Делаем умную теплицу на ардуино своими руками

Классификация умных теплиц

Любая система, в которой совершаются какие-либо действия, должна иметь для этого внешние источники энергии. По способу пользования такой энергией можно классифицировать умные теплицы по следующим группам:

• автономная — использует природные источники тепловой энергии, например, солнечную;
• зависимая от промышленных источников энергии — питание осуществляется от электрической сети.

Недостатком автономной является инерционность работы автоматики системы, которая из-за несвоевременного срабатывания исполнительных механизмов не гарантирует нормальную жизнедеятельность растениям.

Энергозависимые системы работы умной теплицы могут иметь аварийное отключение, что будет иметь самые плохие последствия для растений.

По конструктивному исполнению и назначению устройств тепличного комплекса можно выделить следующие категории.

• Оранжерея. Это помещение для выращивания экзотических растений, для которых не подходит климат данной местности. Обычно покрывается стеклом и используется для научных целей изучения развития необычных растений.
• Теплица. Это помещения для круглогодичного выращивания овощей, ягодных культур и рассады. Покрывается легким прозрачным материалом типа поликарбоната. Главная цель теплиц — получение высокого урожая овощей и ягод в короткие агротехнические сроки вне зависимости от окружающих погодных условий.
• Парник. Главное назначение парника — выращивание рассады. Обычно это небольшая переносная конструкция, покрытая легко сворачиваемой прозрачной пленкой. Тепло в нем создается природными источниками энергии.

Работа с GSM/GPRS Shield:

Приятным дополнением ко всей системе «умной» теплицы будет использование GSM/GPRS Shield для её удалённого мониторинга и управления.

В скетче есть возможность с помощью флага GSM_USING_FLAG включить или полностью выключить поддержку работы данной платы расширения, тем самым сократив количество используемой памяти:

• Размеры скетча при выключенной поддержке GSM/GPRS:
  • FLASH: 25802 байт;
  • ОЗУ: 1050 байт;
• Размеры скетча при включенной поддержке GSM/GPRS:
  • FLASH: 45526 байт;
  • ОЗУ: 1680 байт;

Далее мы рассмотрим те возможности, которые предоставляет эта плата расширения в данном проекте.

Всего в проекте есть 10 команд, помощью которых можно управлять всей системой или получать от неё данные. Вот эти команды (при отправке кавычки не указываются!):

Источник

Пошаговая инструкция создания умной теплицы

Наделить «интеллектом» можно практически каждую теплицу, которая отвечает стандартам выращивания овощей, фруктов и цветов в искусственных условиях. Для этого необходимо:

1. Приобрести готовый комплект автоматики или подобрать оборудование, которые соответствуют созданию необходимого микроклимата и площади помещения.
2. Оптимально разместить датчики и исполнительные устройства.
3. Соединить все элементы с контроллером.
4. Установить необходимое программное обеспечение.
5. Предусмотреть дистанционное управление.
6. Организовать автономное питание.

Один из вариантов создания умной теплицы представлен в видео:

Рекомендации для начинающих садоводов

• При расположении теплицы учитывается назначение, схема ветровой активности и географическая широта участка.
• Фрамуги для проветривания располагаются как можно выше.
• В темное время суток сохранение температуры обеспечивается аккумуляторами тепла (бочка с нагретой за день водой).
• Никакая автоматика не обеспечит урожайность без кропотливого ухода за почвой.

Шаг 3: Код

В этой части инструкции я дам вам разные программы и код, который я создал для этого проекта.

Программа для Ардуино: В новой версии я исправили ошибки, при которых не открывалось окно и т.д.

Распберри: Мы установили сервер MySQL и привязали к нему Python. Для вебсервера мы установили Apache 2.

Вебсайт: Файлы .CSS доступны в архиве.

Скрипт для Распберри: Для скрипта мы использовали библиотеку MySQLdb. Используется Python версии 2.7. Скрипт – это мост между Аржуино и Распберри Пи. Он позволяет сохранять данные сАрдуино в базу данных и отсылать невыет контрольные данные, установленные пользователем, в программу Ардуино.

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.

Преимущества автоматизации

Использование автоматической системы для теплиц дают возможность значительно облегчить труд на своем садовом участке и увеличить урожайность до нескольких раз. Установив автомат для теплицы своими руками достижимо создать благоприятные условия для развития и роста растений без участия человека.

