Электротехнический интернет-журнал Electrik.info

"Электрик Инфо" - онлайн журнал про электричество. Теория и практика. Обучающие статьи, примеры, технические решения, схемы, обзоры интересных электротехнических новинок. Уроки, книги, видео. Профессиональное обучение и развитие. Сайт для электриков и домашних мастеров, а также для всех, кто интересуется электротехникой, электроникой и автоматикой.
 

 

  • Неисправности светодиодных лент и методы их ремонта
  • Что такое заземление и заземляющее устройство, как оно работает и для чего предназначено
  • Основные причины срабатывания дифавтомата в электрическом щите
  • Как подключить электрический духовой шкаф и варочную поверхность (электроплиту)
  • 10 лучших технологий аккумуляторов, зарядки и хранения энергии будущего
  • Что такое гальванометр и где его используют
  • Почему гудит трансформатор, источники вибрации и шума, что такое магнитострикция
  • Электрик  

    Электрик Инфо » Электрическая энергия в быту и на производстве » Устройства автоматики » Пример использования современных средств автоматизации в теплице, как сделать умную теплицу на ардуино
    Количество просмотров: 10812
    Комментарии к статье: 4


    Пример использования современных средств автоматизации в теплице, как сделать умную теплицу на ардуино

    Теплицы - это сооружения, предназначенные для выращивания натуральных овощей в более короткий промежуток времени, чем в открытом грунте. Использование теплиц распространено как у частных владельцев, так и в сельском хозяйстве в целом.

    Раньше автоматизация работы теплицы была дорогостоящей, а порой и не окупаемой процедурой, но на данный момент решение этой проблемы не столь дорого и вполне окупается, а в дальнейшем, к тому же, приносит еще большую выгоду.

    Теплица

    Многие факторы, нужные для эффективного выращивания овощных культур, требуют применения современной автоматики, например:

    1) Автоматическое поддержание оптимальной температуры воздуха;

    2) Автоматический полив;

    3) Автоматическое включение освещения;

    4) Автоматический подогрев почвы.

    Теплицы претерпели значительные изменения за последние десять лет, особенно с внедрением автоматизации. Современные теплицы способны управлять и оптимизировать факторы окружающей среды, влияющие на урожай, такие как орошение, влажность, температура, вентиляция, воздействие света и другие, обеспечивая оптимальные условия выращивания и эффективное использование энергии.

    Интеллектуальные теплицы от полуавтоматических до полностью автоматизированных - отличный выбор для производителей, которые хотят свободно приходить и уходить, когда им заблагорассудится, и заботиться о своих культурах. В умной теплице можно  контролировать микроклимат и соответствующим образом корректировать ключевые факторы, влияющие на урожайность.

    Автоматическое поддержание оптимальной температуры воздуха

    При выращивании помидоров и огурцов, как наиболее распространённых культур выращиваемых в теплицах желательно чтобы температура воздуха была от +18 до +25 °С днем и не ниже +16 °С ночью. Температура почвы от +10 °С и выше.

    Понижение температуры осуществляется с помощью актуаторов, которые открывают форточки теплицы для проветривания при повышении температуры воздуха. Для этих целей можно также использовать шаговые двигатели, по сигналу открывающие форточки на нужный угол. 

    Актуатор

    Актуатор

    Актуаторы желательно использовать не только с датчиком температуры, но и с датчиком ветра, чтобы не навредить растениям. В роли датчика температуры воздуха можно использовать простой и не дорогой цифровой датчик DS18B20.

     

     

    Датчик DS18B20

    Полив растений

    Автоматический полив осуществляется с помощью датчиков влажности, которые ограничивают полив, но также совместно с ними лучше использовать датчик расхода воды, так как простые, недорогие датчики почвы очень быстро окисляются и выходят из строя. Для малых фермерских хозяйств можно использовать самодельные датчики влажности на базе таймера NE555.

    Современной данную микросхему не назовёшь, зато она зарекомендовала себя как надёжное электронное средство, применяемое во многих областях. Электроды должны быть выполнены из графита, который не окисляется. Выход 3 микросхемы подключён к светодиоду, который сигнализирует о выходе влажности за пределы. Данный выход можно так-же подключить к системе управления и по сигналу от него отключать или включать полив.

    Датчик влажности почвы на микросхеме NE555

    Датчик влажности почвы на микросхеме NE555

    Важно знать необходимый расход воды в день (который будет зависеть от площади теплицы, потребности выращиваемых растений в воде, плотности их посадки и т.д.), тогда достаточно проводить управление поливом с помощью датчиков расхода воды по времени, а датчики влажности использовать в качестве аварийных сигнализаторов перелива.

    Управление освещением

    Автоматическое освещение проще всего реализуется с помощью простого фоторезистора. При уменьшении света его сопротивление повышается и таким образом формируется управляющий сигнал на включение светильников в теплице.

    Подогрев почвы

    Автоматический подогрев почвы осуществляется точно также как и воздуха, но вместо актуаторов для регулирования температуры используются нагревательные ТЭНы или греющий кабель.

    Автоматизация - важнейшая основа для максимального контроля и мониторинга всех основных и ключевых процессов современных тепличных садоводческих проектов. Автоматизация позволяет управлять процессами и отслеживать их из любой точки мира 24 часа в сутки, семь дней в неделю. Таким образом, автоматизация теплиц является ответом на растущий спрос на полный контроль процессов в реальном времени. 

    Устройства управления системой автоматизации

    Отдельно стоит сказать об устройствах, которые принимают информацию от датчиков, анализируют и выдают управляющие сигналы на актуаторы, нагревательные ТЭНы, клапана подачи воды и т.д. В интернете можно встретить очень много статей посвящённых такой платформе как Arduino на базе которой предлагается создавать автоматизацию небольших теплиц. 

    Arduino - аппаратно-программное средство с предварительно прошитым в него загрузчиком, который позволяет загружать свою программу в микроконтроллер без использования отдельных аппаратных программаторов. Микроконтроллер на плате программируется при помощи языка Arduino, основаном на языке Wiring (Си подобный). 

    Все результаты работы оборудования в автоматизированной теплице при необходимости можно визуально отследить на компьютере. Веб-интерфейс может давать возможность не только следить за показаниями датчиков температуры, влажности и освещения, но и управлять этими самыми показаниями. Также может быть реализована возможность следить за теплицей через веб-камеру.

    Система управления теплицей контролируется центральной платой Arduino, работает следующим образом: полученные данные об окружающей среде датчик температуры воздуха влажности или освещения предается центральному контроллеру (Arduino) которое сравнивает текущие значения с заданными. Если какое-либо из значений не соответствует то исполнительный механизм приводится в действие для восстановления оптимального состояния. Далее Arduino отправляет данные на удаленный сервер для мониторинга через интернет. 

    Пример использования Arduino для автоматизации теплицы

    Пример использования Arduino для автоматизации теплицы

    Пример схемы автоматизации теплицы на Arduino

    Пример схемы автоматизации теплицы на Arduino

    Посредством специального программируемого блока осуществляется контроль таких параметров как:

    • отопление внутреннего пространства теплицы;

    • подогрев воды;

    • периодичность и продолжительность полива;

    • запуск и отключение принудительной вентиляции;

    • освещение.

    Контроль температуры воздуха определяется по двум пороговым пределам: верхний предел и нижний предел. Когда верхний предел превышен открываются форточки, вентилятор приводится в действие для охлаждения парниковый среды для притеснения можно использовать шторки и когда температура падает ниже нижнего предела, вентилятор отключается, включается нагреватель что бы нагреть воздух до заданного уровня.

    Контроль влажности определяется порогом, установленным пользователем. когда влажность в теплице падает ниже заданного порога, система автоматического полива включается, а затем выключается, когда оптимальное состояние восстанавливается.

    Условие освещения управляется двумя заданными точками: верхний предел и нижний предел. Верхний предел определяет, когда свет активируется в то время как нижний предел определяет, когда она выключена. Эта стратегия в основном используется для увеличения дневного света или компенсировать недостаточное естественное освещение в соответствии с желанием пользователя.

    Универсальный контроллер для умной теплицы, да или вообще для чего угодно! Системы полива, гроубоксы, гидропоника, инкубаторы:

     

    Несмотря на простоту программирования и подключения, а также невысокую стоимость, по моему мнению, реализация подобных проектов на Arduino бывает затруднительна. 

    В качестве ведущего управляющего устройства может быть также использован микрокомпьютер Raspberry Pi 2, сочетающий в себе преимущества Arduino и персонального компьютера, т. к. способен запускать отдельную операционную систему и имеет порты ввода/вывода для подключения ведомых устройств и получения сигналов от датчиков. 

    Умная интернет-теплица - Проект IOT (Интернет вещей):

     

    Пример автоматизированной теплицы для Raspberry Pi 3 и Arduino Uno

    Цель заключалась в создании теплицы, в которой такие параметры, как температура и влажность почвы, а также солнечный свет для растений, будут автоматически контролироваться и поддерживаться как можно более постоянными.

