Делаем сами умную и автоматизированную теплицу: проекты и что внедрить

Искусственная среда выращивания способствует круглогодичному сбору урожая. При создании микроклимата в частном порядке используются готовые проекты умных теплиц и домов. Ведущей системой автоматизации теплиц является Arduino, которая позволяет роботизировать домашнее хозяйство даже людям, не знакомым с электроникой.

Необходимость автоматизации теплицы

Жизнь растений напрямую связана с температурой, влажностью, светом и другими факторами. Малейшие отклонения в окружающей среде негативно сказываются на скорости роста и урожайности. Поддержание строгих условий в теплице – трудоемкий и длительный процесс, требующий постоянного контроля. Умная теплица своими руками сводит к минимуму участие человека, высвобождает время и позволяет контролировать рост овощных и плодовых культур на расстоянии.

Решаемые задачи

Автоматизация создания и поддержания необходимых условий внешней среды включает управление

• контроль температуры;
• орошение и полив;
• освещение;
• наземное отопление;
• подача CO₂.

Особая роль отводится мониторингу процесса, автономности и быстрому реагированию на малейшие отклонения.

Возможности и оборудование

Датчики и приводы используются для считывания и изменения условий окружающей среды. Ключевую роль играет контроллер, соединенный с системой дистанционного управления. Каждое устройство в робототехнической системе выполняет определенную функцию. Оборудование умной теплицы состоит из следующих систем:

• поддержание оптимального температурного режима. Приводы используются для снижения температуры. Эти устройства регулируют воздухообмен между помещением и внешней средой. Шаговый двигатель, пневматическое или гидравлическое устройство приводит заслонку в необходимое положение, получая сигнал извне. Датчики температуры и ветра выдают соответствующие сигналы;
• Подогрев почвы. Оптимальная температура в теплице достигается с помощью терморегуляторов, ТЭНов, электрокабелей или других нагревательных приборов, интенсивность которых зависит от команд датчиков температуры;
• освещение. Система состоит из лампочки и датчика освещенности, основной частью которого является фоторезистор. Сигнал управления формируется за счет изменения сопротивления в зависимости от силы светового потока. Помимо светильников, для управления освещением можно использовать автоматические жалюзи;
• Регулировка уровня CO₂. Датчик подключен к вентиляторам, которые выпускают кислород из растений. Подкормка растений углекислым газом повышает урожайность на 30%;
• полив. Автоматический полив обеспечивается датчиками влажности (гигрометрами). Из экономических соображений система оснащена датчиками расхода воды. Самыми простыми устройствами являются таймеры, которые включают и выключают полив через заданные промежутки времени.

Потребление воды является важным фактором, который напрямую связан с размером теплицы и характеристиками выращиваемых культур. При оптимально спланированных интервалах полива датчики влажности действуют как сигнализаторы.

Преимущества перед обычной

В таблице 1 показаны преимущества и недостатки обычных и умных теплиц.

Неудобство автономности умной теплицы решается с помощью аккумуляторов, генераторов и резервуаров для воды.

Проекты и схемы умных теплиц

Среди любителей домашней и садовой робототехники наиболее уважаемой является интеллектуальная теплица на ардуино. Основным компонентом платы драйвера является процессор с микросхемой памяти. Системы, используемые в умных теплицах, различаются по марке процессора и функциональности.

Одна из самых простых конструкций автоматической компоновки теплицы на Arduino Uno (mini) показана на рисунке 1.

Освещение судят по фоторезистору. Температурный режим определяется датчиком TMP36. Интенсивность полива регулируется на основании данных модуля влажности и датчика DHT11.

Усовершенствованная версия климат-контроля в теплице основана на плате Arduino Mega. Схематический проект интеллектуального «огорода» показан на рисунке 2.

Сердцем аппаратной платформы является микроконтроллер ATmega1280. Восемь выходов используются для считывания/передачи цифровой информации. Имеется 10 портов для обработки аналоговых данных.

Другой вариант теплицы Арудино показан на рисунке 3.