Автономные системы орошения позволят сэкономить время, затраченное на полив, особенно на дачных участках, когда требуется полив даже в будние дни. Количество расходуемой воды и удобрений также существенно снижаются. Освещение и теплоподогрев позволяют круглогодично выращивать овощи и зелень в парниках.

Тепер Вы знаете все об автоматизации теплиц своими руками. Установив систему управления теплицей, трудозатратность снижается в несколько раз, а это значит, что садовый участок — это не только место для физической работы, а еще и место, где можно насладиться отдыхом и единением с природой!

Умная теплица своими руками – схема автоматики парника на микроконтроллере

Данная статья – не просто список инструкций по повторению моего умного парника, я постарался сделать настоящую презентацию автоматики для теплиц, чтобы вдохновить вас.

Я хотел сделать своими руками такую умную теплицу на микроконтроллере, в которой растения не высохли бы без присмотра в течении нескольких дней. Два главных фактора жизнедеятельности растений в теплице – вода и температура, поэтому упор в схеме контроля был сделан на эти факторы.

Все растения посажены в горшки, каждый из семи насосов соединен с четырьмя горшками. В каждой группе из четырех горшков в одном расположен датчик влажности почвы, передающий данные на модуль Arduino. В приложении на своем телефоне я могу установить значение уровня влажности, при котором будет производиться автоматический полив этих четырех горшков.

В теплице установлены два температурных датчика. Если становится слишком жарко, включается вентилятор, подающий прохладный воздух снаружи в теплицу (в крыше теплицы также имеются форточки автоматического проветривания). Если температура опускается слишком низко, начинает работать небольшой обогреватель внутри теплицы, который не дает растениям замерзнуть.

В следующих пунктах я объясню основные моменты работы разных частей системы.

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).

Проекты и схемы умных теплиц

Среди почитателей роботизации дома и приусадебного хозяйства, наибольшим уважением пользуется умная теплица на ардуино. Главным компонентом платы-контроллера является процессор, снабженный микросхемой памяти. Используемые для умных теплиц схемы отличаются марками процессоров и функционалом.

Одна из простейших схем-проектов автоматической теплицы на Arduino Uno (мини) изображена на рисунке 1.

Рис. 1

Освещенность оценивается фоторезистором. Температурный режим определяется датчиком TMP36. Интенсивность полива регулируется на основании данных с модуля влажности и датчика DHT11.

Расширенный вариант управления микроклиматом в теплице предполагает плата Arduino Mega. Схема-проект интеллектуального «овощевода» представлена на рисунке 2.

Рис. 2

Сердцем аппаратной платформы является микроконтроллер ATmega1280. Для считывания/передачи цифровой информации используется 8 выходов. Для обработки аналоговых данных используется 10 портов.

Еще один вариант теплицы с Арудино изображен на рисунке 3.

Рис. 3

В качестве универсального таймера-контроллера умной теплицы также можно использовать GyverControl (Рисунок 3).

Рис. 4

Интеллектуальное устройство оборудовано семью логическими выходами с напряжением 5В. Для управления серво- и линейными приводами предусмотрены 3 отдельных канала.

Вышеуказанные схемы не являются окончательным решением роботизации теплицы. Появление новых, более совершенных контроллеров, расширяет возможности автоматики и придает ей большую эффективность.

Возможности удаленного контроля и регулирования

Помимо местного управления, умная теплица на Ардуино предоставляет возможность дистанционного контроля оборудования и обмена данными посредством пульта, мобильных гаджетов и персональных компьютеров. В качестве интерфейса может использоваться USB, Bluetooth, Wi-Fi, GSM и интернет. Посредниками в данном процессе служат соответствующие модули и приложения, которые представлены:

• RemoteXY;
• Blynk;
• Virtuino;
• Bluino Loader;
• Arduino Bluetooth Control и пр.

Особого внимания заслуживает софт BT Voice Control for Arduino, которое обеспечивает управление тепличным оборудованием с помощью голосовых команд. При синхронизации с «Алисой» это приложение предполагает массу удобств.

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.

Постановка задачи

В данной умной теплице требуется управлять устройствами для света, поливки водой и насосом. Для осуществления проветривания необходим сервопривод, который будет запускать электрический вентилятор или открывать форточки. Чтобы управлять данными устройствами требуется релейная плата Relay Shield. Зачастую на данной плате кроме релейных разъемов используются разъемы для сервопривода.