    Температура внутри теплицы управляется инфракрасной лампой, которая нагревает воздух, серводвигателем, открывающим окно, и вентилятором от ПК, который позволяет воздуху дуть извне. Влажность почвы контролируется специальным датчиком - если она опускается ниже запрограммированного порога, насос подает воду к растениям.

    Все оборудование управляется через сайт, что позволяет удаленно контролировать работу теплицы и настраивать все параметры по сети.

    Датчики позволяют измерять температуру внутри и снаружи теплицы, а также влажность почвы и интенсивность освещения.

    Данные, считанные с внутреннего датчика температуры, используются для управления моторизованным окном теплицы и вентилятором, которые активируются, когда температура внутри теплицы поднимается выше установленного уровня.

    Когда температура падает до заданного уровня, вентилятор останавливается, а окно закрывается. Когда температура слишком низкая, система включает лампу, которая нагревает воздух.

    Датчик влажности контролирует влажность почвы в теплице. В том случае, если влажность почтвы слишком мала, система активирует насос, который подает воду для полива растений.

    Модуль Arduino подключается к Raspberry PI версии 3 через USB-кабель. Это соединение позволяет считывать параметры датчиков, подключенных к Arduino, и управлять отключенными системами, подключенными к этой плате.

    Все эти данные хранятся в базе MySQL на Raspberry Pi. Связь между Raspberry Pi 3 и платой Arduino Uno реализована как ведущий / ведомый (где ведущим является RPi).

    Сценарий, написанный на Python, который работает на Raspberry Pi, отвечает за обмен данными, запись и чтение данных из базы данных MySQL и отправку новых настроек в Arduino Uno.

    На этой блок-схеме показано, как все устройства, используемые в проекте, подключены к отдельным модулям:

    Проект автоматизации теплицы

    Созданный сайт состоит из трех страниц. Первая страница - это домашняя страница, на которой пользователь может просматривать состояние отдельных компонентов системы и параметры, измеряемые датчиками. На второй странице можно отдавать команды системе и изменять рабочие параметры.

    На этой странице пользователь может изменить режим работы системы или просто выключить ее. Также здесь можно изменить настройки всех параметров - температуры, влажности почвы и т. д. Введенные значения каждый раз проверяются на правильность, чтобы неправильно введенные элементы не сохранялись в базе данных.

    Последняя страница содержит информацию об авторах проекта.

    База данных MySQL состоит из трех таблиц. В первой таблице записываются данные, собранные с датчиков в системе. Вторая таблица содержит параметры каждого выполненного измерения, а третья позволяет управлять теплицей и считывать ее текущее состояние.

    Новинка от компании Ардуино: Arduino Edge Control - плата для автоматизации сельского хозяйства

    Использование ПЛК в умной теплице

    Для автоматизации теплицы проще всего купить уже готовое устройство в виде программируемого реле или программируемого логического контроллера. Из отечественных производителей подобной продукции наиболее известны фирмы ОВЕН, Сегнетикс и др. Альтернативой для тех, кто научился программировать Arduino может стать ПЛК Controllino.

    ПЛК Controllino

    ПЛК Controllino: MINI (слева), MAXI (по середине) и MEGA(справа)

    Единственным минусом данного ПЛК являются релейные выходы с током до 6 А. Но если в теплице используется электрооборудование с меньшим потреблением тока, то данный ПЛК подходит как нельзя лучше.

    На сегодняшний день он выпускается в 3 вариантах: MINI, MEGA, MAXI. Важным плюсом является также возможность подключения к Интернету через интерфейс Ethernet для дистанционного мониторинга и управления. Данный интерфейс доступен в версиях MEGA и MAXI.

    Умная теплица своими руками:

    Таким образом, создание автоматизированной теплицы на сегодняшний день является простой и относительно недорогой задачей для малых фермерских хозяйств.

    Яков Кузнецов

    Любите умные гаджеты и DIY? Станьте специалистом в сфере Internet of Things и создайте сеть умных гаджетов!

    Записывайтесь в онлайн-университет от GeekBrains:

    Факультет Интернет вещей

    Обучение Интернет вещей и современные встраиваемые системы

    Вы сможете:

    • Изучить C, механизмы отладки и программирования микроконтроллеров;

    • Получить опыт работы с реальными проектами, в команде и самостоятельно;

    • Получить удостоверение и сертификат, подтверждающие полученные знания.

    Starter box для первых экспериментов в подарок!

    После прохождения курса в вашем портфолио будет: метостанция с функцией часов и встроенной игрой, распределенная сеть устройств, устройства регулирования температуры (ПИД-регулятор), устройство контроля влажности воздуха, система умного полива растений, устройство контроля протечки воды...

