Техническое
Предварительный просмотр:
Теплица – это сооружение, имеющее светопропускающие стены и кровлю и предназначенное для выращивания различных растений в весеннеосенний период, когда погодные условия не позволяют снимать несколько урожаев за один год. В настоящее время существуют самые разные виды теплиц. По своей форме они бывают большими и маленькими, квадратными, прямоугольными, одно- или двухскатными и т. д. Каркасы могут быть изготовлены в виде шатра, арки, домика или иметь другую форму. Виды теплиц различаются и по размеру: бывают стандартными и нестандартными. Промышленные теплицы играют очень важную роль в сельскохозяйственной промышленности, благодаря им люди могут круглый год употреблять в пищу богатые витаминами овощи. Любая теплица, в которой пришлось бы прикладывать минимум усилий для того, чтобы обеспечить растениям комфортные условия произрастания, должна отвечать следующим требованиям: -автоматически должен поддерживаться внутри теплицы оптимальный температурный режим; -полив растений должен выполняться своевременно и без участия человеческого фактора (дождевание или капельное орошение); -возможность удалённого контроля и управления системами. Автоматические системы проветривания и полива теплиц, активные способы сохранения экосистемы почвы давно уже никого не удивляют. Просто в полностью автоматизированной теплице все это работает в комплексе и показывает отличные результаты. Этим и отличаются подобного рода теплицы от привычного парника и оранжереи. Все автоматизированные теплицы можно разделить на 2 вида: автономные и энергозависимые. Практически совершенные условия для роста овощных растений способны создать энергозависимые теплицы, в которых от электросети работает вся имеющаяся автоматика. Однако 8 БР.44.03.04.139.2017 зависимость автоматики от электроэнергии может привести к потере драгоценного урожая в максимально короткие сроки. Зимой бывает достаточно для этого 1-2 ч. Такая ситуация вполне возможна, поскольку от сбоев в подаче электроэнергии никто не застрахован. К тому же существенно могут сказаться на бюджете затраты на оборудование и электричество
Автономная автоматика работает от тепловой и солнечной энергии. Хоть она и с некоторым опозданием реагирует на изменение уровня температуры в теплице, но критически это бывает только при резких перепадах температурных режимов. Объектом исследования является умная теплица. Предметом исследования является разработка и эскиз умной теплицы, а также выбор оборудования для неё. Цель – разработать систему автоматического управления оборудованием “умная теплица”. Задачи: - разработать алгоритмы управления и регулирования; - выбрать электрооборудование; - рассмотреть функциональную структуру и принципы работы автоматизированной теплицы.
1 АНАЛИЗ СУЩЕСТВУЮЩИХ СИСТЕМ АВТОМАТИЗАЦИИ ТЕПЛИЦ 1.1Системы капельного полива Капельный полив по малообъемной технологии для овощных, цветочных и рассадных комплексов, орошение с возвратным раствором. На сегодняшний день ни один новый тепличный комбинат не обходится без системы капельного полива. Это основа основ, позволяющая подавать под растения строго дозированное количество удобрений и воды в нужное время в нужной пропорции. Современное капельное орошение предусматривает установку целого комплекса инженерных систем и сетей, обеспечивающих в автоматическом режиме растения требуемой подкормкой. Все технологическое оборудование работает под управлением одной компьютерной программы, с помощью которой легко можно проводить контроль процессов полива в реальном времени, а также просматривать архивные данные и вносить корректировки. Система капельного полива состоит из нескольких составляющих: • приготовления воды (фильтрация, нагрев, стабилизация бикарбонатов и т.д.); • приготовление раствора (растворный узел - мозг и сердце системы капельного полива); • магистральный трубопровод и капельная сеть (раздача питательного раствора растениям); • также к системе капельного полива можно отнести следующие составляющие; • система повторного использования дренажа (подача использованного раствора обратно в полив); • приготовление маточных растворов (растворение сухих удобрений в воде). 10 БР.44.03.04.139.2017 1.1.1 Приготовление воды для полива и орошения Современная технология предусматривает высокие требования к качеству поливочной воды. В ней должно содержаться определенное количество микро и макроэлементов, а также существуют требования к уровню pH и чистоте воды. Дополнительным фактором является то, что вода должна поступать к растению выдержанной температурой.