Проекты автоматизации теплицы на андуина. Умная теплица своими руками – схема автоматики парника на микроконтроллере

В статье описана аппаратная реализация системы управления микроклиматом в теплице. Данная система является частью реального приусадебного хозяйства. С её помощью процесс выращивания растений стал частично автоматизированным, не требующим постоянного присутствия человека.

Конкретный экземпляр данной системы отрабатывается на каркасностеклянной теплице, длиной 6 метров, шириной 3 метра, высотой 2 метра. В теплице имеется одна дверь и 2 форточки, проведены электричество и водопровод. Нагрев воды происходит в емкости объемом 70 литров. Давление в емкости составляет порядка двух атмосфер. В теплице выращивается около 35 растений.

Система имеет следующий вид:

Рисунок 1. Схема системы управления микроклиматом в теплице

Центральное место в системе занимает плата Arduino Mega (на рис. 1 -1):

Рисунок 2. Arduino Mega

Arduino является полностью открытой платформой, состоящей из платы и среды разработки, в которой реализована переработанная версия языка Processing/Wiring.

Используемая аппаратная платформа построена на микроконтроллере ATmega1280.

В данной системе задействованы 8 цифровых входов/выходов (всего на платформе их 54) и 10 аналоговых (всего их 16). Плата получает питание от внешнего блока питания.

Плата имеет следующие характеристики:

рабочее напряжение: 5В;
рекомендуемое входное напряжение: 7-12 В;
предельное входное напряжение: 6-20 В;
54 цифровых портов ввода/вывода;
16 аналоговых входов;
ток потребления на одном выводе: до 40 мА;
ток потребления вывода 3.3В: 50 мА;
память Flash Memory: 128 KB, из которых 4KB используются загрузчиком;
ОЗУ: 8 KB;
энергонезависимая память: 4 KB;
тактовая частота: 16 МГц;
размер: 75x54x15 мм;
вес: 45 г;

К Arduino Mega подключены необходимые датчики и модули.

Включение/выключение полива зависит от ряда параметров:

влажность почвы;
температура воды;
время суток.

В данной системе задействовано 4 датчика влажности почвы (на рис. 1 — 2).

Для измерения влажности почвы используется самодельный датчик, представляющий собой два гвоздя и резистор. Принцип действия основан на зависимости электрического сопротивления почвы от ее влажности.

Гвозди, введенные в почву на некотором расстоянии друг от друга, выступают в качестве щупов, между которыми проверяется сопротивление. По итоговому аналоговому сигналу можно судить о степени влажности.

Схема датчика представлена на рисунке:

Для измерения температуры воды используется LM335Z -аналоговый термодатчик (термостабилитрон, на рисунке 1 — 3):

Рисунок 4. Аналоговый термодатчик LM335Z

Используемый датчик имеет следующие характеристики:

диапазон: -40…+100;
точность: 1°С;
зависимость: 10мВ/оС.

Для подключения датчика к плате требуется резистор, сопротивлением 2.2 кОм. Задавая ток через датчик в диапазоне от 0.45 мА до 5 мА (резистором R1), получаем напряжение на датчике, которое в десятках мВ представляет абсолютную температуру в градусах Кельвина.

Схема подключения имеет следующий вид:

Для того, чтобы полив включался только в темное время суток, используются 2 датчика света Light Sensor-BH1750 (на рис. 1 — 4):

Данный датчик служит для измерения освещённости в пределах от 1 до 65535 люкс.

Он имеет следующие характеристики:

Напряжение питания: 3-5В;

Разрешение: 16 бит;

Габариты: 19х14х3 мм;

Погрешность: ± 20%.

Подключение датчика производится следующим образом:

Рисунок 7. Подключение датчика света Light Sensor-BH1750

Когда полученные с датчиков показания удовлетворяют определенным условиям (она различаются для каждого вида растений), включается полив. Для регулирования полива используется электромагнитный клапан. Он подключается к плате с помощью реле (на рис. 1 — 5). А именно используется релейный модуль для Arduino проектов Relay Module 2 DFR0017. Он использует высококачественное реле Omron G5LA. Состояние выхода реле отображается с помощью светодиода. Этот модуль управляется с помощью цифрового порта ввода-вывода. Время переключения контакта составляет 10 мс. Как и датчики для измерения температуры и влажности почвы, релейный модуль подключается в управляющей электронике через три провода:

Рисунок 9. DHT11 Temperature Humidity Sensor

Помимо полива данная система контролирует и температуру воздуха в теплице.

Для одновременного измерения температуры и влажности воздуха используется датчик DHT11 Temperature Humidity Sensor (нарис. 1 — 6).

Он подключаются к управляющей электронике через три провода: питание (Vсс), земля GND) и сигнальный.