GyverControl также можно использовать в качестве универсального таймера для интеллектуальной теплицы (рис. 3).

Интеллектуальное устройство оснащено семью логическими выходами 5 В. Имеется три отдельных канала для управления сервоприводами и линейными приводами.

Вышеупомянутые системы не являются окончательным решением для роботизации теплиц. Появление новых, более совершенных контроллеров расширяет возможности автоматизации и делает ее более эффективной.

Возможности удаленного контроля и регулирования

Помимо локального управления, умная теплица Arduino предоставляет возможность дистанционного управления и обмена данными с помощью пульта дистанционного управления, мобильных гаджетов и персональных компьютеров. В качестве интерфейса можно использовать USB, Bluetooth, Wi-Fi, GSM и Интернет. Модули и приложения опосредуют этот процесс:

• удаленныйXY;
• Блинк;
• Виртуино;
• загрузчик Bluino;
• Bluetooth-управление Arduino и т. д.

Особого внимания заслуживает система BT Voice Control for Arduino, позволяющая управлять устройствами теплицы с помощью голосовых команд. После синхронизации с Алисой это приложение предлагает множество удобств.

Основные критерии выбора систем для автоматизации теплиц

Выбор оборудования для автоматизации теплиц хоть и кажется простым, но сложен даже для специалистов. Идеальным условием является выбор систем автоматизации от одного производителя. Поскольку это сложный критерий, прежде чем автоматизировать теплицу, вам необходимо:

• Определить его площадь и назначение (культуры, которые будут возделываться);
• рассчитать количество датчиков и исполнительных механизмов;
• Выберите контроллер или используйте конструктор в зависимости от предыдущего пункта;
• принять решение о контроле и мониторинге.

С развитием науки и технического прогресса готовые проекты умных теплиц быстро устаревают. Поэтому при выборе автоматики для искусственного выращивания овощей и фруктов следует ориентироваться на новейшие технологии и оборудование.

Приборы для автоматизации теплиц за 2020 год

Для автоматизации теплицы необходимо соответствующее оборудование, примерами которого в 2020 году являются:

• Интеллектуальный контроллер теплицы серии ITeplica — небольшой контроллер. Обеспечивает комплексный климат-контроль в помещениях с ограниченным пространством. Обеспечивает поддержание температуры, вентиляцию, питание и полив растений. Позволяет управлять вспомогательными механизмами. Предназначен для длительного хранения данных о любых изменениях окружающей среды. Оснащен передовой системой визуализации SCADA. Дополняется датчиками влажности, датчиками освещенности и программным обеспечением. Цена от 17 тысяч рублей.

• SMART STANDARD VENT SMART GREENHOUSE — это комплект автоматизации теплицы. Обладает богатым функционалом, охватывающим практически все сегменты поддержания заданного микроклимата. Он использует гаджеты, связанные с Интернетом, для контроля и обмена данными. Цена стартует от 47,9 тысячи. рублей.

• «Cleverness lite» — бюджетный вариант умной теплицы. Дополнительно блок управления оснащен картой памяти micro SD, USB-адаптером, датчиками температуры, влажности, освещенности, уровня воды и т. д. Цена от 9,9 тыс. руб.

• Умная теплица на базе контроллера Terraform. Обеспечивает контроль пяти параметров микроклимата. Оснащен датчиками температуры, влажности, освещенности и температуры почвы. Позволяет подключать датчики CO₂ и pH.

Пошаговая инструкция создания умной теплицы

Практически любую теплицу, отвечающую стандартам выращивания овощей, фруктов и цветов в искусственных условиях, можно оснастить интеллектом. Все, что вам нужно сделать, это:

1. Приобретите готовый комплект автоматики или подберите устройства, подходящие для создания необходимого микроклимата и размеров помещения.
2. Оптимальное расположение датчиков и исполнительных механизмов.
3. Подключите все компоненты к контроллеру.
4. Установите необходимое программное обеспечение.
5. Включить дистанционное управление.
6. Обеспечить автономное электроснабжение.

Одним из возможностей создания интеллектуального теплицы представлен на фильме: