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:
- 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;
- испытать работу мини – теплицы;
- 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:
- Плата Ардуино УНО – 1шт.
- Bluetooth модуль HC-05 (HC-06) – 1шт.
- Дисплей LCD 1602 и I2C – 1шт.
- Цифровой датчик температуры и влажности DTH11 – 1шт.
- Сервопривод MG90S (в зависимости от конструкции -1 или 2 шт.)
- Датчик влажности почвы и MH-sensor -1шт.
- Часы реального времени RTC – 1 шт.
- Водяная помпа
- Транзисторs (IRF840)
- Аккумуляторных батарей – 24 шт.
- Солнечная батарея и ветрогенератор
- 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):
№ | Название | Цена | Количество | Сумма |
1 | Плата Ардуино УНО | 1680 | 1 | 1680 |
2 | Bluetooth модуль HC-05 (HC-06) | 2400 | 1 | 2400 |
3 | Дисплей LCD 1602 и I2C | 600 | 1 | 600 |
4 | Цифровой датчик температуры и влажности DTH11 | 360 | 1 | 360 |
5 | Сервопривод MG90S | 1200 | 1 | 1200 |
6 | Датчик влажности почвы и MH-sensor | 360 | 1 | 360 |
7 | Часы реального времени RTC | 900 | 1 | 900 |
8 | Водяная помпа | 420 | 1 | 420 |
9 | Транзисторs (IRF840) | 600 | 2 | 1200 |
10 | Расходные материалы (провода, прочее) | 600 | 1 | 600 |
ИТОГ: | 9720 |
- 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:
- Установить датчик контроля углекислого газа и продумать способы увеличения концентрации этого газа;
- Для использования теплицы в периоды ранней весны и поздней осени, а также холодного летнего периода продумать принудительный обогрев;
- Предусмотреть использование увлажнителя воздуха в случае засушливого лета;
- Проработать дневной и ночной режим температуры и содержания CO2;
- 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.