Готовые проекты умной теплицы на ардуино своими руками - автоматика/контроллер: как автоматизировать системы в теплицах, что установить

Содержание

Автоматизируем по-хитрому и домашними средствами

Давайте посмотрим, как можно обеспечить тот же автополив растениям подручными средствами:

Способ №1. Солнечная дистиляцция

Это – очень простой способ автополива, который дает достаточно влаги для растений даже в самые жаркие дни. Суть этого принципа – в солнечной дистилляции – когда вода греется до выделения пара, а этот пар потом конденсируется в воду.

Итак, берем две пластиковые бутылки разного размера, в одну из них наливаем воду, а вторую используем как колпак для нее. Когда вода от солнца будет испаряться, пар осядет на стенках колпака. Такой конденсат хорошо увлажняет грунт, и чем более палит солнце, тем больше влаги получат растения.

Установка автомата в теплицу: термовент для проветривания

Наиболее простой способ контроля температуры в теплице из поликарбоната – установка автоматических форточек для проветривания. Чаще всего, автоматическая форточка комплектуется термоприводом, который приводит устройство в действие при изменении температуры внутри парника.

Самый простой способ для контроля температуры в теплице – установка автоматических форточек для проветривания

Автоматический механизм монтируется на окна или фрамуг не имеющей большой парусности. Открыватель устанавливается внутри теплицы, в верхней части открываемой конструкции. Для его монтажа необходимо иметь лишь шуруповерт и саморезы. Термопривод может монтироваться и на дверях теплицы.

Суть теплиц с автоматикой

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

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

Выгоды использования умных теплиц

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

Рис. 7 Умная теплица

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

Как работает теплица?

По своей сути, теплица — это закрытое помещение для выращивания растений с прозрачными стенами и крышей для максимального «улавливания» солнечного света. И принцип её работы очень простой.

С приходом весны солнечные лучи всё больше освещают наши участки и, соответственно, теплицы. Земля в теплицах прогревается значительно быстрее, чем открытый грунт и воздух. От тёплой земли в результате теплообмена нагревается и воздух в теплице. Он не может «пробить» стены и крышу теплицы и уйти наружу, поэтому накапливается в помещении, создавая тот самый парниковый эффект. А мы имеем возможность высаживать в теплицу теплолюбивые растения раньше на месяц-полтора, чем в открытый грунт.

Но это еще не все. Правильная эксплуатация теплицы имеет целый ряд преимуществ. Это, как минимум:

защита растений от весенних и осенних заморозков, от любых скачков температуры;
создание оптимального микроклимата для развития растений;
в холодных регионах — выращивание теплолюбивых растений;
продление срока получения урожая;
защита растений и плодов от дождей, града, сильного ветра;
если предусмотреть систему обогрева и дополнительного освещения, то в теплице можно выращивать растения даже зимой.

Дальнейшие усовершенствования

Минимальный уровень автоматизации, который не требует наличия электроэнергии, мы уже сделали. Можно ли чем-нибудь дополнить “умные” теплицы или парники?

Можно, но без электричества тут уже не обойтись. В холодных регионах, или в круглогодичном варианте тепличного хозяйства необходимо добавить автоматический подогреватель. Это может быть даже бытовой масляный электрообогреватель с регулятором. Температуру подбираем встроенным регулятором, летом в жару его вовсе отключаем. При необходимости таких обогревателей можно поставить несколько. Но, учитывая стоимость электроэнергии, стоит внимательно посчитать экономическую эффективность.

К емкости с водой можно добавить систему наполнения. Ведь в текущем варианте она требует относительно регулярного пополнения запасов воды. Если использовать электронасос и поплавковый включатель, можно забыть и про эту необходимость.

Обзоры готовых проектов умных теплиц + цены и фото

Примеры наиболее распространенных моделей готовых проектов представлены в таблице ниже:

