Автоматика для теплицы на микроконтроллере
Roof-store.ru

Строительный портал

Автоматика для теплицы на микроконтроллере

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.

Краткое описание системы:
Дождевая вода собирается с крыши и хранится в баках. В одном дождевом баке установлен погружной насос. Он перекачивает воду в подпиточный бак в теплице. В подпиточном баке установлены 7 насосов, осуществляющих непосредственный полив растений.

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.

Шаг 1: Дождевые баки

У меня есть два бака для сбора дождевой воды, подсоединенные к водостоку. В баках установлена автоматическая защита от перелива, требующая выставления уровня наполненности. Баки соединены между собой шлангом, таким образом, между ними осуществляется сифонный водосброс, чтобы достичь одинакового уровня воды в обоих баках.

В баке, ближайшем к теплице, установлен погружной насос и ультразвуковой датчик, измеряющий расстояние до поверхности воды. Они соединены с модулем Arduino, находящимся в теплице, и отправляющим данные на мой телефон. Измерение расстояния до поверхности также не даст насос включиться, если уровень воды ниже водозаборника.

Шаг 2: Подпиточный бак

Насос подает воду из дождевого бака в подпиточный, находящийся в теплице. В нем установлены семь насосов от дешевых стеклоомывателей. Ультразвуковой датчик контролирует уровень наполненности бака, я задал границы 50% и 75% для автоматического режима. Наполнение происходит из бака с дождевой водой.

Насосы 1-4 соединены с группами из четырех горшков, насосы 5 и 6 запасные, а насос 7 соединяется с насадкой увлажнителя. Последнее я сделал в порядке эксперимента, преследуя следующие цели: первая — охлаждение воздуха, и вторая — повышение влажности, что очень нравится огурцам.

Шаг 3: Датчики влажности почвы в горшках

Датчики влажности почвы собирают и отправляют данные каждые полчаса. Заданное значение и данные с датчиков отражаются на экране телефона, с телефона я также могу менять настройки.

Шаг 4: Турбулентная стойка в горшке

Шланги идут от насоса к турбулентным стойкам в четырех горшках.

Шаг 5: Вентилятор

Работа вентилятора зависит от заданной величины в телефоне и контролируется ШИМом (Широтно-Импульсным Модулятором), в зависимости от того, насколько выше актуальная температура, чем заданные значения.

Шаг 6: Датчики температуры

Для измерения температуры я установил два однопроволочных датчика DS18B20, один наверху, другой внизу. Данные с них передаются каждые десять минут. В зависимости от показаний, я включаю вентилятор или обогреватель.

Шаг 7: Увлажнитель

Распыляющая насадка для повышения влажности воздуха и охлаждения, если вентилятор не справляется.

Шаг 8: Система контроля Arduino

Сейчас я не буду давать управляющую программу для Arduino, пока прикладываю фото соединения платы с различными реле и иже с ними. Такая путаница в проводах вызвана изменениями, которые я вносил после каждого испытания.

Шаг 9: Интерфейс Blynk

Прилагаю картинки интерфейса для автоматизации теплицы. Он сделан с помощью приложения Blynk.

Первая картинка: показана индикация низкого уровня воды в баках или ошибка сигнала. В обоих случаях я останавливаю насосы. А также график истории данных об уровнях воды в обоих баках.

Вторая картинка: данные мониторинга температуры, также с графиком истории данных. Здесь видны заданные значения максимума и минимума температуры в теплицы. Показаны средние показатели температур вместе с процентами мощности работы вентилятора, когда температурные показатели превышают заданные значения. Также можно увидеть, работает ли обогреватель.

Третья картинка: данные датчиков влажности почвы и заданное значение начала полива. Отсчет времени до следующего измерения, интервал 30 мин. График истории измерений с полученными показаниями.
Четвертая картинка: возможность управлять работой насосов напрямую с телефона, в основном, в целях отладки. Также здесь я могу переводить части системы в автоматический режим. И устанавливать длительность сеансов полива.