    Вы получите диплом о профессиональной переподготовке и электронный сертификат, которые можно добавить в портфолио и показать работодателю.

    Подробнее здесь: Интернет вещей и современные встраиваемые системы






    Поделитесь этой статьей с друзьями:

    Другие статьи с сайта Электрик Инфо:

  • Arduino Edge Control - плата Ардуино для автоматизации сельского хозяйства
  • Системы обогрева грунта - как устроены и работают
  • Как сделать обогрев теплицы греющим кабелем
  • Измерение температуры и влажности на Arduino – подборка способов
  • Датчики влажности - как устроены и работают
  • Автоматизация зданий, датчики в автоматизированных зданиях
  • Применение Raspberry Pi для домашней автоматизации
  • Умное сельское хозяйство: примеры автоматизации современного сельскохозяйст ...
  • Реле, управляемые через интернет
  • Применение преобразователя частоты и регулятора напряжения в системах загор ...
  • Категория: Электрическая энергия в быту и на производстве » Устройства автоматики

    Автоматика, ПЛК, Автоматика регулирования, Контроллеры управления, Internet of Things, Датчики освещенности, Встраиваемые системы, Ардуино, Умное сельское хозяйство

      Комментарии:

    #1 написал: Петр | [цитировать]

    Raspberry Pi 3 и Arduino Uno - я не уверен. Можно еще добавить веб-камеру. Было бы весело смотреть за ростом растений покадрово. Несколько лет назад я попробовал себя в гидропонике. Ведро с керамзитом на балкон, плюс управляемая с attiny2313 помпа. Помидоры и огурцы в одном ведре. Вначале куст не хотел расти (вероятно, доза удобрений была неправильной), но когда он стал больше, все было в порядке. Пока что-то не съело мои посевы, сначала паутинный клещ, а потом тля.

      Комментарии:

    #2 написал: Виктор Пригодич | [цитировать]

    "Теплицы - это сооружения, предназначенные для выращивания натуральных овощей в более короткий промежуток времени, чем в открытом грунте" - интересная мысль, надо же! Сколько лет проработал обеспечением микроклимата выращивания овощей и цветов в закрытом грунте (тепличное хозяйство "Берестье"), а вот не знал, что они созданы для ускоренного графика выращивания плодов. Я то думал, что они созданы только для "несвоевременного" (раньше срока, чем на полях), ну или в местах не пригодных по климатическим и почвенным условиям к выращиванию овощной продукции. Спасибо за информацию! ) 

      Комментарии:

    #3 написал: Олег | [цитировать]

    Хорошая статья, спасибо! Я бы посоветовал настроить датчик для измерения влажности время от времени - возможно, пару раз в день в течение недели. В это время просто ухаживайте за своим растением, как обычно. После того, как ваше растение прошло хотя бы один (а лучше два или более) цикла полива, сделайте график данных датчиков. Узнайте, какой был уровень влажности, когда вы решили полить растение, и сколько воды вы использовали для его полива. У меня тоже есть своя небольшая самодельная автоматизированная теплица на Ардуино. Кстати, чаще всего меня спрашивают, как определить оптимальное значение уровня влажности с помощью датчика, при котором нужно начать поливать растение. Так вот. Никто не может порекомендовать, насколько влажной должна быть ваша почва или сколько воды использовать, без дополнительной информации. Все будет зависеть от того, какой тип растения, какую почву вы используете, температуру, влажность окружающей среды и т. д. Есть еще много нюансов. Как-нибудь напишу.

      Комментарии:

    #4 написал: Виктор Хранцкевич | [цитировать]

    Все должно быть помещено в пластиковый корпус. Иначе - профанация.

    Добавление комментария
    Имя:*
    Комментарий:

    Популярные статьи:

    Присоединяйтесь к нам в социальных сетях:

    ВКонтакте | Facebook | Одноклассники | Яндекс Дзен

     


    Популярные разделы сайта:

    Электрика дома  Электрообзоры  Энергосбережение
    Секреты электрика Источники света Делимся опытом
    Домашняя автоматика Электрика для начинающих
    Практическая электроника Электротехнические новинки

    Copyright © 2009-2021 Электрик Инфо - Electrik.info, Андрей Повный
    Вся информация на сайте предоставлена в ознакомительных и познавательных целях.
    За применение этой информации администрация сайта ответственности не несет.
    Перепечатка материалов сайта запрещена.

    Источник иллюстраций: авторские рисунки и фотографии, электрика на стоковых фото