Название модели	Особенности	Цена, руб.	Фото.
Отечественные
Умная теплица (422 м)	Бывают типовыми или изготавливаются по заказу. Выполняются из поликарбоната. Снабжена системами терморегуляции и автополива. Срок службы – 15 лет.	от 7200	.
Новатор-4 (в комплектациях “Комфорт”, “Классика”, “Премиум”, “Элит”); размеры варьируют	Модель арочной формы с сечением труб 4*4 см и расстоянием между дугами 0,66 м. Выполнена из поликарбоната. Выдерживает до 160 кг снега на м2.	от 11000	.
LIFE ENERGY-4 (в стандартной и дополнительной комплектациях)	Круглогодичная. Выполнена с однокамерным стеклопакетом. Снабжена автоматическими системами: полива, вентиляции, подсветки и обогрева.	524600-1573900	.
LIFE ENERGY-5	Круглогодичная, шириной 4 м. Выполнена с люками для проветривания (2-6) с автоприводом. Снабжена автоматическими системами: полива, вентиляции, подсветки и обогрева.	626100-1848300	.
ЙоТик (обучающий электронный набор-конструктор)	Набор включает: корпус в виде конструктора, контроллер ЙоТик v1.0, плату расширения Ардуино, светодиодную ленту 20 см, модули четырех реле и силового MOS транзистора, электропомпу, трубку для подачи воды; а также датчики освещенности, температуры, влажности воздуха, почвы.	15 000	.
Ардуино Мега	Конструкция позволяет создать теплицу с функциями автоматического контроля температуры, влажности, освещенности, проведения полива, создания необходимого микроклимата. Управление возможно дистанционно.	15 000
“Умная теплица” по Курдюмову	Предусмотрены автоматизированные режимы: контроля над температурой воздуха, мульчирования почвы, капельного полива, а также проветривания.	22700-77000	.
Иностранного производства
WERDEBOX (создана в Италии)	Источниками освещения являются светодиоды. Культуры могут выращиваться на 4-х ярусах. Для роста растений предусмотрены специальные капсулы. Благодаря современному дизайну теплица легко вписывается практически в любой интерьер.	600 000	.

Современная теплица: автоматизация процессов

Современные устройства по автоматизации теплиц и парников позволяют автономно работать системам полива, отопления и вентилирования. На сегодня, существует несколько способов автоматизации процессов, от которых зависит микроклимат в теплице. Каждый из них имеет свои достоинства и недостатки.

Современные устройства по автоматизации теплиц и парников позволяют автономно работать системам полива, отопления и вентилирования

Автоматика в теплицах различается по принципу действия (способу приведения механизмов в действие) на:

Электрическую. Такая автоматика отличается простотой монтажа, возможностью точной настройки. К недостаткам электрических систем можно отнести их дороговизну, сравнительно с другими типами автоматизированных систем, и зависимость от источника электроэнергии.
Гидравлическую. Такие технологии надежные и абсолютно безопасные: в их основе лежит принцип расширения жидкостей при перегреве. Недостатки конструкций – медленное реагирование на понижение температуры.
Биметаллическую. В основе биметаллических устройств лежит способность различных металлов к расширению. Такие системы идеальны для автоматизации системы вентилирования. Минусом биметаллической автоматики является то, что она не способны приводить в действие тяжелое оборудование.

Вышеперечисленные автоматические системы можно установить на любое оборудование, которое нуждается в автономной работе. Выбор автоматизированных конструкций зависит от бюджета садовода, наличия рядом с участком сети электропередач, габаритов теплицы.

Особенности конструкции

Умный парник непременно станет гордостью современного садовода, ведь он позволит вывести культивирование зелени и овощей в неблагоприятный период на совершенно новый уровень. Для того чтобы считать свое тепличное сооружение усовершенствованным, оно должно отвечать следующим базовым характеристикам:

внутри постройки важно поддерживать оптимальный температурный режим. Для этого в умном парнике функционирует автономная система вентиляции, которая помогает контролировать процесс;
капельный полив также необходимо сделать автономным;
чтобы грунтовой состав со временем не оказался истощен, нужно продумать наличие системы мульчирования почвы.. Умная теплица, построенная своими руками, может быть реализована при соблюдении вами трех базовых требований

При желании наполните свой парник различными техническими новинками. Впрочем, добиться желаемых результатов в процессе культивирования зелени в умном парнике у вас получится и без траты сумасшедших средств

Умная теплица, построенная своими руками, может быть реализована при соблюдении вами трех базовых требований. При желании наполните свой парник различными техническими новинками. Впрочем, добиться желаемых результатов в процессе культивирования зелени в умном парнике у вас получится и без траты сумасшедших средств.

Модуль управления поливом

ВНИМАНИЕ! Реле, используемые в текущей версии прошивки, включаются по низкому уровню. Если у вас наоборот — смотрите настройки RELAY_ON и RELAY_OFF в файле Globals

Для индикации ручного режима управления поливом на пин 8 выведен светодиод (см. схему), который будет мигать при переключении в ручной режим работы. Для управления каналами реле задействованы пины 22, 23, 24, с которых идёт управление тремя каналами реле. Можно рулить каким угодно количеством реле, вплоть до 8. Для изменения кол-ва реле в файле Globals.h установите WATER_RELAYS_COUNT в нужное число — от 1 до 8. Пины прописываются в WATER_RELAYS_PINS, каждый пин указывается через запятую, их общее количество должно быть равным количеству, указанному в настройке WATER_RELAYS_COUNT!