Pumps Auto: насос дождевого бака и насосы подпиточного бака переходят в автоматический режим, то есть вода наполняет подпиточный бак, растения поливаются.
Watering 13:00 (полив 13:00): в автоматическом режиме растения поливаются раз в день, в 13:00.

Cooling Auto (автоматическое охлаждение): вентилятор находится в автоматическом режиме и начнет работать, когда температура поднимется выше заданного значения. Чем выше будет подниматься температура, тем выше мощность работы вентилятора.

Heater Auto (автоматический обогрев): обогреватель находится в автоматическом режиме и начнет работать, как только температура опустится ниже заданного значения. Гистерезис составляет 1°, то есть обогреватель отключится, как только температура превысит заданное значение на 1 градус.

Рассказываю как сделать какую-либо вещь с пошаговыми фото и видео инструкциями.

СИСТЕМА УПРАВЛЕНИЯ ТЕПЛИЦЕЙ УТ-24! ГОТОВОЕ РЕШЕНИЕ!

Тепличное строение это прежде всего экосистема, которая требует соблюдения многих факторов для благоприятного выращивания различных культур. В данной статье мы рассмотрим систему управления теплицей, которую может собрать любой желающий самостоятельно.

Система управления теплицей УТ-24 может обеспечивать микроклимат в теплице с помощью подключаемых датчиков температуры и охладительного, нагревательного оборудования. Охладительным оборудованием может являться: открывающая форточку, вентилятор, кондиционер и т.п. Контроллеру по большому счёту не важно какое включать/отключать оборудование. В нашей системе применяется контактор для охлаждения/нагрева теплицы на 5кВт, но Вы можете установить самостоятельно с другой мощностью по своим потребностям. Микроклимат это один из самых важных факторов в выращивании культур:

o при сильной жаре – без своевременного охлаждения и проветривания, растения погибают

o растениям необходима циркуляция свежевого воздуха для благоприятного роста

o при заморозках и в зимний период необходим подогрев теплицы для предотвращения замерзания растений

Система управления теплицы обеспечивает данные режимы микроклимата:

o o возможность установки определённой температуры для работы нагревательного оборудования

o возможность установки определённой температуры для работы охладительного оборудования

Также одним из самых важных факторов в выращивании тепличных культур является правильный и своевременный полив. В данной системе управления теплицей УТ-24 реализованы различные условия и режимы для полива растений. Система позволяет производить полив растений по трём независимым зонам, которые в свою очередь возможно настроить в следующих режимах:

o полив растений по заданным таймерам

o полив растений по датчику влажности почвы

o ручной режим полив растений


При этом можно устанавливать различные сопутствующие условия в зависимости от конфигурации системы:

o автоматический полив растений по таймеру и датчика влажности

o контроль температуры воды в аккумулирующей ёмкости для полива растений

Читать еще:  Как помыть камни для бани

o контроль уровня жидкости в аккумулирующей ёмкости (защита насоса от сухого хода)

Для разделения зон полива растений используются электроклапана на 12,24,220В (в зависимости от модификации). Контроль за температурой в ёмкости отвечает аналоговый датчик температуры 4-20мА, который способен с высокой точностью определять температуру воды. Также реализован контроль за уровнем в ёмкости с помощью аналогового датчика 4-20мА или дискретных датчиков (нижний и верхний уровень). Аккумулирующая ёмкость часто используется для естественного нагрева воды, так как поступаемая вода из скважины имеет очень низкую температуру, которая негативно сказывается на растениях.

Также одним из ключевых факторов для эффективного роста растений является их досветка по определённым условиям. Растения получающие недостаточное количество освещенности в течении дня имеют замедленный рост и следствие уменьшенный урожай. Самым простым способ реализованным в системе управления теплицей является досветка растений по дискретному датчика. Таким образом, система определяет за промежуток установленного времени (например, с 7 до 18), какая была освещенность растений и при необходимости сама включает досветку на нужное количество времени. Также реализован контроль досвечивания растений по аналоговому датчика освещенности, который определяет текущий уровень освещенности в теплице. Соответственно реализованы следующие режимы и параметры по досветке растений:

