Как сделать умную теплицу своими руками

Чего бы хотелось

Наибольшее желание любого огородника — получать максимальный урожай при минимальных затратах труда. Одним из вариантов решения этой проблемы становятся теплицы. Но и в таком случае хочется, чтобы в ней самостоятельно грядки поливались, освещались, и обогревались, когда нужно. Ну и конечно, была организована автоматическая система вентиляции, для минимизации усилий по открыванию и закрыванию форточек.

Мониторинг и настройка

Конечно, в первую очередь, требуется система управления всем этим высокоинтеллектуальным хозяйством. Кроме того, желательно получение информации о текущем состоянии напрямую или на домашний компьютер, или на смартфон. С этой целью будет использоваться контроллер для теплицы на Arduino.

Управление

В соответствии с желаниями, необходимо организовать автоматическое управление отоплением пола (как основы подогрева посадок), открытия форточек, увлажнением почвы. Хороша будет система контроля освещения, которая зажигает его, если на улице темно.

Общие сведения об управляющих системах

Интеллектуальность современного оборудования обеспечивается микроконтроллерами. Это небольшие и ограниченные по ресурсам полноформатные компьютеры, зачастую размещенные на одной плате или микросхеме. Несмотря на свои маленькие размеры их мощности вполне достаточно для того, чтобы управлять различным оборудованием. Информацию, необходимую для выполнения своих функций, такие микрокомпьютеры получают посредством различных специализированных датчиков. Общее нахождение устройств в единой сети обеспечивается посредством дополнительных присоединяемых к микроконтроллеру модулей.

Выполняя свою программу, интеллектуальные устройства, выдают управляющие импульсы на исполняющие цепи включающие двигатели, насосы, нагреватели или любые другие устройства для управления которыми и создается вся система.

Основой многих из подобных комплексов составляют контроллеры серии Arduino, STM, Ti MSP430, Netduino, Teensy, Particle Photon, ESP8266 или иных распространенных плат такого типа в мире. Кроме того, некоторые специалисты создают свои варианты микро — компьютеров, управляющих оборудованием — на основе устаревших ПК или каких-либо 8 разрядных процессоров, к примеру, Z80.

Плюсы и минусы размещения теплиц на участке

Сначала плюсы:

у вас будет возможность употреблять ранние овощи, выращенные по собственной технологии без нитратов;
ваши растения будут защищены от непогоды и кислотных дождей, которые нередко выпадают в наше время;
садовые вредители также будут лишены возможности проникнуть внутрь сооружения.

Рис. 6 Подвязка огурцов

А теперь о минусах:

для нормального роста растений вам необходимо производить полив и подкормки растений, опрыскивать их от болезней и вирусов;
производить работы, связанные с подвязкой, удалением лишних побегов, и другие действия для регулировки роста растений.

Все эти действия требуют времени, но, чтобы вырастить хороший урожай, иначе нельзя. А если сделаете «умную теплицу», то большинство забот отпадет. Достаточно 1-2 раза в неделю затратить немного времени для подвязки и удаления лишних побегов. Вы будете приезжать на дачу только для контроля процесса выращивания и сбора урожая.

Обзор рынка промышленных производителей умных теплиц

Рынок умных теплиц становится все более устойчивым. Этому способствует развитие следующих технологий:

применение технологии дополнительного освещения на основе светодиодов (LED — технология);
кроме проводной, используется для подключения беспроводная связь;
совершенствование конструкций ирригационных систем;
улучшение технических характеристик насосов и клапанов;
увеличение количества факторов, сообщающих о возникновении внештатной ситуации в процессе ее мониторинга;
применение передовых достижений в сфере IT — технологий.

Рейтинговые производители умных теплиц предлагают свою продукцию в зависимости от размеров тепличного комплекса, технические решения выбираются в соответствии с типом выращиваемых агрокультур.

В промышленном масштабе умные теплицы используются в северных широтах. Экзотические для районов севера овощи и фрукты, выращенные в умных теплицах, будут намного дешевле завезенных из южных областей.

Интеллектуальный сегмент сельского хозяйства в виде умных теплиц будет развиваться высокими темпами благодаря отечественным производителям

Внимание, которое оказывается правительством цифровой экономике, будет этому способствовать

Передовыми в развитии технологий сельского хозяйства в контролируемой среде являются Нидерланды и некоторые другие европейские страны. Развивается ускоренными темпами внедрение умных теплиц в Индии, Японии, Китае.

Доминирующие позиции на рынке умных теплиц занимают компании Rough Brothers (США), Heliospectra (Швеция), GreenTech Agro (Нидерланды) и другие.

