в межпленочное пространство с помощью 21 насоса наддува, разделенных на две группы, закачивается теплый воздух. Для досветки растений установлены 44 группы светильников: 3900 шт. мощностью по 600 Вт.

Для управления инженерным оборудованием укомплектованы, смонтированы и запущены в эксплуатацию два щита с панельными контроллерами ОВЕН СПК107. Контроллер ведет архив, который можно перенести на флешку для удобной работы с данными.

Систему автоматики составляет оборудование ОВЕН:

• 14 модулей дискретного ввода МВ110;
• 6 модулей дискретного вывода МУ110;
• 1 модуль аналогового ввода МВ110;
• 4 блока питания БП120Б;
• 21 датчик влажности и температуры воздуха ПВТ10;
• 5 датчиков концентрации углекислого газа ПКГ100-НСО2.

В большом количестве используется электротехническое оборудование MEYERTEC. В общей сложности каждый щит насчитывает 224 дискретных входа и 96 дискретных выходов типа реле. Входы и выходы системы сформированы модулями ввода/вывода Mx110. Кроме того, на базе модуля МВ110 собрана метеостанция с комплектом датчиков температуры, влажности, скорости и направления ветра, освещенности и осадков с выходным сигналом 4–20 мА. Система получает данные со внешней метеостанции, что позволяет предотвратить повреждение форточек от ветра и попадание осадков внутрь теплицы. В теплице установлены датчики влажности и температуры ПВТ10 и концентрации углекислого газа ПКГ100-Н4.СО2.

Система управления теплицей может работать как в ручном, так и в автоматическом режимах. Система подключена к сервису OwenCloud для удаленной корректировки параметров. Данные хранятся на сервисе OwenCloud три месяца.

Помимо основной задачи (поддержания оптимального микроклимата), система управления обеспечивает контроль возможных нештатных ситуаций и неисправностей оборудования, в том числе отключения питания, отключения автоматов защиты, срабатывания тепловых реле, выхода температуры за допустимые пределы, потери связи с датчиками или модулями и др. Получив аварийный сигнал, система оперативно оповещает персонал о нештатных ситуациях на объекте. Уведомление об аварийных ситуациях дублируется по нескольким каналам: аварийная сирена в самой теплице с выводом информации на панель оператора, рассылка уведомлений на электронные адреса ответственных работников, вывод информации на компьютер оператора. Своевременное извещение о нештатной ситуации позволяет вовремя принять меры и избежать выхода из строя оборудования, гибели урожая, а следовательно, и потерь бизнеса.

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.

Нам понадобится:

• 1x Piranha ULTRA;
• 1х GSM/GPRS Shield;
• 1х Trema Shield;
• 1х Trema-модуль Зуммер;
• 1х Trema-модуль Pull switch UP/DOWN;
• 1х Trema-модуль I2C-FLASH датчик температуры и влажности;
• 1х Датчик температуры DS18B20;
• 1x Trema-модуль Емкостной датчик влажности почвы;
• 1x Trema-модуль Датчик освещенности;
• 1х Trema-модуль Часы реального времени DS3231;
• 4х Trema-модуль Кнопка;
• 2х Flash-модуль Электромеханическое I2c-реле;
• 1х I2C-Hub;
• 1х I2C-LCD-дисплей;
• 1х Мембранный насос;
• 1х Светодиодная или УФ-лента;
• 1х Линейный привод;
• 1х провод красный;
• 1х провод чёрный;
• 1х Источник питания (12В);
• 1х Силиконовый шланг;

Для реализации проекта необходимо установить следующие библиотеки:

О том, как устанавливать библиотеки, Вы можете ознакомиться на странице Wiki — Установка библиотек в Arduino IDE.

Программная часть

С оборудованием все понятно. Осталось разобраться с программами, которые им управляют и контролируют состояние всей системы. Так как в комплексе есть два высокоинтеллектуальных устройства — ESS8266 и сам Arduino. Соответственно для обоих нужны свои программы. Помещение их в память устройств, в обоих случаях производится через Arduino IDE.

Управление

Ну и в финале, большой скетч управления самой теплицей, который выгружается в Arduino.

Замечания по конструкции

Датчик DN11 желательно заменить на DN22, который хоть и стоит дороже, но более точен и функционирует без проблем свойственных своему младшему тезке. Для питания контуров управления можно использовать компьютерный блок питания, желательно форм-фактора AT.