o включение освещенности по таймеру

o включение освещенности по датчику освещенности

o ручной режим включения освещенности

o включение освещенности по таймер условием контроля уровня освещенности

Система управления теплицей УТ-24 также способна контролировать работу насосов: скважинного и поливочного, по нескольким условиям. Работу скваженного насоса можно настраивать относительно уровня аккумулирующей емкости, когда при уменьшении уровня жидкости в ёмкости насос включается, а при полном заполнении отключается. Также система управления теплицей УТ-24 позволяет управлять поливочным насосом по нескольким условиям, а именно:

o в ручном режиме

o в автоматическом режиме (при условии открытия любого из клапанов)

o ручной режим с условием датчика сухого хода

o в автоматическом режиме с условием датчика сухого хода

Система управления теплицей УТ-24 позволяет существенно экономить человеческий труд, повышает благоприятные условия для роста тепличных растений, а также обеспечивает удаленный контроль за экосистемой. Данное решение собирается на промышленном оборудовании для стабильной и безотказной работы, а также промышленные датчики КИПиА для правильного технологического контроля.

Также система предусматривает передачу данных по промышленному протоколу Modbus на верхний уровень SCADA системы или для удаленного контроля за параметрами теплицы. Нами реализована возможность сбора данных основных параметров и значений, а также управление технологическим оборудованием теплицы удаленно.

Данная система управления была реализована на промышленном программируемом реле ПР200. Наша компания выкладывает в свободным доступ краткую инструкцию и программный код для контроллера для самостоятельного настройки и сборки системы управления. Данная программа дорабатывалась под максимально универсальный сценарий различных события, т.е. Вы можете самостоятельно убрать лишний код программы, либо добавить свой при необходимости.

Также у данной системы присутствуют определенные ограничения, связанные с возможностью программируемого реле ПР200, а именно:

o относительно мало памяти программируемого реле, которое ограничивает в расширении системы

o небольшое количество сетевых переменных (макс 64шт) для передачи на верхний уровень

o ограничение программируемого реле в программном коде относительно полноценного контроллера

Все данные недостатки решаются с установкой промышленного контроллера ПЛК.

Мы готовы оказать консультационную помощь по данному решению, а также выполнить сборку и настройку системы под ключ на базе промышленных реле или контроллерах Haiwell , Unitronics .

Автоматика для теплиц: 4 способа автоматизации процессов

Выращивание культур в условиях защищенного грунта предполагает организацию определенного микроклимата внутри помещения. Иначе парник становится не только мало полезным, но и может нанести непоправимый вред рассаде. Обеспечить растениям необходимые условия можно и своими силами. Но, более удобной и действенной будет автоматизация процессов, влияющих на климат внутри парника. Как можно автоматизировать теплицу при помощи готовых и самодельных устройств – читайте в статье.

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.

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

  1. 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.
  2. Гидравлическую. Такие технологии надежные и абсолютно безопасные: в их основе лежит принцип расширения жидкостей при перегреве. Недостатки конструкций – медленное реагирование на понижение температуры.
  3. 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.

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.

Больше информации об умной теплице на основе чипа Ардуино можно прочитать по ссылке: https://homeli.ru/dvor-i-sad/teplitsy/umnaya-teplitsa

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.

Система зашторивания теплиц

В значительных по площади промышленных теплицах, для нормализации микроклимата, применяют и системы зашторивания парников. В бытовом хозяйстве такие системы показывают не менее высокую результативность.

Система зашторивания обеспечивает затенение теплицы, снижая вероятность перегрева парника из-за солнечной радиации в летний период.

Различают боковые и верхние экраны систем зашторивания. Вместе с тем, существует несколько типов полотен, которые выполняют различные функции: полное или частичное затемнение, сбережение тепловой энергии, удерживание искусственного света внутри парника.

Зачастую, для контроля над системой зашторивания, используют централизованное управление от единой системы автоматического регулирования микроклимата в теплице.

При необходимости Экран приводит в действие переключатель на шкафчике автоматики. Кроме того, систему можно включить в программу общего контроллера по управлению климатом внутри теплицы.

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.

Читать еще:  Монолитно каркасный дом плюсы и минусы

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.