На плате кроме датчика расположен микроконтроллер, в памяти которого записаны калибровочные поправки для датчиков. Сигнал с устройства передается по шине в цифровом виде. Это позволяет передавать данные на расстояние до 20 м.

Данный датчик имеет следующие характеристики:

напряжение питания: 5 В;
диапазон температур: 0-50 ° С, погрешность ±2 ° С;
влажность: 20-90%, погрешность ±5%.

Для регулировки температуры воздуха в теплице используется два режима: пассивное и активное проветривания. Пассивное проветривание представляет собой открытие/закрытие форточек, а активное -включение/выключение вентилятора.

Открытие форточек производится с помощью двух (по одному на форточку) сервоприводов Futaba Т306 MG995 (на рисунке 1 — 7):

Рисунок 10. Сервопривод Futaba Т306 MG995

Используемые сервопривод имеет следующие характеристики:

скорость работы: 0.17 с / 60 градусов (4,8 В без нагрузки);
момент: 13 кг-см при 4,8 В;
момент: 15 кг-см при 6 В;
рабочее напряжение: 4,8 — 7.2 В;
длина провода: 300 мм;
размеры: 40мм х 19мм х 43 мм;
вес: 55 г.

Полученные с датчиков данные записываются на карту памяти SD (на рисунке 1 - 8). В дальнейшем они обрабатываются, анализируются и на их основе строятся графики различных показаний. Для этого используется модуль SD-карт DFRobot:

Рисунок 11. Модуль SD-карт

Подключение вентилятора производится таким же способом, как и подключение клапана (через релейный модуль).

Идея сделать автоматическую теплицу у меня появилась давно. Дошло дело до реализации и я начал изучать тепличное хозяйство и устройство автоматики для теплиц. Оказывается интеллектуальная теплица - это не так просто, очень много тонкостей, которые придется учитывать. Начну наверное с главного - как происходит рост и созревание разных культур и какие параметры окружающей среды надо в эти периоды поддерживать.

Температура воздуха

Если в теплице будет расти помидоры и огурцы, то параметры окружающей среды для этих культур схожи. Помидоры хорошо себя чувствуют при температуре воздуха от +18 до +25°С днем и не ниже +16°С ночью. Температура почвы от +10°С и выше. Для цветения и плодоношения температуру можно немного увеличить, чтобы плоды созревали быстрее и были больше.
В ночное время вещества из листьев уходят к плодам. Если температуру увеличить то плод будет активнее наливаться. Если температура в нижних пределах, то это способствует росту побегов и корней - для продолжительного плодоношения.

Для поддержания нужной температуры в теплице надо учесть сезонные колебания температуры в той местности, где находится теплица. Если это южная часть России, то можно сосредоточится на автоматическом понижении температуры, а если северная часть России то придется позаботится еще и о нагревателях.

Итак начну о способах понижения температуры в теплице. Самое простой способ понизить температуру в теплице это создать проветривание. Для проветривания используются "актуаторы", которые открывают форточки при повышении температуры.

Существуют автономные "масляные проветриватели" - суть их работы простая, при повышении температуры воздуха гидравлическое масло расширяется и толкает шток, тем самым форточка открывается. При понижении температуры закрывается без какой либо автоматики. Но есть и проблемы с ними, первая проблема - если температура воздуха повышена и внезапно пролетает циклон с повышением ветра, форточка может просто не успеть закрыться и ее может оторвать сильными потоками ветра. Ну и вторая проблема - это протекание цилиндров, но это можно вовремя заметить.

Актуаторы для теплиц

Я все же решил сделать проветривание более интеллектуальным. В магазинах продаются линейные актуаторы, которыми можно открывать и закрыть форточки по заданным условиям. Т.к. автоматика всегда работает, то проветриваени можно подключить к общей системе, т.к. актуатор стоит не дороже гидроцилиндра а возможностей намного больше. В сочетании с датчиком ветра , датчик атмосферного давления и датчик температуры можно расширить возможности своей теплицы. К примеру датчик атмосферного давления может следить за перепадами давления, ведь давно уже известно при быстром падении атмосферного давления с больше вероятность может пройти сильный ветер, а уже датчик скорости ветра точно покажет что надо бы закрыть все форточки.

Влажность воздуха

Это такой же важный параметр в теплице как и температура, она не должна опускаться ниже 60%. Для разных культур этот параметр может отличаться от 60% до 90%. И мало того, параметр влажности воздуха меняется в зависимости от стадии роста, цветения и плодоношения. Поетому в автоматике для теплиц должна быть предусмотрена возможность менять условия или выбирать уже заложенные программы для разных культур и стадий роста.

