Умная теплица научный проект

Над проектом «Умная теплица» работает три месяца. 

Введение

Вам всем приходилось, наверное, пробовать на вкус помидоры из супермаркета, которыми можно «гвозди заколачивать». А если покупать натуральные помидорчики и огурчики, то никаких денег не хватит. Выращивание овощей у себя на участке – это лучший вариант. Вы будете уверены в своих томатах на 100%.

Актуальность: Мы живем на севере, в зоне рискованного земледелия. Для выращивания овощных культур у нас 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.

Цель: создание «Умной теплицы» для комфортных условий роста и развития растений, облегчение труда по выращиванию теплолюбивых овощных культур с применением информационных технологий.

Задачи:

1. изучить литературу по данной теме, а именно какие факторы влияют на комфортную жизнь растений в теплице: температура, влажность, освещенность, содержание углекислого газа;
2. найти информацию о платформе Arduino и принципах ее работы;
3. продумать схему для сборки умной теплицы;
4. разработать алгоритм сбора информации с датчиков, контролирующих комфортные условия роста и развития теплолюбивых культур;
5. подобрать комплектующие для реализации проекта;
6. написать алгоритм и код программы автоматизации процессов с помощью программного обеспечения;
7. испытать работу мини – теплицы;
8. провести экономические расчеты для большой теплицы на дачном участке.

Работа над проектом.

Размеры теплицы: 5000х4000х2200 мм.

Электронно-механические компоненты, можно вместить в пластиковый бокс.

Такие элементы как труба полива – устройство сделано из полипропиленовой трубы, диаметром 20 мм, по длине можно сделать сколько угодно, под размер теплицы. Вентилятор в нашей теплице 120х120х25 мм, существуют разные размеры таких вентиляторов на 12В, для большой теплицы можно поставить вентиляторы помощнее. Солнечная батарея у нас мощностью 4 кВт, но тоже в зависимости от мощности бывают разные виды солнечных батарей, все они могут подойти к нашему проекту. Покрывали нашу теплицу сотовым поликарбонатом. Моделировали размеры и форму в ПО Autodesk Fusion 360.

          Описание проекта: Наш проект «Автономная теплица» предназначен для автономного полива растений по заданному времени, контролем расхода воды, контролем критичных температур, как внутри теплицы, так и снаружи. Для автономной работы проекта присутствует солнечная батарея и ветрогенератор, заряжающие аккумуляторы. Управление и установка параметров работы происходит с любого смартфона по Bluetooth подключению. Проект можно встроить в любую каркасную теплицу.  Решение сделано на плате Ардуино УНО и устройствами совместимыми с данной технологией. Мы использовали следующие устройства:

1. Плата Ардуино УНО – 1шт.
2. Bluetooth модуль HC-05 (HC-06) – 1шт.
3. Дисплей LCD 1602 и I2C – 1шт.
4. Цифровой датчик температуры и влажности DTH11 – 1шт.
5. Сервопривод MG90S (в зависимости от конструкции -1 или 2 шт.)
6. Датчик влажности почвы и MH-sensor -1шт.
7. Часы реального времени RTC – 1 шт.
8. Водяная помпа
9. Транзисторs (IRF840)
10. Аккумуляторных батарей – 24 шт.
11. Солнечная батарея и ветрогенератор
12. Шланги (пластиковая труба).

С проектом идет QR-код по которому можно выйти на сайт с описанием проекта, ссылками на программное обеспечение, настройки. Первым делом необходимо скачать и установить программу «Arduino Bluetooth controller». С помощь нее подключаемся к устройству. Далее с помощью меню настраиваем нужные нам параметры.

Параметры:

«Дата» – установка текущей даты;

«Время» – установка текущего времени;

«Установка критичных температур» – низкая температура при которой закрываются двери, средняя открывается дверь, и высокая (жаркая) температура при которой открыта дверь и включается вентилятор;

«Установка времени полива» – это полив по времени, например, утром или вечером, потому что в жаркий день поливать нельзя, могут погибнуть растения!

Если человек присутствует рядом с теплицей, то ей можно управлять непосредственно.  Так с помощью телефона можно открывать и закрывать двери, включать и выключать свет и вентилятор. Управлять напором и включением, и выключением полива растений.

Так же теплица реагирует на сухость почвы, чем суше почва, тем больше воды уйдет на полив, и чем влажнее (например, недавно был дождь) – тем меньше, это экономия электричества, воды и защита от чрезмерного полива растений, что отрицательно сказывается на их росте.

Работы, производимые над проектом: моделирование прототипа теплицы и ее сборка. Электронные компоненты теплицы, дополнялись постепенно, рисовались схемы подключения, изучались типы и модели устройств, выявлялись лучшие. После сборки и подключения конкретного устройства производилась их настройка и программирование.

При постановке задачи, – ставилась проблема, удалённости дачных участков, автономной работы огородных участков и т.д. При решении ее, старались упростить формулировку, отсечь ненужные мешающие компоненты и оставить необходимое, то что действительно может помочь, людям в уходе за растениями. Анализировали систему на всех стадиях доработки проекта, дабы улучшение одного эффекта не приводило к сильному усложнению системы или ухудшению работы других компонентов.

Экономическая часть проекта. Использовалось следующее оборудование (цены взяты с Алиэксперсс в тенге):

9. Перспективы. Проект является прототипом и может легко дорабатываться до производственного проекта необходимых размеров. Для этого меняется помпа малой емкости, на реле и электромотор для полива. Так же необходимо поменять механические узла для закрывания дверей. В перспективе, заменить Блютуз модуль на GPRS-модуль для мониторинга и управления теплицей посредством СМС сообщений. При возможности и наличии фрезерного станка, произвести печатную плату для замены проводов и уменьшения габаритов.

Для дальнейшего развития проекта ставлю перед собой следующие задачи:

1. Установить датчик контроля углекислого газа и продумать способы увеличения концентрации этого газа;
2. Для использования теплицы в периоды ранней весны и поздней осени, а также холодного летнего периода продумать принудительный обогрев;
3. Предусмотреть использование увлажнителя воздуха в случае засушливого лета;
4. Проработать дневной и ночной режим температуры и содержания CO_2;
5. Смонтировать систему так, чтобы можно было управлять ей с пульта дистанционного управления на большие расстояния. И рассмотреть возможность использования Wi-Fi/4G модуль и приложения на Android для смартфона.