Организация капельного полива имеет такие этапы:

  1. Разработка схемы полива с учетом индивидуальных размеров теплицы.
  2. Подготовка материалов (капельных шлангов, бака для воды, фильтров, кранов, соединительных штуцеров, магистральной трубы).
  3. Установку бака на высоте в 0,1-0,2 см, монтаж фильтров для очистки воды.
  4. Разводку магистрального водопровода и веток линий.
  5. Монтаж перекрывающих кранов на каждую ветку.
  6. Соединение всех составляющие водопровода при помощи соединительных штуцеров.
  7. Установка капельниц.
  8. 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.

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.

Принцип работы термовента основывается на способности расширения масел при нагревании. Кроме того, на термоприводе можно настроить нужную температуру для автоматического проветривания теплицы. Выбрать автоматический открыватель форточек помогут советы специалистов: https://homeli.ru/dvor-i-sad/teplitsy/avtomaticheskij-otkryvatel-fortochek-dlya-teplitsy

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.

Оборудование: автоматика для теплиц (видео)

Автоматизация теплицы – это современный, удобный способ повышения урожайности в парнике. Все процессы в автоматизированных теплицах происходят без участия человека, что является неоспоримым преимуществом для огородников, чей садовый участок находится вдали от постоянного места проживания. Оборудовав теплицу автоматикой, вы перестанете заботиться о том как бы не забыть открыть форточку, включить осветительные и отопительные приборы в теплице: “умная” система сделает все за вас, создав наиболее оптимальные условия для роста и плодоношения культуры!

Здесь может быть Ваша реклама

В статье описана аппаратная реализация системы управления микроклиматом в теплице. Данная система является частью реального приусадебного хозяйства. С её помощью процесс выращивания растений стал частично автоматизированным, не требующим постоянного присутствия человека.

Конкретный экземпляр данной системы отрабатывается на каркасностеклянной теплице, длиной 6 метров, шириной 3 метра, высотой 2 метра. В теплице имеется одна дверь и 2 форточки, проведены электричество и водопровод. Нагрев воды происходит в емкости объемом 70 литров. Давление в емкости составляет порядка двух атмосфер. В теплице выращивается около 35 растений.

Система имеет следующий вид:

Рисунок 1. Схема системы управления микроклиматом в теплице

Центральное место в системе занимает плата Arduino Mega (на рис. 1 -1):

Рисунок 2. Arduino Mega

Arduino является полностью открытой платформой, состоящей из платы и среды разработки, в которой реализована переработанная версия языка Processing/Wiring.

Используемая аппаратная платформа построена на микроконтроллере ATmega1280.

В данной системе задействованы 8 цифровых входов/выходов (всего на платформе их 54) и 10 аналоговых (всего их 16). Плата получает питание от внешнего блока питания.

Плата имеет следующие характеристики:

  • рабочее напряжение: 5В;
  • рекомендуемое входное напряжение: 7-12 В;
  • предельное входное напряжение: 6-20 В;
  • 54 цифровых портов ввода/вывода;
  • 16 аналоговых входов;
  • ток потребления на одном выводе: до 40 мА;
  • ток потребления вывода 3.3В: 50 мА;
  • память Flash Memory: 128 KB, из которых 4KB используются загрузчиком;
  • ОЗУ: 8 KB;
  • энергонезависимая память: 4 KB;
  • тактовая частота: 16 МГц;
  • размер: 75x54x15 мм;
  • вес: 45 г;

К Arduino Mega подключены необходимые датчики и модули.

Включение/выключение полива зависит от ряда параметров:

  • влажность почвы;
  • температура воды;
  • время суток.

В данной системе задействовано 4 датчика влажности почвы (на рис. 1 — 2).

Для измерения влажности почвы используется самодельный датчик, представляющий собой два гвоздя и резистор. Принцип действия основан на зависимости электрического сопротивления почвы от ее влажности.

Гвозди, введенные в почву на некотором расстоянии друг от друга, выступают в качестве щупов, между которыми проверяется сопротивление. По итоговому аналоговому сигналу можно судить о степени влажности.