Контроллер

Контроллер обрабатывает информацию и дает команды для действий исполнительных механизмов. Это программируемое электронное устройство, которое по заданному алгоритму обеспечивает выполнение всех агротехнических задач по уходу за растениями.

Помимо самой электронной схемы и комплекта датчиков в комплект поставки входят программы управления и визуализации.

В качестве примера приведем функциональные возможности одного из видов контроллера российского производства:

управление по программе, рассчитанной на действие в течение суток, где исходными данными являются значения температуры и влажности;
позиция термопривода открытия форточек регулируется алгоритмом поиска ее самого эффективного положения для решения поставленной задачи;
находит оптимальные варианты охлаждения во время действия критически высоких летних температур;
выполняет режим микропроветривания с поддержанием оптимальной влажности;
организует автополив с набором в бак воды и управлением подачи к растениям совместно с подачей питательного раствора;
участвует в подготовке питательного раствора, контролируя его состав;
управляет по показаниям датчиков системой отопления;
выполняет расчет солнечной энергии полученной растениями в определенный промежуток времени;
производит контроль влажности одновременно в нескольких зонах;
оперирует данными о температуре в нескольких заданных точках теплицы.

Такой набор функций качественно улучшает условия выращивания растений в теплице.

Что это такое?

Многие выращивают тепличные овощи ради самого процесса, ведь приятно ощущать, что эти продукты практически созданы своими руками. Некоторые владельцы дачных участков с превеликим удовольствием взялись бы за подобное дело еще более серьезно, но вот только ни сил, ни времени для этого нет. Автоматизированная система, контролирующая полив, вентиляцию, подачу удобрений до сих пор является пределом мечтаний некоторых дачников. На самом деле все мечты уже успешно работают в реальной жизни.

Благодаря тому, что прогресс безостановочно развивается, «умная теплица» существует в реальности. Развитие строительного рынка и сопутствующих технологий привело к тому, что управлять всеми процессами сегодня может автомат.

Собственно, к чему теплице автоматизация? Достаточно взять за пример обыкновенный парник и рассмотреть, какие процессы там происходят. Учитывая то, что контроль над климатом там ведётся должным образом, но делается это, скорее, по возможности, хотя и ежедневно.

С появлением первых лучей солнца температура в теплице начинает резко возрастать. Это очень благоприятное время для растений. Вот только дело в том, что одновременно с этим растёт температурный перепад между почвой и воздухом. В связи с этим корни, оставаясь холодными, не могут в полной мере снабдить ростки влагой. Это явление не очень благотворно влияет на рост завязи.

С вентиляцией ещё хуже. Обычно проветривать теплицу владелец идет, когда температура внутри превышает показатель в 40°С. С открыванием дверей и форточек сквозняк вместе с тёплым воздухом уносит остатки влаги, образовывая, по сути, пустынный климат. Таким образом, создаётся идеальная среда для размножения вредителей и болезней.

К вечеру, когда температура восстановит свой баланс, растения придут в норму. Но если сравнить итоги урожая, то овощей из автоматизированной теплицы будет больше, и выглядеть они будут намного симпатичнее. Выходит, что основной задачей «умной» теплицы является обеспечение комфортного микроклимата для растений.

Умная теплица своими руками: пошаговая инструкция

Для начала определяются с выбором площадки для строительства, при этом учитывают инсоляцию, ландшафт, расположение грунтовых вод и розу ветров.

Не ставьте теплицу туда, где есть теньСхема наиболее благоприятного расположения теплицы относительно сторон света

Вторым моментом является выбор материала с учетом предназначения теплицы. Например, толщина сотового поликарбоната в 8 мм будет достаточна для покрытия теплицы, предназначенной для эксплуатации с весны до осени. Если же планируется выращивать культуры и зимой толщину покрытия рекомендуется увеличить до 16 мм при условии надежной герметизации.

Помочь сохранить тепло может теплоизолирующий фундамент.

Чтобы вложить в конструкцию «интеллект» потребуется осуществить монтаж систем автоматической вентиляции, автополива и обогрева почвы и воздуха.

1 этап. Автоматический обогрев почвы и воздуха

Предусмотрено два технических варианта обогрева теплицы:

В первый с использованием электроэнергии входят подключение теплового пола, конвекторов и инфракрасных обогревателей.

Второй основан на подключении водяного отопления с обязательным контролем работы котла вручную.

Обогрев воздуха

В целях обогрева воздуха предпочтительнее остановить свой выбор на электрообогревателях. Рекомендуется закреплять их к каркасу вместе с электросхемами и датчиками, срабатывающими при понижении температуры.