Узлы фильтрации поливочной воды. Многоступенчатые узлы, состоящие из песчано-гравийных и дисковых фильтров, очищают воду от механических частиц до 130 микрон. Также фильтры помогают избавиться от органических соединений, часто попадающих в воду из открытых водоемов. Узел снабжен электроникой, которая по мере загрязнения фильтра осуществляет его автоматическую промывку.Фильтрация воды в системах капельного полива получила очень широкое распространение. Она необходима при подготовке воды к поливу, для предотвращения засорения капельниц, а также для обеспечения бесперебойной и длительной работы инженерного оборудования. Кроме этого, фильтрация используется в системах с рециркуляцией дренажного раствора. Как известно, дренаж перед повторным использованием должен быть продезинфицирован, но любая дезинфицирующая установка, вне зависимости от типа, требует предварительной фильтрации от содержащихся в дренаже взвесей. Песчано-гравийные фильтры (любой производительности) очищают воду от примесей и взвесей, с которыми не могут справиться сетчатые или пластинчатые фильтры. Устройство выполнено на нержавеющей раме, как независимый модуль и легко интегрируется, как в существующие системы, так и в новые проекты. Для удобства использования промывка фильтра осуществляется в автоматическом режиме. Дополнительную очистку воды обеспечивает фильтр тонкой очистки (130 микрон). Надежные и практичные пластинчатые фильтры обеспечивают механическую очистку растворов от фракций более 130 мкм. Фильтрующие элементы легко промываются и имеют практически неограниченный срок 11 БР.44.03.04.139.2017 службы. Устройство может поставляться, как с насосом, который выполняет функцию подачи воды из накопительной емкости в растворный узел, так и без него. На рисунке 1 показан внешний вид узла фильтрации поливочного раствора. Рисунок 1–Внешний вид узла фильтрации поливочного раствора 1.1.2Узлы стабилизации pH (подкисление
2РАЗРАБОТКА ЭСКИЗНОГО ПРОЕКТА «УМНАЯ ТЕПЛИЦА»
Значение умной теплицы в нашей жизни, так же как и её общественное значение трудно переоценить — это одна из альтернатив выращивания круглогодично сельскохозяйственных культур всей современной жизни. Потребление чисто выращенных овощей и фруктов, без применения химикатов, человеком с каждым годом растет, в связи с этим разрабатываются и применяются технологии, которые заключаются в нахождении новых технологий для их круглогодичного выращивания, и безотходной переработкой. Система автоматики регулирования процессов представляет собой систему из датчиков, во главе которых находится контроллер мир 103. С помощью устанавливаемых датчиков идёт непрерывный контроль, который передаётся и анализируется в контроллере. С помощью контроллера, сигналы подаются на автоматику для поддержания нужных условий для культур
Проблема проекта – отсутствие полнофункциональных домашних теплиц с поддержкой всего периода роста растений. Цель – создание "умной" теплицы, способной поддерживать все необходимые растениям условия для максимально большого и качественного урожая, доступной по цене и не занимающей много места (комнатная теплица). Задачи и этапы: 1. Проанализировать условия роста растений; 2. На основе выявленных условий, спроектировать подходящие размеры и материалы умной теплицы; 3. Построить чертежи и модели умной теплицы; 4. Спроектировать системы жизнедеятельности растений; 5. Создать обобщенный эскиз умной теплицы; 6. Изготовить корпус теплицы из выбранных материалов; 7. Наполнить корпус системами жизнедеятельности; 8. Откалибровать датчики под окружающую среду и написать код программы; 9. Апробация изделия с растениями в течении зимнего периода;
применяя новейшие технологии, вплоть до IT- информационных технологий.
Вот такую цель мы поставили перед собой при разработке нашего проекта «Умная теплица».
Теплицы в России появились при Петре, назывались они оранжереями, и выращивали в них всякие экзотические вещи, в частности- апельсины. Но при этом не считались с затратами, труд крепостных был бесплатным. В советское время тепличное хозяйство выращивало овощи- витамины для советских людей тоже затратно. А вот в 90-х годах рынок себя показал как хищник - выживает сильнейший, и теплицы все тихо ушли в лету.
Но ведь овощи нужны людям. И в подсобном хозяйстве, на дачах, теплицы выжили, но все равно, они были экономически не выгодны с уровнем технологий того времени.
Наша задача - применить в теплице для подсобного хозяйства, для дачи, современные технологии, современные материалы, знания для снижения затрат на производство овощей. А это в целом нам даст еще один способ получения альтернативной энергии.
Проведем анализ тепличного хозяйства, все его плюсы и минусы.