Схема датчика представлена на рисунке:

Рисунок 3. Датчик влажности почвы

Для измерения температуры воды используется LM335Z -аналоговый термодатчик (термостабилитрон, на рисунке 1 — 3):

Рисунок 4. Аналоговый термодатчик LM335Z

Используемый датчик имеет следующие характеристики:

  • диапазон: -40…+100;
  • точность: 1°С;
  • зависимость: 10мВ/оС.

Для подключения датчика к плате требуется резистор, сопротивлением 2.2 кОм. Задавая ток через датчик в диапазоне от 0.45 мА до 5 мА (резистором R1), получаем напряжение на датчике, которое в десятках мВ представляет абсолютную температуру в градусах Кельвина.

Схема подключения имеет следующий вид:

Рисунок 5. Схема подключения термодатчика

Для того, чтобы полив включался только в темное время суток, используются 2 датчика света Light Sensor-BH1750 (на рис. 1 — 4):

Рисунок 6. Датчик света Light Sensor-BH1750

Данный датчик служит для измерения освещённости в пределах от 1 до 65535 люкс.

Он имеет следующие характеристики:

• напряжение питания: 3-5В;

• разрешение: 16 бит;

• габариты: 19х14х3 мм;

Подключение датчика производится следующим образом:

Рисунок 7. Подключение датчика света Light Sensor-BH1750

Когда полученные с датчиков показания удовлетворяют определенным условиям (она различаются для каждого вида растений), включается полив. Для регулирования полива используется электромагнитный клапан. Он подключается к плате с помощью реле (на рис. 1 — 5). А именно используется релейный модуль для Arduino проектов Relay Module 2 DFR0017. Он использует высококачественное реле Omron G5LA. Состояние выхода реле отображается с помощью светодиода. Этот модуль управляется с помощью цифрового порта ввода-вывода. Время переключения контакта составляет 10 мс. Как и датчики для измерения температуры и влажности почвы, релейный модуль подключается в управляющей электронике через три провода:

Рисунок 8. Назначение контактов разъема релейного модуля

Рисунок 9. DHT11 Temperature Humidity Sensor

Помимо полива данная система контролирует и температуру воздуха в теплице.

Для одновременного измерения температуры и влажности воздуха используется датчик DHT11 Temperature Humidity Sensor (нарис. 1 — 6).

Он подключаются к управляющей электронике через три провода: питание (Vсс), земля GND) и сигнальный.

На плате кроме датчика расположен микроконтроллер, в памяти которого записаны калибровочные поправки для датчиков. Сигнал с устройства передается по шине в цифровом виде. Это позволяет передавать данные на расстояние до 20 м.

Данный датчик имеет следующие характеристики:

  • напряжение питания: 5 В;
  • диапазон температур: 0-50 ° С, погрешность ±2 ° С;
  • влажность: 20-90%, погрешность ±5%.

Для регулировки температуры воздуха в теплице используется два режима: пассивное и активное проветривания. Пассивное проветривание представляет собой открытие/закрытие форточек, а активное -включение/выключение вентилятора.

Открытие форточек производится с помощью двух (по одному на форточку) сервоприводов Futaba Т306 MG995 (на рисунке 1 — 7):

Рисунок 10. Сервопривод Futaba Т306 MG995

Используемые сервопривод имеет следующие характеристики:

  • скорость работы: 0.17 с / 60 градусов (4,8 В без нагрузки);
  • момент: 13 кг-см при 4,8 В;
  • момент: 15 кг-см при 6 В;
  • рабочее напряжение: 4,8 — 7.2 В;
  • длина провода: 300 мм;
  • размеры: 40мм х 19мм х 43 мм;
  • вес: 55 г.
Читать еще:  Крашенный темной краской пол

Подключение вентилятора производится таким же способом, как и подключение клапана (через релейный модуль).

Полученные с датчиков данные записываются на карту памяти SD (на рисунке 1 — 8). В дальнейшем они обрабатываются, анализируются и на их основе строятся графики различных показаний. Для этого используется модуль SD-карт DFRobot:

Рисунок 11. Модуль SD-карт

Подключение вентилятора производится таким же способом, как и подключение клапана (через релейный модуль).