Способы увлажнения теплиц

Для увлажнения воздуха в теплице используют увлажнители и датчики влажности , это могут быть ультразвуковые увлажнители или распылители высокого давления. Для ультразвуковых увлажнителей надо использовать фильтры обратного осмоса, т.к. пьезоэлемент быстро придет в негодность от солней и других налетов. Но и форсунки распылителя высокого давления так же засоряются, поетому нужен фильтр тонкой очистки.
Для ультразвукового увлажнения стоит учесть один факт, при ультразвуковом увлажнении температура пара почти 40 градусов, т.е. при увлажнении немного поднимется общая температура в теплице. Но ультразвуковые увлажнители это эконом вариант, лучше конечно использовать насос высокого давления и сппециальные распыляющие форсунки.

Влажность почвы и полив

Еще важный параметр для теплиц - влажность почвы. В разные стадии роста и созревания этот параметр меняется. Самая большая потребность растений во влаге в рассадный период - до 90-95%, а также в фазу плодообразования и плодоношения.

Системы автополива

Автополив в теплице устроен по разному, но в итоге все приходят к дозирующему поливу. Датчики влажности почвы можно использовать но с тащтельной доработкой. Китайские датчики влажности из печатных плат могут показывать точные данные не больше месяца, после чего металлическая поверхность контактов расзрушается и окисляется. Если использовать этот датчик, то в конце концов придет момент, когда вы зайдете в теплицу а у вас там бассейн, все залито а ваши растения вероятно всего погибнут. Поетому датчики влажности можно использовать совместно с датчиком потока воды (счетчиком воды). Надо замерить количество потребляемой воды в сутки и задать этот параметр. Датчик влажности почвы можно использовать но с доработкой, контакты должны быть из такого материала, который проводит электрический ток и как можно меньше окисляется. Это может быть медь, но и она окисляется ос временем, но это уже хорошо, т.к. можно раз в год чистить контакты и опять использовать. Но лучше попробовать графитовые стержни, графит проводит электрический ток и не окисляется. Я пока не пробовал, но вот хоче сделать для теста такой датчик. Вообщем за основу надо взять показатели счетчика воды, а датчиком влажности можно отключать полив, если он покажет максимальные значения. Например в дождливую погоду, расход воды уменьшается в разы, и установленного количества воды для датчика потока можнт быть черезчур много. Так что контроль для полива лучше сделать комбинированным.

Полив включается с помощью реле по сигналу от датчика или по времени. Емкость для полива должна находиться на высоте и полив лучше делать "самотеком" просто открывая или закрывая электроклапан. Таким образом можно сделать более автономную систему, т.к. для питания контроллера и клапанов хватит обычного аккумулятор и солнечной батареи. Такой принцип работы полива будет уместен в местах, где часто отключают электричество на длительное время.

Температура почвы

Температура почвы - так же важно регулировать, т.к. поддержание температуры почвы в определенных пределах поможет расширить возможности вашей теплице. Например, таким способом можно увеличить время использования теплицы от ранней весны до поздней осени, и вырастить некоторые экзотические растения. Регулировка температуры в автоматической теплице можнро сделать с помощью нагревательных тенов. В магазинах продается нагревательные провода, которые укладываются на дно грядок. Управление нагревом происходит через контроллер, который постоянно считывает данные с датчика температуры, который должен находится в грунте. Т.е. датчик температуры должен быть влагозащищенный. При понижении темперутары, контроллер подаст сигнал реле на включение питания для подогрева. Как только температура почвы достигнет заданных пределов, контроллер отключит питания от нагревателя. Чтобы нагревательный элемент не вышел из строя от частого включения и отключения, лучше использовать специальные диммеры, которые будут постепенно подавать нагрузку на нагреватель.

Теплица на ардуино

Оборудование для теплицы

Контроллер Arduino Mega - цена на aliexpress 10 долларов
Блок реле на 8 каналов - цена на aliexpress 10 долларов
Датчики Температур DHT - цена на aliexpress 1 доллара
Датчики Температур DS1820 - цена на aliexpress 1 доллара
Модуль отображения данных LCD I2C - цена на aliexpress 3 доллара
Датчики влажности почвы - цена на aliexpress 1 доллар
Датчик освещенности - цена на aliexpress 1 доллар
Электро магнитные клапана для капельного полива - 150 рублей за штуку в автомагазине
Блок бесперебойного питания на 12воль без батареи - 700 рублей, с батареей 2000 рублей.
Электро привод замка дверей для авто (для форточки) - 250 рублей в автомагазине
Поплавковые датчики уровня воды - 200 рублей

Управление электронагрузками

Для управления электрооборудованием подойдёт плата Relay Shield, количество реле должно соответствовать количеству устройств + запас на будущее, всегда можно добавить. На картинке 4 канальная плата. Мы будем включать\выключать насос, электромагнитные краны. Если использовать сервопривода или электро привод замка дверей для авто, можно открывать\закрывать форточки.