Параметры тепличной окружающей среды считывает датчик температур, а измеряет освещенность специальный фоторезистор. Можно использовать датчик влажности, но точность измерений одним подобным датчиком в больших теплицах не лучшая. В этом случае необходимо использовать таймер, имеющийся в основной плате.

Общая стоимость макетной платы, провода, блока питания, 2 Channel Relay Shield и Arduino UNO не превышает 25$. Здесь отсутствует стоимость сервопривода и насоса.

ИНСТРУКЦИИ ПО ЭКСПЛУАТАЦИИ

• Нажатие на ручку энкодера – переключение выбора помпы/периода/времени работы
• Поворот ручки энкодера – изменение значения
• Кнопка энкодера удерживается при включении системы – сброс настроек

Версия 2.* ПЕРЕД ПРОШИВКОЙ ВТОРОЙ ВЕРСИИ ЗАМЕНИТЕ ВСЕ БИБЛИОТЕКИ НОВЫМИ (ИДУТ В АРХИВЕ ПРОЕКТА, В ПАПКЕ НОВАЯ ВЕРСИЯ). Поворачивая рукоятку энкодера мы перемещаем стрелочку выбора по экрану

Обратите внимание на то, что настройка времени работы помпы находится правее «за экраном», нужно пролистать стрелочку направо чтобы её активировать. Чтобы изменить выбранный стрелочкой параметр, нужно повернуть рукоятку энкодера, удерживая её нажатой

Таким образом можно настроить время периода и работы помпы в формате ЧЧ:ММ:СС. Логика работы настроек PUPM_AMOUNT, START_PIN, SWITCH_LEVEL и PARALLEL такая же как для версии 1.*

• Поворот ручки энкодера – изменение позиции стрелки
• Поворот ручки энкодера удерживая её нажатой – изменение значения
• Кнопка энкодера удерживается при включении системы – сброс настроек

Хочу поделиться своей самоделкой, которая служит мне уже больше года. Начав осваивать Arduino, думал над тем, какой бы проект реализовать. Вспомнил, что у меня много комнатных растений, которые периодически забывают поливать, да и вопрос полива во время отпусков и командировок имеет место быть.

Система состоит из следующих компонентов:

Блок управления – сердце системы. Здесь находится Аккумуляторы, Arduino, модуль времени DS3231, дисплей, преобразователи напряжения и органы управления.

Рядом с растениями расположена канистра с водой. В канистре находятся погружные помпы, которые перекачивают воду по трубкам в растения.

Распределение воды между растениями можно дополнительно отрегулировать с помощью гребенки с кранами

1. Автономная работа от аккумуляторов около 5 месяцев 2. Система поддерживает управление 3-мя помпами. К каждой помпе можно подключить гребенку с 2-4 кранами и дополнительно регулировать потоки воды. Итого получаем возможность подключить до 12 растений 3. Время снимается с отдельного независимого модуля часов DS3231. Помпа срабатывает при наступлении часа, указанного в настройке (например 8:00) . 4. На дисплей выводится информация 5. Настройки полива указываются в коде программы, их можно поменять, перепрошив Arduino

Необходимые инструменты и периферия для реализации проекта «Автополив» на базе микроконтроллера Arduino

Ирригатор – устройство, контролирующее влажность почвы. Приспособление передает данные на датчик влажности, который укажет сконструированному автополиву на начало работы. Для составления программы используется язык программирования С++.

Таблица с требуемыми материалами:

Необходимые материалы и инструменты для монтажа

Прежде всего, это источник влаги. Поэтому нужно обеспечить возможность подключения к водопроводу, набор воды из открытого водоёма или установка большой ёмкости-накопителя с регулярным пополнением.

В большинстве установок используют:

Вместо кранов можно вмонтировать электромагнитные клапаны. Они регулируются дополнительными аппаратами — контроллером и таймером. В этом случае подача и отключение воды будет идти автоматически, в установленное владельцем теплицы время.

Некоторые системы работают автономно, но в большинстве требуется подключать насосное оборудование к электросети. Полностью автоматизировать систему поможет блок управления. Но самостоятельно сделать его сложно, потребуется потратить средства на приобретение.