При подаче любой команды модулю управления поливом (начать/закончить полив, а также когда настройка «Автоматическое управление поливом» в положении «выключено») — контроллер переходит в ручной режим управления поливом, при этом мигает светодиод на пине 8. Номер пина для диода можно изменить с помощью настройки DIODE_WATERING_MANUAL_MODE_PIN в файле Globals.h.

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.

Модуль LCD 128×64 на базе контроллера ST7920

В текущей версии используется LCD-экран 128х64 на базе контроллера ST7920, подключенный в режиме последовательного соединения. Подробности подключения — в файле Globals.h.
Если вам не нужно использование этого модуля — закомментируйте USE_LCD_MODULE в файле Globals.h.

Внимание! Для того, чтобы использовать указанный экран — необходимо установить библиотеку U8GLib (есть в архиве проекта) в среду Arduino IDE!

Экран работает совместно с энкодером и тактовой кнопкой (подробности подключения — в Globals.h). Энкодером перелистываются закладки, затем кнопкой — производится переход внутрь выбранной закладки и пролистывание вариантов настроек. На экране ожидания нажатия кнопки пролистывают показания с датчиков, не дожидаясь времени их программного пролистывания. На экране ожидания можно вывести информацию со сколь угодно большого количества датчиков (настраивается в Globals.h).

Самодельная автоматическая теплица

Во избежание финансовых затрат, автоматизированные системы можно полностью или частично сделать своими руками. Конечно же, для того, чтобы создать автоматику на контроллере понадобятся термостаты, циклические и суточные таймеры, схема готовой платы, каналы связи с оборудованием. Гораздо проще будет организовать автоматику для каждого отдельного процесса.

Чаще всего, отдельно автоматизируют систему полива в теплице. Организация системы зависит от габаритов паника. Так, для небольших бытовых теплиц, зачастую, применяется самодельная капельная система полива.

Самодельную автоматическую теплицу можно сделать своими руками

Организация капельного полива имеет такие этапы:

Разработка схемы полива с учетом индивидуальных размеров теплицы.
Подготовка материалов (капельных шлангов, бака для воды, фильтров, кранов, соединительных штуцеров, магистральной трубы).
Установку бака на высоте в 0,1-0,2 см, монтаж фильтров для очистки воды.
Разводку магистрального водопровода и веток линий.
Монтаж перекрывающих кранов на каждую ветку.
Соединение всех составляющие водопровода при помощи соединительных штуцеров.
Установка капельниц.
Наполнение бака водой.

К полуавтоматической системе полива относится орошение методом солнечной дистилляции, при котором вода, испаряясь из резервуара, конденсируется на колпаке, и по специальным желобам стекает вниз к растениям.

Контроллер Arduino

У многих людей, которые занимаются подобными работами, зачастую не хватает времени и сил для рабочего процесса. Огородники просто мечтают про умную теплицу, где все делалось бы автоматически. Данные теплицы будут востребованы теми, кто не планирует тратить время для работы с теплицами или просто не имеет возможности в этом из-за отпуска или командировок.

Поэтому давайте рассмотрим процесс создания умной теплицы. Поможет в этом контроллер Arduino. Система данной умной теплицы позволит получить требуемую информацию про климатические параметры парника, его влажность и температуру воздуха, освещенность, увлажненность и температуру воздуха. В общем, осуществляется мониторинг параметров теплицы климатического типа.

Итальянские разработчики Arduino создали по-настоящему популярный проект. Он заключается в простоте и возможности осуществить создание автоматизированного устройства без знаний электротехники и без использования паяльника. Базовая плата существенно расширяет собственную функциональность путем установки специальных шилдов. Использование одной системы на основе Arduino обеспечит управление всеми тепличными процессами.

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 форме арки

Плюсы:

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.

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.

Как сделать умную теплицу своими руками

Сделать умную теплицу своими руками несложно, если знать основные особенности ее обустройства. Основное отличие умной теплицы от обычной в том, что все процессы, происходящие в конструкции закрытого грунта, являются автоматизированными, и практически не требуют вмешательства человека.

Автоматика поможет не только поддерживать оптимальный температурно-влажностный режим, но и вовремя проводить проветривание, включать обогрев или подсветку. С помощью таких систем овощи, фрукты и зелень можно выращивать круглогодично с минимальными трудозатратами.

Как сделать такую конструкцию своими руками вы узнаете из видео.

Для чего нужна

Успешное выращивание растений практически полностью обеспечивается благоприятным микроклиматом внутри помещения. На рисунке 1 приведены основные условия обеспечения благоприятного микроклимата: уровень освещения, влажности и вентиляции. Добиться правильной температуры и влажности помогут автоматические системы вентиляции.