Полученные с датчиков данные записываются на карту памяти SD (на рисунке 1 — 8). В дальнейшем они обрабатываются, анализируются и на их основе строятся графики различных показаний. Для этого используется модуль SD-карт DFRobot:

Он содержит разъем для стандартных карт памяти SD, что позволяет добавить накопитель для записи и считывания данных в любой проект. Он имеет следующие характеристики:

  • разъем для стандартных SD карт и через переходник MicroSD карт;
  • содержит фиксатор карты памяти;
  • поддерживает чтение и запись;
  • может использоваться с другими микроконтроллерами;
  • напряжение питания: 5 В;
  • размер: 36 x 30 x 5 мм;
  • вес: 7 гр.

Список использованных источников

Здесь может быть Ваша реклама

В статье описана аппаратная реализация системы управления микроклиматом в теплице. Данная система является частью реального приусадебного хозяйства. С её помощью процесс выращивания растений стал частично автоматизированным, не требующим постоянного присутствия человека.

Конкретный экземпляр данной системы отрабатывается на каркасностеклянной теплице, длиной 6 метров, шириной 3 метра, высотой 2 метра. В теплице имеется одна дверь и 2 форточки, проведены электричество и водопровод. Нагрев воды происходит в емкости объемом 70 литров. Давление в емкости составляет порядка двух атмосфер. В теплице выращивается около 35 растений.

Система имеет следующий вид:

Рисунок 1. Схема системы управления микроклиматом в теплице

Центральное место в системе занимает плата Arduino Mega (на рис. 1 -1):

Рисунок 2. Arduino Mega

Arduino является полностью открытой платформой, состоящей из платы и среды разработки, в которой реализована переработанная версия языка Processing/Wiring.

Используемая аппаратная платформа построена на микроконтроллере ATmega1280.

В данной системе задействованы 8 цифровых входов/выходов (всего на платформе их 54) и 10 аналоговых (всего их 16). Плата получает питание от внешнего блока питания.

Плата имеет следующие характеристики:

  • рабочее напряжение: 5В;
  • рекомендуемое входное напряжение: 7-12 В;
  • предельное входное напряжение: 6-20 В;
  • 54 цифровых портов ввода/вывода;
  • 16 аналоговых входов;
  • ток потребления на одном выводе: до 40 мА;
  • ток потребления вывода 3.3В: 50 мА;
  • память Flash Memory: 128 KB, из которых 4KB используются загрузчиком;
  • ОЗУ: 8 KB;
  • энергонезависимая память: 4 KB;
  • тактовая частота: 16 МГц;
  • размер: 75x54x15 мм;
  • вес: 45 г;

К Arduino Mega подключены необходимые датчики и модули.

Включение/выключение полива зависит от ряда параметров:

  • влажность почвы;
  • температура воды;
  • время суток.

В данной системе задействовано 4 датчика влажности почвы (на рис. 1 — 2).

Для измерения влажности почвы используется самодельный датчик, представляющий собой два гвоздя и резистор. Принцип действия основан на зависимости электрического сопротивления почвы от ее влажности.

Гвозди, введенные в почву на некотором расстоянии друг от друга, выступают в качестве щупов, между которыми проверяется сопротивление. По итоговому аналоговому сигналу можно судить о степени влажности.

Схема датчика представлена на рисунке:

Рисунок 3. Датчик влажности почвы

Для измерения температуры воды используется LM335Z -аналоговый термодатчик (термостабилитрон, на рисунке 1 — 3):

Рисунок 4. Аналоговый термодатчик LM335Z

Используемый датчик имеет следующие характеристики:

  • диапазон: -40…+100;
  • точность: 1°С;
  • зависимость: 10мВ/оС.

Для подключения датчика к плате требуется резистор, сопротивлением 2.2 кОм. Задавая ток через датчик в диапазоне от 0.45 мА до 5 мА (резистором R1), получаем напряжение на датчике, которое в десятках мВ представляет абсолютную температуру в градусах Кельвина.