Параметры окружающей среды

Параметры окружающей среды считываются в теплице с помощью датчиков температуры и влажности. Эти данные можно использовать для проветривания.

Управление освещением

Так же нужен фоторезистор, который будет включать освещение.

Автополив

Датчик влажности нужен для своевременного полива, если земля будет подсыхать. Но автополив должен регулироваться несколькими датчиками, т.к. грядки обычно длинные, и датчик не сможет показать точные данные для всей площади.

Таймер

Для дополнительных схем автоматики, следует обзавестись платой часов для ардуины. Для полива, стоит использовать таймер совместно с датчиком влажности воздуха. По таймеру можно много что сделать, а если еще использовать календарь, то можно увеличивать или уменьшать интервал освещенности в зависимости от требований у растений разных культур

Доступ к теплице через интернет

Если не хотите ограничивать себя только офлайн версией автоматической теплицы, можно купить за 10 баксов на том же алиекспресс специальный сетевой шилд, чтобы можно было управлять теплицей через интернет. Так же мы можем использовать сеть для подключения видеокамер. Можно следить за нашими растениями через интернет.

Аварийное оповещение по SMS

Не хочу забегать вперед, вот мысль в голову пришла. Например, если в бак не закачивается вода, засорился насос, или форточка заклинила и температура в помещении поднимается выше 80 градусов, это все может привести к гибели растений. Если мы живем на даче, то можно раз в день заглянуть в теплицу, чтобы посмотреть все ли в порядке с растениями. Но что делать если мы в другом городе? Я считаю надо делать алгоритм безопаности для проверки пограничных параметров теплицы. Если один из параметров приближается к критической отметке, можно отправить SMS с помощью GSM шилда для ардуионо, стоит около 50 баксов на алиекспресс. Мы всегда будем в курсе, если нашим растениями некомфортно, и можем позвонить соседу, чтобы он проверил все ли в порядке с теплицей.

Проветривание

Поддерживать оптимальную температуру можно несколькими способами. Для теплиц, оптимальная температура +22 градуса, максимальная +30 градусов и минимальная +16 градусов. Для начала мы будем использоваться масляный термопривод, цену не знаю, т.к. специализированный стоит от 1500 рублей, но можно сделать самому из старого амортизатора автомобильного и дополнительной емкости для лучшего расширения. Вообщем идея такая, при повышении температуры в теплице, масло в цилиндре термопривода расширяется и толкает поршень, который связан с форточкой, тем самым открывает. И наоборот, как температура падает, термопривод закрывает форточку. Если все правильно рассчитать, то электронные устройства для поддержания температуры не нужны, но мы будем делать полностью автоматизированную теплицу, на случай сильной жары. И добавим еще вентиляторы, которые будут включаться, если не будет хватать масляных термоприводов.

Полив

Мы уже много начитались про выращивания растений в теплице, поетому полив делаем тоже динамический, а может быть и подстраивающийся под определенные растения. Основные данные для полива мы получаем с датчиков влажности, но бывает что надо специально сделать особенный полив по таймеру в момент созревания или роста. Для этого мы напишем сценарий под определенный тип растений, но в основной будем использовать датчик влажности. Для полива используется большая бочка, лучше темного цвета, чтобы вода нагревалась в ней, холодной водой поливать нельзя. Бочка ставится на высоту, чтобы было небольшое давление. К бочке подключается клапан, который пускает воду в систему капельниц. Для полного контроля, можно разделить на секции с клапанами, чтобы не переливались или недоливались в разноудаленных местах, а на каждую секцию использовать свой датчик влажности. В бак надо врезать два датчика уровня воды (минимум и максимум). По этим датчикам насос будет наполнять бочку, если там мало воды и выключать, если воды в бочке полно.

Оживляем все это с помощью программы

Как мы придумаем точную схему автоматики, можно приступать к программированию скетчей. Написание программы основано на языке программирования C++. В интернете можно найти много примеров, которые надо будет просто подстроить под свои задачи и поменять цифры. Первое время надо будет подгонять параметры и почти вручную все настроить, и отлаживать в процессе, поэтому придется постоянно мониторить и подстраивать. Это обычно занимает пару дней, один для настройки второй для проверки, но лучше бы первое время постоянно быть в курсе, что происходит в теплице, а то может датчик не там стоит, и плохо реагировать на изменения. Но зато потом, когда все будет отлажено, можно будет не беспокоится за микроклимат в теплице, и просто собирать свежие овощи и ягоды с грядок. Программирование на ардуино не сложное, в интернете много примеров. Это занятие можно назвать конструктором для взрослых, весело и полезно. Единственное, что хотел бы всем этим сказать, ардуино может решить все, но для использования в промышленных масштабах или для высокой надежности, под вопросом. Для надежности, лучше использовать готовые устройства, хотя у меня ардуино работает уже несколько лет без проблем.