Обогрев почвы

Обогрев грунта можно производить тремя способами:

натуральным – за счет солнечного света;

биологическим – благодаря энергии, выделяющейся при гниении биоматериалов; недостатком является невозможность контроля температуры;

техническим, включающим обогрев почвы посредством:

подачи теплой воды по проложенным под землей трубам, подсоединенным к котлу;

монтажа системы «теплый пол», подключенной к электросети.

2 этап. Автоматическое проветривание

Иногда оказывается достаточным установки термопривода внутри теплицы или за ее пределами.

Форточки рекомендуется устанавливать на максимально возможной высоте.

В ряде случаев производится монтаж системы вентиляции, запускающей вентиляторы при изменении температуры воздуха.

3 этап. Автоматизация полива

Капельное орошение реализуется путем установки системы, представляющей совокупность резиновых и пластиковых трубок, а также капельниц

При такой системе полива вода в ходе подачи будет разогреваться, что важно для корневой системы

Ключевым элементом комплекса является гидроавтомат. Резервуаром служит бак, подача воды осуществляется самотеком.

Освещение

Рекомендуемая продолжительность светового дня в теплице должна составлять 12-16 часов в сутки. Режим работы источников искусственного освещения рекомендуется соотносить с темным и светлым временем суток.

Для автоматизации процесса используют датчики освещенности и таймеры.

Для обеспечения искусственного освещения чаще используют лампы:

накаливания – их недостатком является инфракрасное излучение, способное при близком расположении нанести вред растениям;

натриевые – их спектр схож со спектром солнечного света, однако ограничивает их применение малый срок эксплуатации;

светодиодные – отличаются высоким уровнем безопасности, а спектр близок к естественному освещению;

люминесцентные – характеризуются экономичностью, высоким КПД и продолжительным временем эксплуатации.

В зависимости от целей можно использовать также источники инфракрасного или ультрафиолетового диапазонов.

Сфера применения и виды автоматики

Развитие техники и технологий приводит к тому, что повышается темп и ритм жизни. Это все требует затрат все большего количества сил и энергии на реализацию какой-то цели. Вряд ли кто-то может позволить себе сидеть целыми днями дома, чтобы поддерживать нужную температуру и влажность внутри теплицы. Поэтому в парник, кроме системы отопления, водоснабжения и проветривания, устанавливают автоматику, которая управляет всеми параметрами без вмешательства человека.

Макет теплицы с автоматикой

Что же необходимо автоматизировать:

проветривание и вентиляция помещения;
полив растений;
отопление.

Для автоматизации указанных выше процессов используют следующие виды автоматики:

Электрические.
Гидравлические.
Биметаллические.

Принцип работы, преимущества и недостатки каждого вида автоматики

Электрические — предусматривают наличие источника питания, датчиков для измерения температуры воздуха и его влажности, терморегулятора, который контролирует температуру внутри помещения. Электрическая автоматизация теплицы позволяет контролировать и регулировать все процессы внутри помещения. Данный вид автоматики устанавливают на системе отопления, автоматического полива и вентиляции.

Преимущества электрической автоматики:

универсальность. Данное оборудование может использоваться для автоматизации любых систем жизнеобеспечения теплицы;
электронное управление. Большинство электрических регуляторов оснащены электронным управлением, которое позволяет выставлять конкретные параметры и обеспечивает бесперебойную работу всех систем согласно заданным параметрам;
точность обеспечивается электронным управлением. Благодаря этому, электрическая автоматика поддерживает температуру с точность до градуса и запускает системы полива и проветривания с точностью до секунды.

Недостатки:

перепады напряжения и отсутствие электроэнергии приводят к неработоспособности всех систем;
дополнительные затраты на электроэнергию;
высокая стоимость самого оборудования.

Гидравлические автоматики способны работать только как автоматический открыватель форточек для теплиц. В основу работы данного устройства положен герметичный сосуд со штоком, способным выдвигаться и задвигаться внутрь. Сосуд заполнен легкокипящей жидкостью.

Чаще всего для этих целей используют фреон. Когда температура внутри помещения поднимается выше допустимого уровня, жидкость при нагревании расширяется и выдвигает шток, который, в свою очередь, поднимает форточку. Такой автомат открывания форточек обладает довольно большой силой, поэтому способен поднять даже большие и тяжелые платформы, включая дверь.

Гидравлическая автоматика

Преимущества:

долговечность. Данный механизм обладает большой износостойкостью благодаря простоте конструкции;
полная автоматизация вентиляции помещения;
высокая скорость реагирования на повышение температуры;
более низкая стоимость оборудования.