1.С конструкционной точки зрения здесь улучшать почти нечего, на замену стеклу и полиэтилену пришел поликарбонат. Пока это самый лучший по многим показателям (как для людей, так и для растений) материал. Мы его тоже используем в нашей теплице.
2. Основная проблема для дачной теплицы – отсутствие людей в будни. Нарушается основной принцип теплицы - тепловой баланс. Ночью, в холодное время, теплица должна быть закрытой, для сохранения тепла, а днем - жаркое время - открыта, для вентилирования воздуха. Проблема: Открыть- Закрыть.
Решалась просто - не закрывалась вообще. И это лучше, чем не открывалась вообще. Мы пойдем по рациональному пути - будем открывать-закрывать, но не сами, а с помощью автоматики. Сейчас существуют недорогие электромоторы, которые под управлением недорогой автоматики будут работать почти бесплатно. Немного электричества для них выработает недорогая солнечная батарея (СБ) и запасет в себе недорогой, но достаточно емкий аккумулятор.
Основная проблема СБ - маленький кпд, особенно в пасмурное время. И в солнечное время, тем более. Вроде свет есть - а заряжается аккумулятор плохо, - солнце не стоит на месте, в отличие от батареи. А мы применим недорогое устройство для слежения и поворота СБ - треккер. Он поднимет КПД нашей СБ без каких-то особых, научных исследований. И с помощью недорого контроллера экономично зарядит емкие литий - ионные аккумуляторы.
Также недорогой микроконтроллер на базе Arduino(МКА) при достижении требуемой температуры даст команду шаговым двигателям открыть или закрыть фрамуги. В случае очень высокой температуры (невозможности понизить температуру проветриванием) , МКА даст команду на включение вентилятора, который будет засасывать горячий воздух под коньком теплицы и прогонять его через специальный термоаккумулятор ТА( утепленная емкость, заполненная 2-х5-и литровыми пластиковыми бутылками, объемом до 1м3). А прохладный воздух из ТА будет поступать в теплицу для понижения температуры воздуха в ней.
В экстренном случае МКА даст команду на опускание светоотражающего экрана-пленки (материал Mylar разработан НАСА). Причем этот экран будет работать и в ночное время как устройство, отражающее до 90% тепла внутрь теплицы при ночных понижениях температуры. ТА по команде МКА тоже подогреет растения ночью теплом, рекупирированным в дневное время. Подогретой водой до 30 градусов, ТА может дать
дать от 40 до 100 Мдж тепла, что позволит растениям не замерзнуть и даже продолжить вегетацию в ночное время.
3. Световой режим. Здесь проблема в том, что для роста растений нужен определенный режим освещения, а весной дни еще короткие. Саженцы тоже пока не большие, но без света их рост будет замедлен. Есть исследования, которые говорят о определенном режиме, досветке растений, причем определенного спектра видимого света, достаточно освещать их красным светом и немного синим (в соотношении примерно 4:1, 70-80% красного света и 30-20 - синего). Таким образом, не тратится энергия на бесполезное освещение в других диапазонах спектра. А как известно, затраты на освещение при выращивании в теплицах и парниках, при подготовке рассады весьма значительны. И также выяснено, что импульсный свет определенной частоты ничем не хуже постоянно горящего. С помощью МКА мы будем включать наши светодиоды ранним утром до рассвета и после заката на определенное время- до установленного светового порога в пульсирующем режиме, что опять же снизит затраты на электроэнергию.
4. Вода, т.е. полив. Важная составляющая в жизни растений. Для полива нужна теплая, обогащенная кислородом вода, поданная в нужное время, в нужном количестве. Система капельного полива уже существует, она доказала свою практичность, поэтому мы ее внедряем в нашу теплицу. А поливом будет руководить наш МКА. По датчику влажности и в вечернее время МКА даст команду насосу на полив растений. До этого момента МКА приготовит эту воду путем перекачки воды в определенные напорные емкости и прокачает через них воздух с помощью компрессора. Влажность воздуха - тоже необходимый показатель среды в теплицы. Огурцы требуют повышенную влажность, что достигается с помощью туманообразователей : ультразвуковое распыление или фонтанный тип распыления.
5. Питание растений. Эта задача тоже уже решена. Совместно с капельным поливом растения подаются нужные порции растворенных удобрений, так называемая ферригация.