Теплицы предназначены для обеспечения оптимального микроклимата для роста и развития растений. Это могут быть и большие промышленные сооружения и небольшое место на подоконнике для выращивания любимого цветка. Но даже за самой крохотной теплицей на подоконнике нужен уход: осуществление полива, поддержание нужной температуры, уровня освещенности и т.п.

Многие с удовольствием занялись подобным хозяйством, вот только ни сил, ни времени для этого нет. И только мечта подсказывает: вот бы такую конструкцию, которая бы настолько умной, что делала бы все сама. Такая теплица окажется востребованной теми, кто не хочет тратить много времени на уход за растениями, а также может не иметь для этого возможности в случае длительного отсутствия — командировок, отпуска и т.п.
Мы и приступим к созданию подобной теплицы, назовем ее умной. А поможет нам создавать умную теплицу контроллер Arduino . Какие же функции будет выполнять умная теплица?
Во-первых, необходимо оперативно получать всю необходимую информацию об климатических параметрах нашей теплицы: температура и влажность воздуха, температура и увлажненность почвы, освещенность теплицы. Т.е. осуществлять мониторинг климатических параметров теплицы.

Какую проблему клиента решит функция мониторинга? Прежде всего — устранит беспокойство насчет того, все ли в порядке c растениями во время его отсутствия: есть ли вода в системе, не выключалось ли электричество, может ли системе вентиляции обеспечить нужную температуру, если в помещении стало слишком жарко и т.п.

Выводить данные мониторинга можно на дисплей, или с помощью светодиодов оповещать о критических значениях климатических параметров, или получать данные через интернет или на планшет.
Далее, необходимо реализовать возможность управления теплицей – осуществлять полив, обогрев, вентиляцию растений, регулировать освещенность растений. Управление можно с помощью автоматики, или удаленно (через интернет или через телефон (планшет)).

Следующий этап – функция автономности теплицы. При снижении уровня увлажненности почвы ниже определенного значения, необходимо включить полив, при снижении температуры в теплице необходимо включить обогрев, освещенность теплицы необходимо производить по определенному циклу.

Рисунок 1. Схематическое изображение умной теплицы

В наших уроках мы рассмотрим практическую реализацию проекта умной теплицы. Создадим проект умной теплицы –
«Домашний цветок». И начнем с реализации функции мониторинга параметров теплицы. Для мониторинга нам необходимо получать следующие данные о окружаещей среде нашего цветка:

температура воздуха;
влажность воздуха;
увлажненность почвы;
освещенность цветка.

Для реализации функции мониторинга нам понадобятся следующие детали:

Arduino Uno;
Кабель USB;
Плата прототипирования;
Провода «папа-папа» – 15 шт;
Фоторезистор – 1 шт;
Резистор 10 кОм – 1 шт;
Датчик температуры TMP36 – 1 шт;
Модуль температуры и влажности воздуха DHT11 – 1 шт
Модуль влажности почвы – 1 шт.

Позиции 1-6 имеются в наборах серии «Дерзай» («Базовый», « » и «Умный дом»), датчик температуры TMP36 имеется в наборах «Базовый» и «Изучаем Arduino». Ссылки на позиции 8 и 9 будут даны в конце статьи.
Сначала познакомимся с датчиками, которые будем использовать для функции мониторинга параметров нашего проекта.
C помощью фоторезистора (рисунок 2) осуществляют измерение освещенности. Дело в том, что в темноте сопротивление фоторезистора весьма велико, но когда на него попадает свет, это сопротивление падает пропорционально освещенности.

Рисунок 2. Фоторезистор

Аналоговый датчик температуры TMP36 (рисунок 2) позволяет легко преобразовать выходной уровень напряжения в показания температуры в градусах Цельсия. Каждые 10 мВ соответствуют 1 0С, Вы можете написать формулу для преобразования выходного напряжения в температуру.

0C = [ (Vout в мВ) - 500] / 10

Смещение -500 для работы с температурами ниже 0 0C.

Рисунок 3. Аналоговый датчик температуры TMP36

Датчик DHT11 состоят из емкостного датчика влажности и термистора. Кроме того датчик содержит в себе простенький АЦП для преобразования аналоговых значений влажности и температуры. Будем использовать датчик в варианте модуля для Arduino (рисунок 4).

Рисунок 4. Модуль DHT11

Модуль влажности почвы (рисунок 5) предназначен для определения влажности земли, в которую он погружен. Он позволяет узнать о недостаточном или избыточном поливе ваших домашних или садовых растений. Модуль состоит из двух частей: контактного щупа YL-28 и датчика YL-38, щуп YL-28 соединен с датчиком YL-38 по двум проводам. Между двумя электродами щупа YL-28 создаётся небольшое напряжение. Если почва сухая, сопротивление велико и ток будет меньше. Если земля влажная - сопротивление меньше, ток - чуть больше. По итоговому аналоговому сигналу можно судить о степени влажности.

Рисунок 5. Модуль влажности почвы

Теперь соберем на макетной плате схему, представленную на рисунке 6.

Рисунок 6. Схема соединения для мониторинга параметров для «Домашний цветок «.

Приступим к написанию скетча. Фоторезистор, датчик температуры TMP36 и модуль влажности почвы – обычные аналоговые датчики. Для датчика TMP36 мы можем преобразовать аналоговые значения в показания температуры в градусах Цельсия. Для работы с модулем DHT11 будем использовать Arduino библиотеку DHT (Скачать). Данные будем измерять с интервалом 5 секунд и значения выводить пока в последовательный порт Arduino.
Создадим в Arduino IDE новый скетч, занесем в него код из листинга 1 и загрузим скетч на на плату Arduino. Напоминаем, что в настройках Arduino IDE необходимо выбрать тип платы (Arduino UNO) и порт подключения платы.

Листинг 1.

// подключение библиотеки DHT #include "DHT.h" // тип датчика DHT #define DHTTYPE DHT11 // контакт подключения входа данных модуля DHT11 int pinDHT11=9; // контакт подключения аналогового выхода модуля влажности почвы int pinSoilMoisture=A0; // контакт подключения аналогового выхода датчика температуры TMP36 int pinTMP36=A1; // контакт подключения аналогового выхода фоторезистора int pinPhotoresistor=A2; // создание экземпляра объекта DHT DHT dht(pinDHT11, DHTTYPE); void setup() { // запуск последовательного порта Serial.begin(9600); dht.begin(); } void loop() { // получение данных с DHT11 float h = dht.readHumidity(); if (isnan(h)) { Serial.println("Failed to read from DHT"); } else { Serial.print("HumidityDHT11= "); Serial.print(h);Serial.println(" %"); } // получение значения с аналогового вывода модуля влажности почвы int val0=analogRead(pinSoilMoisture); Serial.print("SoilMoisture= "); Serial.println(val0); // получение значения с аналогового вывода датчика температуры TMP36 int val1=analogRead(pinTMP36); // перевод в мВ int mV=val1*1000/1024; // перевод в градусы цельсия int t=(mV-500)/10; Serial.print("TempTMP36= "); Serial.print(h);Serial.println(" C"); // получение значения с аналогового вывода фоторезистора int val2=analogRead(pinPhotoresistor); Serial.print("Light= "); Serial.println(val2); // пауза 5 секунд Serial.println(); delay(5000); }

После загрузки скетча на плату, открываем монитор последовательного порта и наблюдаем вывод значений с показаниями наших датчиков (рисунок 7).

Рисунок 7. Вывод значений с показаниями наших датчиков в монитор последовательного порта Arduino.

А вот и наш выращиваемый цветок (рисунок 8).

Рисунок 8. Проект «Домашний цветок»

Смотреть показания датчиков через последовательный порт не совсем удобно, в следующем уроке рассмотрим более

Принципиальная схема и пример установки в

теплице терморегулятора на микроконтроллере ATmega8.

Один из способов обогрева теплиц - это использование электроэнергии. При хорошей и умной автоматике можно обеспечить высокий коэффициент полезного действия системы обогрева, а также простоту обслуживания и автоматизацию в поддержании заданной температуры. Эффективность теплицы можно заметно повысить, если сделать подогрев почвы и поддержание температуры воздуха. При разработке данного устройства был применен самодельный электрокотел 5 кв. Два ТЭНа 2+3 кв. Можно в работе использовать по одному ТЭНу, сейчас тепло на улице, так что и один ТЭН вполне справляется с поставленной задачей. Обогревает тепличку 11 на 5 метров, высота по центру - 3 м, двойная пленка, теплица углублена в землю на один метр. Блок управления отслеживает пять точек и управляет тремя контурами. Две - теплая грядка, температура помещения. В меню прибора можно установить для каждого контура свою температуру и гистерезис. Отдельно для каждого контура устанавливается дневная и ночная температуры.

Терморегулятор предусматривает также контроль температуры теплоносителя для аварийного отключения котла при перегреве, а также возможность подключения датчика температуры для наблюдения за дополнительным параметром (например, температура наружного воздуха). Время перехода с дневного режима на ночной и наоборот устанавливается в меню и является общим для всех контуров. Работа насоса управляется блоком автоматики. Если температура вышла на заданные параметры и котел отключился - насос ещё проработает установленное время и выключится. Насос применен один общий, на тёплые грядки и на помещение. Тёплые грядки и температура воздуха, управляются электроклапанами, на 12 вольт. Принципиальная схема терморегулятора:

Так выглядит фото спаянной платы со стороны дорожек:

1.Инструкция работы автоматики

Микроконтроллер терморегулятора работает с 5-ю датчиками DS18B20. Датчики подключены на одну шину. Возможно, надо будет уменьшить R1. МК различает датчики по их серийному номеру. При изготовлении первый раз придется методом тыка определить, какой датчик за что отвечает и установить их соответствующим образом.

Данные отображаются в формате целых чисел, десятые отбрасываются, незначащие нули гасятся. Диапазон температур от -9 до +99 градусов. При выходе температуры за пределы или при ошибке датчика на дисплее -- вместо показаний соответствующего датчика.

При первом подключении при успешной инициализации всех 5-и датчиков их серийные номера запишутся в EEPROM. Это позволит в дальнейшем корректно работать в случае, если некоторые датчики демонтированы или неисправны. В случае замены датчиков необходимо стереть EEPROM и включить устройство. Стереть EEPROM пока возможно только в программаторе. Потом может придумаю как это сделать через меню. МК будет работать без кварца 8 МГц. Должны быть соответствующим образом установлены FUSE. Индикатор на базе процессора HD44780.

2.Работа с терморегулятором

1.Кнопка «MENU» по кругу листает страницы меню.

2.В меню настроек (Установка) параметр, доступный для установки, мигает.

3.Установка кнопками PLUS/MINUS как обычно.

4.Часы на DS1307. Время выводится в формате чч:мм:сс. Формат отображения 24-х часовый. Доступ к часам через меню. На странице доступны установки времени – по очереди: секунды (кнопки PLUS/MINUS обнуляют значение секунд), минуты, часы. Выставляется время включения дневного режима – день и ночного – ночь. Для режимов формат вывода чч:мм. Настройки часов заносятся в память DS1307.

5.Переход от одного параметра к другому кнопками UP/DOWN. Кнопки работают по одиночному нажатию, независящему от длительности.

6.Через 10 секунд от последнего нажатия настройки запишутся в память. Дисплей перейдет в основной режим.

7.При нажатии на любую кнопку, а также при подаче питания включается подсветка. Подсветка отключится через 30 сек от последнего нажатия на кнопки.

3. Алгоритм управления котлом

1.При подаче питания на устройство контроллер опрашивает датчики, считывает информацию с часов реального времени. Контроллер сравнивает текущее время с заданными для дневного и ночного режимов и выбирает соответствующие настройки для работы терморегуляторов.

2.Примерно через 5 сек устройство активируется и начинает управлять котлом.

3.Если температура с датчиков Пол-1, Пол-2 или Офис становится ниже заданной, то включается в работу насос, нагреватель и подается напряжение на соответствующий исполнительный механизм подачи теплоносителя в данный контур. Когда температура повысится выше заданной на величину гистерезиса, то нагреватель отключается, насос остается в работе на время 30 сек для обеспечения охлаждения нагревательного элемента до безопасной температуры. Для обеспечения протока воды через контур котла подача теплоносителя остается открытой в данный контур на время работы насоса. Если работа котла необходима для другого контура, то теплоноситель перекрывается на уже ненужный контур сразу.

4. Аварийный режим

1.Если температура теплоносителя превысила заданную для параметра Котел, независимо от состояния датчиков включается насос, нагреватель отключается, а для обеспечения протока воды через котел открывается контур Офис.

2.При неисправности датчика какого-либо контура данный контур считается отключенным, если по нему работал нагреватель, то через 30 сек, насос и контур отключатся.

3.В случае неисправности датчика температуры теплоносителя при работающем котле, прибор переведет котел в режим, как указано в п. 4.1.

Многие приверженцы огородного хозяйства, занимаясь возделыванием различных культур, начинают с постройки обыкновенного парника. После высадки семян и начинаются различные хлопоты по обслуживанию и сохранению посевов. Если теплица небольшая, то и беспокойства особого она не доставит. Но как быть тем, у кого на участке построено массивное сооружение, требующее чуть ли не постоянного присмотра? Наш материал расскажет об особенностях «умных теплиц», которые позволяют существенно облегчить труд огородников.

Что это такое?

Многие выращивают тепличные овощи ради самого процесса, ведь приятно ощущать, что эти продукты практически созданы своими руками. Некоторые владельцы дачных участков с превеликим удовольствием взялись бы за подобное дело еще более серьезно, но вот только ни сил, ни времени для этого нет. Автоматизированная система, контролирующая полив, вентиляцию, подачу удобрений до сих пор является пределом мечтаний некоторых дачников. На самом деле все мечты уже успешно работают в реальной жизни.