Недостаток— узкопрофильность оборудования.

Биметаллические регуляторы. На основании данной технологии в большинстве случаев изготавливается автоматическая форточка для теплицы. Работа биметаллической автоматики заключается в наличии на форточке двух пластин из металла с высокой теплопроводимостью. При нагревании пластина сгибается и открывает форточку, при остывании – выпрямляется и прекращает проветривание.

Преимущества:

низкая стоимость;
быстрая реакция на повышение температуры;
долговечность.

Недостатки:

— малая мощность. Данное оборудование устанавливают преимущественно на автоматические форточки из поликарбоната, поскольку более тяжелый материал биметаллические пластины поднять не смогут;
узкопрофильность. Возможность использовать только для автоматизации вентиляции.

Умная теплица из поликарбоната

Устройство умной теплицы

Почему именно теплица из поликарбоната умная? Все очень просто, этот материал отвечает всем требованиям конструкции.
Он имеет отличные технические показатели, которые помогут сэкономить тепло и правильно распределит солнечные лучи. Влага внутри будет сохраняться дольше.
Что нужно сделать для создания умной теплицы? Как и говорилось выше, умная теплица представляет собой конструкцию с автоматическим поливом, обогревом и проветриванием.

Автоматический полив в теплице

Автоматический полив можно организовать в принципе в любой конструкции теплицы.Для этого понадобиться:

Трубы.
Насадки.
Автоматика.
Постоянное электроснабжение.

Особенности:

Стоит учесть, что для того, чтобы можно было организовать автоматический полив нужно иметь постоянный бесперебойный источник водоснабжения. Это может быть колодец или скважина с насосным оборудованием для постоянной подачи воды.
Трубы проводятся в теплице согласно установленной системе полива. Как правило, они прокладываются вдоль посаженых растений или между грядками.
Все зависит от того, на сколько растение любит влагу. Также используются многочисленные насадки (капельное орошение, дождевальное, внутрипочвенное).
Что касается автоматики, то она должна быть качественной. Автоматический полив может включаться от определенного пульта управления, который находится рядом с конструкцией, а может и от датчика, который выставляется на определенную температуру в конструкции или на уровень влажности.

Подключить оборудование можно и самостоятельно. На фото показаны примеры такой теплицы с автоматическим оборудованием.

Самостоятельное автоматизирование теплицы

Автоматическое проветривание

Теплицы в разумном управлении помогают экономить время. Это касается и проветривания теплицы.
Оно необходимо для того, чтобы вовнутрь теплицы поступал свежий воздух, а прогретые воздушные массы вышли наружу.

Этапы работы:

Осуществляется проветривание теплицы за счет открытия форточек, которые на покрытии должны быть расположены правильно.
Одной или двух таких форточек будет мало для осуществления качественного проветривания. Конечно, количество зависит от размера теплицы. Все они располагаются вверху каркаса.
Для автомата проветривания необходимо приобрести датчики, гидравлическое оборудование или другие виды автоматики.
Как это работает? Внутри конструкции теплицы под самым верхом устанавливается датчик температур, который имеет подключение к оборудованию, установленному на форточке теплицы.
Датчик программируется на определенную температуру, по достижению которой срабатывает автоматика и при помощи гидравлического цилиндра форточка автоматически открывается.

Для программирования такого датчика есть специальная инструкция. Необходимо ее точно соблюдать.

Автоматическое отопление

Конструкцию теплицы нужно отапливать в том случае, если она используется в холодное время года, например, в конце зимы или ранней весной. Для того, чтобы создать растениям комфортную среду надо использовать отопительное оборудование.
Его на сегодняшний день очень большое количество.Как это работает:

Есть инфракрасные обогреватели, которые также имеют датчик температур. И как только температурный режим начинает внутри конструкции снижаться, сразу включается автоматика.
Такой способ является надземным отоплением.
Есть также и внутрипочвенное отопление, в котором принимают участие специальные пластины. Они также имеют температурные датчики и включаются автоматически.
Единственное, что нужно учесть, такие пластины устанавливаются внутри грунта под самими растениями.

Можно использовать автоматику на обычных газовых горелках или так называемых буржуйках из металла. Если газовые горелки некоторых видов могут уже в своем наборе иметь автоматику, которая включает и выключает оборудование, то вот самодельные печи требуют приобретения отдельно автоматической системы.
Устанавливать его не сложно. Пульт управления может находиться рядом с теплицей или в подсобном помещении.
Также используется температурный датчик, который программируется на определенный режим.