5а. Питание растений углекислым газом. Это основная еда растений. Использовать можно 2 способа - открывать на определенные промежутки времени вентиль от баллона с углекислым газом. Способ дорогой, но автоматизируемый с помощью МКА. Второй способ более доступный и рациональный - имеем емкость с водой, навозом и травой. Смесь бродит с выделением углекислого газа. В нужное время периодически включать компрессор для прокачки через емкость воздуха, брожение усиливается, углекислый газ выделяется .
6. Охрана и сигнализация. Мы живем в России, где все возможно. Сейчас уровень охранной техники высок, многое придумано, но достаточно дорого. На базе МКА можно организовать SMS-оповещение несанкционированного доступа в охраняемый периметр, также можно сделать фото и видеозапись нарушителя, предупредить его об нарушении закона на частную собственность.
Методы и инструменты реализации:
Все предложенные способы автоматизации осуществимы при наличии следующих устройств: микроконтроллеров на основе Arduino и датчиков - освещенности, влажности и температуры, реального времени, углекислого газа, уровня; сервоприводов, шаговых двигателей, водяных насосов, воздушных компрессоров; солнечной батареи с контроллером; литий - ионных аккумуляторов; вентиляторов.
Решение: Были приобретены требуемые устройства через Интернет- торговлю в Китае. Это самый бюджетный вариант изготовления действующей модели «Умной теплицы». Изготовлена модель теплицы в масштабе 1:100, собраны теплоаккумулятор с вентилятором от компьютера, 2 емкости под воду, все соединено трубками и насосы подключены к контроллеру. Спаяны в цепь 15 светодиодов 11-красных и 4 синих для организация досветки, установлен термодатчик и соединен в цепь с МКА.
Микроконтроллеры на основе Arduino были запрограммированы на нужную последовательность действий всех устройств и опробованы в работе. Система требует настройки до определенных параметров. Для внедрения в настоящую теплицу вся автоматика подходит полностью, будет необходимо все усилить более мощными моторами и вентилятором, что тоже легко и экономично выполнимо.
А где же цифровые технологии?
Что такое Arduino
Arduino — это небольшая плата с собственным процессором и памятью. На плате также есть пара десятков контактов, к которым можно подключать всевозможные компоненты: лампочки, датчики, моторы, чайники, роутеры, магнитные дверные замки и вообще всё, что работает от электричества.
В процессор Arduino можно загрузить программу, которая будет управлять всеми этими устройствами по заданному алгоритму. Программы для Arduino пишутся на обычном C++, дополненным простыми и понятными функциями для управления вводом/выводом на контактах. Если вы уже знаете C++ - Arduino станет дверью в новый мир, где программы не ограничены рамками компьютера, а взаимодействуют с окружающим миром и влияют на него. Для удобства работы с Arduino существует бесплатная официальная среда программирования «Arduino IDE», работающая под Windows, Mac OS и Linux.
С помощью неё загрузка новой программы в Arduino становится делом одного клика. Полноценные устройства можно собирать, используя специальную макетную доску, перемычки и провода абсолютно без пайки. Конструирование ещё не было таким быстрым и простым.
Вот пример- листинг одной программы из библиотеки.
К Arduino подключён аналоговый датчик уровня освещённости, пироэлектрический цифровой датчик движения тёплых объектов и светодиодная лампа
Актуальность: Для выращивания овощных культур часто используют теплицы, где тратится много ручного труда для поддержания оптимальных условий для выращивания. Появилась идея автоматизировать этот процесс на модели маленькой теплицы с последующим масштабированием на «большую».
Предмет исследования: теплица
Объект исследования: комфортные условия для роста и развития растений в теплице.
Гипотеза: если приблизить условия содержания растений к «идеальным» для данного вида растений, то можно получить высокий урожай данного вида при наименьших трудовых затратах.
Цель: создание «Умной теплицы» для комфортных условий роста и развития растений, облегчение труда по выращиванию теплолюбивых овощных культур с применением информационных технологий.
Задачи:
- изучить литературу по данной теме, а именно какие факторы влияют на комфортную жизнь растений в теплице: температура, влажность, освещенность, содержание углекислого газа;
- найти информацию о платформе Arduino и принципах ее работы;
- продумать схему для сборки умной теплицы;
- разработать алгоритм сбора информации с датчиков, контролирующих комфортные условия роста и развития теплолюбивых культур;
- подобрать комплектующие для реализации проекта;
- написать алгоритм и код программы автоматизации процессов с помощью программного обеспечения и консультации папы;
- испытать работу мини теплицы;
- провести экономические расчеты для большой теплицы на дачном участке.
- ТЕОРЕТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ
1.1 К чему теплице автоматизация?
Давайте рассмотрим подробнее, что же происходит в конструкции теплицы, которой не ведома автоматика и контроль за ее микроклиматом ведется по возможности, хотя и фактически каждый день.
Рано утром, как только первые солнечные лучи попадают в теплицу, температура в теплице начинает быстро повышаться. И, чем выше теплица по высоте, тем это происходит быстрее. Для растений это – хорошо. Вот только есть проблема: перепад температур в это время между почвой и воздухом достигает порой разницы в 30°С! Корни остаются еще холодными, тогда как верхушки растений уже разогрелись. Более «холодная» подземная часть плохо снабжает более «теплую» верхнюю часть растений, что приводит к элементарному дефициту влаги. Для растений это плохо.
В жару растения испытывают еще больший стресс. Обычно хозяева идут собственноручно открывать форточки и двери уже тогда, когда температура внутри достигает 40°С. Двери и форточки резко открывают, и образовавшийся сквозняк уносит остатки и так недостающей влаги. Молодые побеги от этого теряют тургор – давление внутри клеток, вянут, а цветы и завязи и вовсе отпадают. А вот вредители, особенно паутинный клещ, от жары и сухости начинают чувствовать себя как раз хорошо. Только вечером растения начнут приходить в себя. То есть задача «умной» теплицы – это максимально поддерживать комфортный климатический режим для растений в теплице: влажность, температуру, насыщенность кислородом и влагой.
1.2 Освещение
Любые растения нуждаются в 12-16-ти часовом освещении в сутки. Как только продолжительность дня становится короче 10 часов, растения попросту перестают расти. Но и круглосуточно освещать теплицу не нужно. Для растений существует своя норма ночного покоя-6 часов.
Самые светлые головы планеты провели ряд интереснейших экспериментов и дружно решили, что любой растительности нужен только «полезный» свет: красная область спектра (волны длиной 600-700 нанометров), пока идет цветение и завязываются плоды и синий (400-500 нанометров) собственно для вегетативного роста (Приложение 1). С помощью популярной красивой подсветки можно освещать тепличные растения только одним «нужным» светом – синим или красным, либо в их комбинации. Электроэнергии они потребляют мало, именно на них ученые возлагают свои самые большие надежды.
Впервые опыты со светодиодами в теплице проводились в Дании. В итоге при использовании 50 тысяч светодиодов было сэкономлено около 40% энергии на огромной площади, а растения стали расти еще более интенсивнее. У цветов появлялось больше бутонов. И при этом в промышленных теплицах уже меньше использовались химикаты для регулировки роста растений.[1]
1.3 Фотосинтез
Фотосинтез — это процесс, при котором из углекислого газа и воды на свету образуются органические вещества. Общая формула фотосинтеза выглядит следующим образом:
Вода + Углекислый газ + Свет → Углеводы + Кислород
Выделяющийся при фотосинтезе кислород поступает в атмосферу. В верхних слоях атмосферы из кислорода образуется озон. Озоновый экран защищает поверхность Земли от жесткого ультрафиолетового излучения, что сделало возможным выход живых организмов на сушу.
Фотосинтез – это основа питания растений. Научно доказано, что 95% урожая определяют органические вещества, полученные растением в процессе фотосинтеза, и 5% – те минеральные удобрения, которые садовод вносит в почву.
Современные дачники основное внимание уделяют почвенному питанию растений, забывая о его воздушном питании. Неизвестно, какой урожай могли бы получить садоводы, если бы они внимательно относились к процессу фотосинтеза[3].
Свет, участвующий в процессе фотосинтеза, попадает в хлоропласты – внутриклеточные полуавтономные органеллы, содержащие зеленый пигмент. Под действием солнечного света хлоропласты вытягивают воду из почвы, разделяя ее на водород и кислород. Световая энергия собирается в специальные отсеки хлоропластов, называемые тилакоиды, а затем делит молекулу воды на кислород и водород.
Часть кислорода вырабатывается в атмосферу, а часть идет на дыхание растения. После чего углекислый газ в пиреноидах (белковых гранулах, окруженных крахмалом) смешивается с водородом и образует молекулы сахара. В результате этой реакции также выделяется кислород.