Благодаря тому, что прогресс безостановочно развивается, «умная теплица» существует в реальности. Развитие строительного рынка и сопутствующих технологий привело к тому, что управлять всеми процессами сегодня может автомат.

Собственно, к чему теплице автоматизация? Достаточно взять за пример обыкновенный парник и рассмотреть, какие процессы там происходят. Учитывая то, что контроль над климатом там ведётся должным образом, но делается это, скорее, по возможности, хотя и ежедневно.

С появлением первых лучей солнца температура в теплице начинает резко возрастать. Это очень благоприятное время для растений. Вот только дело в том, что одновременно с этим растёт температурный перепад между почвой и воздухом. В связи с этим корни, оставаясь холодными, не могут в полной мере снабдить ростки влагой. Это явление не очень благотворно влияет на рост завязи.

С вентиляцией ещё хуже. Обычно проветривать теплицу владелец идет, когда температура внутри превышает показатель в 40°С. С открыванием дверей и форточек сквозняк вместе с тёплым воздухом уносит остатки влаги, образовывая, по сути, пустынный климат. Таким образом, создаётся идеальная среда для размножения вредителей и болезней.

К вечеру, когда температура восстановит свой баланс, растения придут в норму. Но если сравнить итоги урожая, то овощей из автоматизированной теплицы будет больше, и выглядеть они будут намного симпатичнее. Выходит, что основной задачей «умной» теплицы является обеспечение комфортного микроклимата для растений.

Особенности

Это произведение «огородного» искусства появилось достаточно давно и на протяжении многих лет пользуется заслуженной популярностью. Проводить всё время на дачном участке могут позволить себе лишь пенсионеры. Остальные категории людей в меру своей занятости могут посещать свои огороды только периодически.

Автоматическая теплица является уникальной конструкцией, предназначенной для максимального облегчения труда огородников. Причем сделать «умной» можно любую теплицу. Всё зависит от сообразительности садовода и применения современных технологий.

«Умная» теплица для обладания своим «разумным» званием обязательно должна соответствовать следующим характеристикам:

регулировка температуры внутри парника должна происходить автоматически при помощи датчика воздуха;
обязательное наличие капельной системы орошения;
грунт в теплице должен восстанавливаться без помощи человека.

Нет большой необходимости в том, чтобы автоматизированная оранжерея была сверху донизу напичкана новинками современных систем производства. Оснащение теплицы может быть произведено с минимальными затратами. Основным аспектом является согласованная функциональность всех установленных систем. Этим обеспечивается достижение максимальной эффективности.

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 основном на рынке представлены стеклянные теплицы на металлическом каркасе в виде домика, а также интересные арочные конструкции из поликарбоната. Лист из этого материала проще согнуть в виде арки, чем резать, кроме того, здесь важен фактор герметичности сооружения. Перед тем как сделать выбор, необходимо рассмотреть все недостатки и преимущества этих теплиц.

В форме арки

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.

Кроме традиционных форм, можно рассмотреть и другие типы теплиц. Всё зависит от удобства работы и требований, которые предъявляют сами растения. К примеру, огурцам требуется широкое пространство, а помидорам необходима высота.

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.

Лучшие варианты

В большинстве случаев дачники отдают предпочтение зарубежным образцам производства, полагая, что иностранные производители выпускают более качественную продукцию. На самом деле отечественные аналоги в качестве и функциональности ни в чем им не уступают.

«Умная» теплица по Курдюмову из поликарбоната предусматривает использование системы капельного орошения и автоматической вентиляции без применения электричества. Она оборудуется системой автоматического проветривания для обеспечения комфортного климата, способствующего росту посевов.

Принцип действия механизма достаточно прост:

на фрамугу устанавливается гидроцилиндр с жидкостью, который, по сути, можно назвать термодатчиком;
при нагревании воздуха в теплице жидкость расширяется, толкает поршень и происходит открытие окна;
когда температура падает, то происходит обратный процесс.

Поршень способен развить усилие до 100 кг, что даёт возможность двигать окно площадью до 2 кв. м. Срок службы такого устройства достигает нескольких лет, так что цену можно считать вполне приемлемой. Форточки обычно располагаются таким образом, чтобы не вызвать излишней парусности, иначе при сильных порывах ветра парник может быть разрушен.

Капельный полив – это способ подачи влаги , при котором вода небольшими порциями доставляется прямо к корневой системе растения. Для этого применяется несложный набор трубок, шлангов и распылителей. Благодаря этому, в почве всегда сохраняется необходимый уровень влажности. Кроме того, вода успевает прогреться до температуры окружающего воздуха, что хорошо влияет на рост саженцев.