В противном случае, микроклимат будет нарушен и это приведет к отрицательным последствиям:

Температура внутри будет гораздо выше, чем снаружи, создавая благоприятные условия для развития болезнетворных микроорганизмов;
Повысится и температура грунта, что тоже нежелательно, так как семена некоторых растений не прорастают при повышенных температурах;
Негерметичность конструкции или неправильно проведенный расчет вентиляции приведет к продуванию строения, и из него будет постоянно уходить теплый воздух;

Рисунок 1. Соблюдение благоприятного микроклимата

Поскольку микроклимат помещения постоянно меняется под воздействием освещения, погодных условий и других внешних факторов, уследить за его стабильностью практически невозможно. Именно поэтому и были придуманы автоматические системы вентиляции, полива и проветривания.

Особенности построения

Чтобы построить умную теплицу своими руками, нужно учесть некоторые особенности конструкции.

Рекомендуем ознакомиться с практическими советами по обустройству автоматики своими руками (рисунок 2):

Правильно подобрать место для строительства, чтобы максимально использовать солнечную энергию. Оптимальным считается размещение с юга на север, чтобы все растения в течение дня равномерно прогревались и освещались солнцем. Также следует обустроить защиту от ветра, к примеру, высадив в метре от здания живую изгородь.
Спроектировать каркас так, чтобы форточки и окна находились в верхней части конструкции. Холодный воздух, проникая внутрь, опускается вниз, поэтому и форточки нужно располагать как можно выше для защиты растений от сквозняков. Для этой же цели нужно сделать прочные двери без щелей, которые не будут пропускать холодный воздух внутрь.
Установить надежную автоматику для полива и проветривания. Для автоматического открывания форточек достаточно установить гидроцилиндры, которые приводятся в действие при нагревании жидкости, находящейся внутри цилиндра и толкают шток, открывающий окно. При снижении температуры действие происходит в обратном порядке. Для автоматического внесения влаги рекомендуют устанавливать систему капельного полива с датчиком.

Если помещение будет использоваться зимой, в ней устанавливают обогревательные приборы и аккумуляторы с датчиками, которые будут автоматически включать обогрев при определенном температурном режиме окружающей среды.

Польза

Польза автоматики очевидна: любые растения в таких конструкциях можно выращивать круглогодично с минимальным участием человека.

Рисунок 2. Пошаговая инструкция для строительства теплицы своими руками

Существует мнение, что обустройство умной теплицы влечет серьезные финансовые расходы, но эта точка зрения правдива лишь отчасти. Для автоматизации необходимо купить датчики и систему капельного полива, а монтаж можно провести и своими руками.

Объем рынка умных теплиц

Отдельных данных по количеству умных теплиц и прогнозов по развитию этого сегмента нет. Есть На долю интеллектуальных решений для сельского хозяйства приходится 6% всех проектов IoT, отмечают аналитики. По оценкам MarketsandMarkets, объем рынка в 2021 году достигнет $1,26 млрд, а в 2023 году $2,28 млрд. Среднегодовые темпы роста рынка в период с 2021 по 2023 гг. оцениваются в 12,6%. Основными драйверами роста рынка стал рост численности населения, изменения климата и урбанизация.

Ожидается, что сегмент интеллектуального сельского хозяйства будет развиваться высокими темпами. Но высокая стоимость развертывания решений и высокие первоначальные инвестиционные затраты могут привести к снижению темпов роста рынка в развитых странах Ближнего Востока и Африки. Европа останется лидером рынка в течение прогнозируемого периода. У Нидерландов, Испании и Италии есть большие площади под оранжереи.

Технологии сельского хозяйства в контролируемой среде (CEA) главным образом используются в Нидерландах и скандинавских странах. Внутреннее садоводство набирает быстрые обороты в некоторых крупнейших странах Европы. Быстрое внедрение технологий ожидается в странах с развивающейся экономикой, как Япония, Китай и Индия».

По оценкам аналитиков, ключевые технологии, используемые для умных теплиц: лампы для роста растений, технологии подключения, ирригационные системы, клапаны и насосы, системы мониторинга и управления. В 2021 году наблюдался резкий рост спроса на LED-лампы для выращивания растений.

Ключевые игроки на рынке: Rough Brothers, Heliospectra, Terrasphere Systems, Argus Control Systems, LumiGrow, Ceres Greenhouse Solutions, Hort Americas, JFE Engineering Corporation, Nexus Corporation, Logiqs, Certhon и GreenTech Agro.

Делаем сами умную и автоматизированную теплицу: проекты и что внедрить