Соединяя сахар, с добываемыми из почвы азотом, серой и фосфором, зеленые растения производят крахмал, жиры, белки, витамины и другие сложные соединения, необходимые для их жизни.
Хотя в абсолютном большинстве случаев фотосинтез протекает под воздействием солнечного света, в нем также может участвовать и искусственное освещение. Растение поглощает свет при помощи зеленого вещества, которое называется хлорофилл. Хлорофилл содержится в хлоропластах, которые находятся в стеблях или плодах. Особенно большое их количество в листьях, потому что из-за своей очень плоской структуры листок может притянуть много света, соответственно, получить намного больше энергии для процесса фотосинтеза.
После поглощения хлорофилл находится в возбужденном состоянии и передает энергию другим молекулам организма растения, особенно, тем, которые непосредственно участвуют в фотосинтезе. Второй этап процесса фотосинтеза проходит уже без обязательного участия света и состоит в получении химической связи с участием углекислого газа, получаемого из воздуха и воды. На данной стадии синтезируются разные очень полезные для жизнедеятельности вещества, такие как крахмал и глюкоза.
Эти органические вещества используют сами растения для питания разных его частей, а также для поддержания нормальной жизнедеятельности.
Фотосинтез может происходить как под действием искусственного света, так и солнечного. Как правило, на природе растения интенсивно «работают» в весенне-летний период, когда необходимого солнечного света много. Осенью света меньше, день укорачивается, листья сначала желтеют, а потом опадают. Но стоит появиться весеннему теплому солнцу, как зеленая листва вновь появляется и зеленые «фабрики» снова возобновят свою работу, чтобы давать кислород, такой необходимый для жизни, а также множество других питательных веществ.[2]
Для повышения продуктивности фотосинтеза необходимы следующие условия:
- Оптимальный световой режим – интенсивность освещения и длительность светового дня. Практически зависит от густоты посевов, ориентирования их рядов, искусственного освещения в теплицах. Следует также учитывать и разницу в освещении светолюбивых и теневыносливых растений.
- Благоприятный температурный режим (20-25°С) при выращивании растений в теплице.
- Достаточная для данной культуры увлажненность почвы, регулирование, которой можно осуществлять орошением (поливом) или осушением.
- Нормальное содержание диоксида углерода в воздухе (особенно в теплицах), так как снижение его содержания тормозит фотосинтез, а повышение угнетает процесс дыхания.
- Достаточное содержание минеральных солей в почве.[4]
1.4 Вегетативный период растений
Секрет успешного выращивания состоит в том, чтобы понять, как растения растут и приносят плоды! Независимо от условий выращивания, в помещении или на улице, им нужны одинаковые требования для роста. Растениям нужен свет, воздух, вода, питание, субстрат, тепло для производства плодов и роста. Без одного из этих жизненно важных факторов, оно перестает расти и вскоре погибает. В помещении свет должен быть определенного спектра и интенсивности; воздух должен быть теплым, в меру сухим, обогащенным углекислым газом; вода должна быть в достатке, но не в избытке, и среда выращивания должна содержать определенное количество питательных веществ для бурного роста. Когда все эти требования выполнены на оптимальном уровне, результатом будет и оптимальный рост.
Растение должно развить здоровую и густую корневую систему для лучшего усвоения питательных веществ, и надземную структуру для лучшего получения доступного света.
Для обычных растений вегетативный рост поддерживается 16 часами света и больше. Растение будет продолжать вегетативный рост в течение года или дольше (теоретически бесконечно), пока поддерживается 18-ти и более, часовой фотопериод. Растение реагирует на фотопериод; цветение можно контролировать с помощью цикла «свет-темнота». Это позволяет садоводам, выращивающим в помещении, контролировать вегетативный рост и период цветения.[4]
1.5 Капельный полив
Капельный полив - это метод, когда поливная вода малыми дозами подаётся непосредственно под корни растений, с помощью капельниц-дозаторов и используется наиболее эффективно.