Автоматика для теплицы на микроконтроллере

Автоматизация теплицы возможна благодаря точным датчикам, считывающим температуру, уровень влажности и освещения внутри и снаружи теплицы, таймерам, которые передают сведения на специальный контроллер. После чего система управления, на основе встроенных в программу алгоритмов, оценивает показания с датчиков и принимает решения на включение или выключение исполнительных устройств теплицы.

Именно программный регулятор приводит в действие насос системы орошения, вентилятор и доводчик форточки, осветительные и отопительные приборы. На сегодня, существует множество контроллеров, главная задача которых – регулирование микроклимата в теплице. Цена на контроллер зависит от количества аналоговых входов и памяти устройства. Наиболее доступным является контроллер Атмега на платформе Ардуино.

Программа автоматики для теплицы на микроконтроллере ориентирована, в первую очередь, на такие процессы как:

1. Установка заданной температуры и влажности воздуха.
2. Включение, выключение осветительных приборов в зависимости от времени суток и года.
3. Управление системой аэрации (открытие и закрытие форточек, запуск вентиляторов при перегреве воздуха в теплице).
4. Управление системой полива в зависимости от этапов развития растений.

Подобная автоматика позволяет добиться максимальных результатов при выращивании даже самых прихотливых культур, но отличается высокой стоимостью, поэтому может быть рентабельной только на больших и промышленных сельскохозяйственных объектах.

Необходимость автоматизации теплицы

Жизнедеятельность растений напрямую связана с температурным режимом, влажностью, освещенностью и другими факторами. Малейшие отклонения в окружающей среде негативно сказываются на темпах роста и урожайности. Соблюдение строгих тепличных условий – кропотливый и трудоемкий процесс, который нуждается в постоянном контроле. Умная теплица своими руками сводит к минимуму человеческое участие, освобождает время и позволяет управлять ростом овощных и фруктовых культур на расстоянии.

Решаемые задачи

Автоматизация создания и поддержания необходимых условий окружающей среды подразумевает управление:

• температурным режимом;
• поливом и орошением;
• освещением;
• подогревом почвы;
• подкормкой CO₂.

Особая роль отводится мониторингу процессов, автономности и оперативной реакции на малейшие отклонения.

Возможности и оборудование

Считывание данных и изменение состояния окружающей среды производится с помощью датчиков и исполнительных устройств. Главенствующую роль играет контроллер, который сопряжен с системой дистанционного управления. Каждое устройство, входящее в робототехнический комплекс, выполняет определенные функции. Оборудование умной теплицы состоит из систем:

• поддержания оптимального температурного режима. Для понижения температуры применяются актуаторы. С помощью этих приспособлений регулируется воздухообмен между помещением и внешней средой. Получая сигнал извне, шаговый двигатель, пневматическое или гидравлическое устройство приводит форточку в необходимое положение. Соответствующие сигналы генерируются датчиками температуры и ветра;
• подогрева почвы. Оптимальная температура в теплице достигается с помощью терморегуляторов, ТЭНов, электрокабеля или других нагревательных приборов, интенсивность работы которых зависит от команд температурных датчиков;
• освещения. Система включает лампы и датчик освещенности, главной деталью которого является фоторезистор. Формирование управляющего сигнала происходит за счет изменения сопротивления в зависимости от интенсивности светового потока. Помимо осветительных приборов, в регулировании освещенности могут участвовать автоматические шторы;
• контроля уровня CO₂. Соответствующий датчик связан с вентиляторами, посредством которых помещение освобождается от выработанного растениями кислорода. Подкормка растений двуокисью углерода повышает урожайность на 30%;
• полива. Автоматизация полива обеспечивается сенсорами влажности (гигрометрами). Из экономических соображений система оборудуется датчиками расхода воды. Простейшие устройства представлены таймерами, которые включают и выключают орошение в заданные промежутки времени.

Преимущества перед обычной

В таблице №1 представлены преимущества и недостатки обыкновенной и умной теплиц.

Таб. №1

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.

Похожие записи:

Заземление в частном доме: как сделать правильно своими руками Разновидности термостойких кембриков Какие люстры подходят для натяжных потолков Виды зенитных фонарей и требования к их проектированию и монтажу Принцип работы электромагнитного контактора Частота матрицы экрана телевизора 60, 120, 240гц. (кадров в секунду) или 50, 60, 120 гц