Советы специалистов как своими руками создается умный курятник

Перед тем, как строить автономный курятник своими руками, не помешает прислушаться к советам специалистов:

При выборе источников освещения для автоматического курятника предпочтение отдают лампам накаливания и светодиодам. Мерцающий флуоресцентный свет негативно влияет на зрение несушек.
Для обогрева маленького курятника можно воспользоваться тепловентилятором, предусматривающим циклическое включение/выключение.
При расчете площади помещения учитывают, что на 1 кв. м приходится не более 4–5 кур.
Низкая влажность в курятнике приводится к норме (60–70%) путем установки открытой емкости с водой (ведром, тазом).

Видео обзоры как создаются автономные системы для содержания кур

Определиться с вопросом, что нужно для строительства курятника и как сделать его умным, помогут следующие видеообзоры:

Этапы строительства автоматизированного курятника.

Watch this video on YouTube

автоматизация птичника

Watch this video on YouTube

Автоматическая кормушка для кур на Arduino часть 1

Watch this video on YouTube

Автоматика для теплиц

Основное назначение системы автоматизации выращивания растений состоит в том, чтобы обеспечить все условия для развития без участия или с минимальным участием человека. Основные функции автоматики следующие:

Система проветривания и поддержания нормальной температуры внутри, в зависимости от наружной температуры воздуха.
Автоматический капельный полив и подкормка.
Система подогрева воздуха в холодное время года.

Для нормального развития растений в темное время необходимо дополнительное освещение, которое также включается с помощью системы автоматики.

Автоматика для проветривания

Автоматическая система для проветривания может быть двух типов, но основным элементом является небольшой гидроцилиндр, который открывает фрамуги для проветривания. Один из способов довольно простой, для открытия используется гидроцилиндр, полость которого наполнена специальной жидкостью.

При повышении температуры жидкость расширяется и выдвигает поршень, который и открывает фрамугу. При снижении температуры жидкость сжимается, и под действием пружины поршень возвращается, закрывая окно.

Другой способ более точный и сложный, с установкой контактного термометра и сложного механизма открытия и закрытия фрамуги. Это позволяет более точно регулировать температуру, но требует немалых затрат на установку.

Системы капельного полива

При капельном поливе вода поступает к корням растений небольшими порциями, успевая при этом немножко прогреться. При этом почва все время остается влажной, что благоприятно сказывается на росте.

Для автоматического полива используют шланги с капиллярными отверстиями, через которые вода капает к корневой системе. Емкость для воды можно устанавливать внутри теплицы или снаружи. В резервуар вода подается из водопровода, контроль уровня и пополнение при расходе осуществляется с помощью поплавкового затвора.

Из резервуара вода поступает к капиллярным трубкам через кран с дистанционным управлением. Он может открываться с помощью автоматики либо в определенное заданное время, или при изменении уровня влажности в теплице. Систему полива можно использовать и для подкормки, добавляя в резервуар жидкое удобрение.

Автоматика для обогрева почвы и воздуха

Если теплица используется в холодное время года, то для созревания овощей необходим обогрев. Для обогрева применяют несколько способов:

установка электрических тепловых пушек, калориферов и обогревателей;
прокладка системы теплый пол, с подключением к котлу или электричеству;
установка котла, газового или электрического с радиаторами по периметру теплицы.

Система автоматики должна включать отопление при понижении температуры и выключаться при достижении оптимального уровня.

Приборы освещения

Недостаток света сказывается на развитии овощей, поэтому необходимо в теплице устанавливать освещение для продления светового дня осенью и в зимнее время. Продолжительность светового дня должна быть в пределах 12-16 часов в сутки.

Для освещения используют следующие типы ламп:

накаливания, создает инфракрасное излучение и при близком расположении от растений может их обжечь;
натриевая, самая эффективная для роста растений, но имеет малый срок эксплуатации;
светодиодная, самая широко применяемая лампа для освещения, дает яркий свет, приближенный к солнечному;
люминесцентная, обладает ярким светом и длительным сроком службы.

Кроме того, для освещения используют ультрафиолетовые и инфракрасные лампы. Причем инфракрасная лампа может не только освещать, но и обогревать теплицу. Ну а автоматизировать процесс включения света не сложно, достаточно установить датчики освещенности, или таймеры. Таймеры будут включать и выключать свет в определенное заданное время.

Автоматизация в теплице создает оптимальные условия для выращивания растений без участия человека. Изготовить и установить обычную теплицу на участке не сложно. Но как при этом сделать умную теплицу своими руками, чтобы все процессы в ней происходили автоматически, здесь задача посложнее. Но при кажущейся сложности ничего не обычного нет, и при определенном умении сделать это не сложно.

Источник

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.

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.

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