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.

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.

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).

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.

Программная часть

С оборудованием все понятно. Осталось разобраться с программами, которые им управляют и контролируют состояние всей системы. Так как в комплексе есть два высокоинтеллектуальных устройства — ESS8266 и сам Arduino. Соответственно для обоих нужны свои программы. Помещение их в память устройств, в обоих случаях производится через Arduino IDE.

Управление

Ну и в финале, большой скетч управления самой теплицей, который выгружается в Arduino.

Замечания по конструкции

Датчик DN11 желательно заменить на DN22, который хоть и стоит дороже, но более точен и функционирует без проблем свойственных своему младшему тезке. Для питания контуров управления можно использовать компьютерный блок питания, желательно форм-фактора AT.

Чего бы хотелось

Наибольшее желание любого огородника — получать максимальный урожай при минимальных затратах труда. Одним из вариантов решения этой проблемы становятся теплицы. Но и в таком случае хочется, чтобы в ней самостоятельно грядки поливались, освещались, и обогревались, когда нужно. Ну и конечно, была организована автоматическая система вентиляции, для минимизации усилий по открыванию и закрыванию форточек.

Мониторинг и настройка

Конечно, в первую очередь, требуется система управления всем этим высокоинтеллектуальным хозяйством. Кроме того, желательно получение информации о текущем состоянии напрямую или на домашний компьютер, или на смартфон. С этой целью будет использоваться контроллер для теплицы на Arduino.

Управление

В соответствии с желаниями, необходимо организовать автоматическое управление отоплением пола (как основы подогрева посадок), открытия форточек, увлажнением почвы. Хороша будет система контроля освещения, которая зажигает его, если на улице темно.

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

Суть теплиц с автоматикой

Для оптимального развития и выращивания овощных культур необходимо внутри помещения создавать свой микроклимат, контролировать температуру и влажность воздуха. Чрезмерное повышение температуры может погубить растения, а при слишком холодном воздухе они будут плохо расти и развиваться.

Следить за всем этим и создавать необходимый режим для растений очень сложно, даже если владелец участка постоянно живет на даче. На помощь приходит автоматическая система ухода за растениями, которая выполнит за вас все заботы по выращиванию овощей. Система вовремя польет грядки, сделает вентиляцию и установит нужную заданную температуру, и даже выполнит подкормку растений.

Выгоды использования умных теплиц

Многие дачники хотят выращивать овощи в теплице, но не могут постоянно находиться на даче, появляются там раз в несколько дней. Решается это проблема просто: надо на участке установить умную теплицу. Умная теплица с установленной автоматикой для теплиц полностью освободит пользователя от необходимости заниматься текущими работами.
Рис. 7 Умная теплица

Для небольших теплиц нет необходимости полностью автоматизировать все процессы. Это будет дорого, да и не рентабельно. Для автоматизации достаточно тех простых систем контроля и исполнения, которые вы можете установить самостоятельно. Зато как приятно, когда на столе у вас будут присутствовать свежие, экологически чистые овощи, выращенные своими руками.

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).

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 2021 году достигнет $1,26 млрд, а в 2023 году $2,28 млрд. Среднегодовые темпы роста рынка в период с 2021 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 2021 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.

Общие сведения об управляющих системах

Интеллектуальность современного оборудования обеспечивается микроконтроллерами. Это небольшие и ограниченные по ресурсам полноформатные компьютеры, зачастую размещенные на одной плате или микросхеме. Несмотря на свои маленькие размеры их мощности вполне достаточно для того, чтобы управлять различным оборудованием. Информацию, необходимую для выполнения своих функций, такие микрокомпьютеры получают посредством различных специализированных датчиков. Общее нахождение устройств в единой сети обеспечивается посредством дополнительных присоединяемых к микроконтроллеру модулей.

Выполняя свою программу, интеллектуальные устройства, выдают управляющие импульсы на исполняющие цепи включающие двигатели, насосы, нагреватели или любые другие устройства для управления которыми и создается вся система.

Основой многих из подобных комплексов составляют контроллеры серии Arduino, STM, Ti MSP430, Netduino, Teensy, Particle Photon, ESP8266 или иных распространенных плат такого типа в мире. Кроме того, некоторые специалисты создают свои варианты микро — компьютеров, управляющих оборудованием — на основе устаревших ПК или каких-либо 8 разрядных процессоров, к примеру, Z80.