Преимуществ у капельного полива очень много, они очевидны и подтверждены многолетней практикой садоводов большинства стран мира, это:
- более ранний и обильный урожай;
- предотвращение появления сорняков;
- предупреждение почвенной эрозии;
- предотвращение распространения болезней;
- экономия поливной воды (приблизительно наполовину) благодаря тому, что исключаются её испарение и инфильтрация;
- сокращение использования удобрений;
-невозможность попадания поливной воды на растения, что полностью исключает солнечные ожоги;
-предотвращение образования корки на поверхности почвы, что даёт лучшую вентиляцию корням;
- возможность непрерывного и равномерного полива без вашего присутствия и участия, все 24 часа в сутки, при любом ветре;
- действия по обработке растений и уборке урожая можно осуществлять в любое удобное время, не ориентируясь на полив;
- простота и доступность монтажа и ухода;
-нет необходимости перекладывать шланг, рискуя покалечить или сломать растения, разводя по дорожкам грязь (один раз уложил и забыл);
- эффективное использование трудозатрат;
- значительное увеличение интервалов между рыхлением и прополкой;
- увеличивается срок хранения выращиваемых растений;
- сокращение износа трубопроводов;
- значительная экономия денежных средств.[6]
- Что такое Arduino
- Практическая часть
Технические характеристики материалов, которые мы использовали в проекте мини теплицы, приведены в приложении 6 .
Опишем этапы сборки проекта.
- Сначала создаем модель теплицы на бумаге. Продумываем, какие параметры будем замерять, согласно комфортным условиям для роста и развития растений. Рисуем схему (Приложение 7)
- На макетной плате собираем опытный образец, в дальнейшем все провода были спаяны или использованы соответствующие разъемы.(Приложение 8)
- Разрабатываем механизм реализации полива. Для этого нам понадобились - датчик влажности почвы, реле включения насоса.
- Подключаем дисплей для индикации показания датчиков, который позволяет проверять, корректно ли работает алгоритм работы датчиков.
- Проектируем и монтируем контроль освещения: фоторезистор, фотолампа, реле для включения лампы.
- Для контроля влажности и температуры воздуха внутри теплицы устанавливаем соответствующий датчик.
- Монтируем вентилятор с заслонкой для микропроветривания и сервопривод для открывания заслонки. Для сквозного проветривания подключаем к работе сервопривод для открывания форточки теплицы.
- Монтируем инфракрасный порт с пультом для дистанционного управления. Схема включения датчиков показана в Приложении 9. В данном проекте реализовано 3 режима функционирования системы:
- Базовый режим - управление устройствами происходит в соответствии с показаниями датчиков.
- Демонстрационный режим - управление устройствами происходит с пульта (используется для проверки работоспособности, как подготовка перед взлетом самолета проверяют все системы на земле)
- Режим настроек - изменение границ регулирования. Данный режим нужен для автономного использования системы, изменение режимов работы без подключения к компьютеру и без перепрограммирования. Настройки хранятся в энергонезависимой памяти Arduino (такие как границы контроля влажности/температуры). Это особо актуально, если мы захотим выращивать разные типы растений в одной теплице. Одним требуется больше тепла, другим больше воды.
- Устанавливаем поплавковый датчик в бочке, который осуществляет защиту для насоса. Работа насоса без воды быстро выведет его из строя. Так как вода, в данном случае является еще и смазкой для движущихся частей и охладителем для трущихся.
- В случае опрокидывания емкости с водой или не герметичности системы подачи воды устанавливаем датчик протечки, который сможет защитить электронику от короткого замыкания.
- Установим пьезоэлемент со звуковым сопровождением, который будет сигнализировать о низком уровне воды в бочке и о протечке воды в теплице.
- Прописываем алгоритм (Приложение 10) и код программы (Приложение 11).
- Собираем нашу «умную теплицу» (Приложение 12). Фотографии и комментарии процесса сборки теплицы приведены в Приложении 13
- Заключение
- Жизнь растения, его рост и развитие, урожайность зависят от определенных внешних условий среды. Основные из них - тепло, свет, вода, воздух, питательные вещества. Они необходимы растению в комплексе, и ни один из них не может заменить другой.
- И если овощевод умеет правильно регулировать и создавать условия для нормального обитания растения, то старания его будут вознаграждены урожаем высококачественных овощей.Результатом внедрения нашей «Умной теплицы» будет сокращение трудозатрат по выращиванию овощей, высвобождение личного времени нас и наших родителей, получение большего урожая как следствие более правильных технологий по выращиванию в закрытом грунте.
- Первый опыт работы в качестве проектировщика, сборщика установки, программиста мною получен. И я думаю, что наш проект мини «Умной теплицы» будет реализован дальше, потому что уже сейчас на этапе выращивания рассады моя бабушка уже является заказчиком такой небольшой теплички.
- Считаю, что поставленные перед собой задачи я выполнил, цели достиг.