Схема подключения имеет следующий вид:

Рисунок 5. Схема подключения термодатчика

Для того, чтобы полив включался только в темное время суток, используются 2 датчика света Light Sensor-BH1750 (на рис. 1 — 4):

Рисунок 6. Датчик света Light Sensor-BH1750

Данный датчик служит для измерения освещённости в пределах от 1 до 65535 люкс.

Он имеет следующие характеристики:

• напряжение питания: 3-5В;

• разрешение: 16 бит;

• габариты: 19х14х3 мм;

Подключение датчика производится следующим образом:

Рисунок 7. Подключение датчика света Light Sensor-BH1750

Когда полученные с датчиков показания удовлетворяют определенным условиям (она различаются для каждого вида растений), включается полив. Для регулирования полива используется электромагнитный клапан. Он подключается к плате с помощью реле (на рис. 1 — 5). А именно используется релейный модуль для Arduino проектов Relay Module 2 DFR0017. Он использует высококачественное реле Omron G5LA. Состояние выхода реле отображается с помощью светодиода. Этот модуль управляется с помощью цифрового порта ввода-вывода. Время переключения контакта составляет 10 мс. Как и датчики для измерения температуры и влажности почвы, релейный модуль подключается в управляющей электронике через три провода:

Рисунок 8. Назначение контактов разъема релейного модуля

Рисунок 9. DHT11 Temperature Humidity Sensor

Помимо полива данная система контролирует и температуру воздуха в теплице.

Для одновременного измерения температуры и влажности воздуха используется датчик DHT11 Temperature Humidity Sensor (нарис. 1 — 6).

Он подключаются к управляющей электронике через три провода: питание (Vсс), земля GND) и сигнальный.

На плате кроме датчика расположен микроконтроллер, в памяти которого записаны калибровочные поправки для датчиков. Сигнал с устройства передается по шине в цифровом виде. Это позволяет передавать данные на расстояние до 20 м.

Данный датчик имеет следующие характеристики:

  • напряжение питания: 5 В;
  • диапазон температур: 0-50 ° С, погрешность ±2 ° С;
  • влажность: 20-90%, погрешность ±5%.

Для регулировки температуры воздуха в теплице используется два режима: пассивное и активное проветривания. Пассивное проветривание представляет собой открытие/закрытие форточек, а активное -включение/выключение вентилятора.

Открытие форточек производится с помощью двух (по одному на форточку) сервоприводов Futaba Т306 MG995 (на рисунке 1 — 7):

Рисунок 10. Сервопривод Futaba Т306 MG995

Используемые сервопривод имеет следующие характеристики:

  • скорость работы: 0.17 с / 60 градусов (4,8 В без нагрузки);
  • момент: 13 кг-см при 4,8 В;
  • момент: 15 кг-см при 6 В;
  • рабочее напряжение: 4,8 — 7.2 В;
  • длина провода: 300 мм;
  • размеры: 40мм х 19мм х 43 мм;
  • вес: 55 г.

Подключение вентилятора производится таким же способом, как и подключение клапана (через релейный модуль).

Полученные с датчиков данные записываются на карту памяти SD (на рисунке 1 — 8). В дальнейшем они обрабатываются, анализируются и на их основе строятся графики различных показаний. Для этого используется модуль SD-карт DFRobot:

Рисунок 11. Модуль SD-карт

Подключение вентилятора производится таким же способом, как и подключение клапана (через релейный модуль).

Полученные с датчиков данные записываются на карту памяти SD (на рисунке 1 — 8). В дальнейшем они обрабатываются, анализируются и на их основе строятся графики различных показаний. Для этого используется модуль SD-карт DFRobot:

Он содержит разъем для стандартных карт памяти SD, что позволяет добавить накопитель для записи и считывания данных в любой проект. Он имеет следующие характеристики:

  • разъем для стандартных SD карт и через переходник MicroSD карт;
  • содержит фиксатор карты памяти;
  • поддерживает чтение и запись;
  • может использоваться с другими микроконтроллерами;
  • напряжение питания: 5 В;
  • размер: 36 x 30 x 5 мм;
  • вес: 7 гр.

Список использованных источников

Ссылка на основную публикацию
Adblock
detector