Умная оранжерея

Муниципальное бюджетное образовательное учреждение

 «Средняя общеобразовательная школа № 7»

Научно-практическая конференция

Тема: «Электроника в жизни растений или

«Умная оранжерея»

Выполнил:

ученик 3 «А» класса Чебаков Егор

Руководитель:

учитель 3 «А» класса Камень Марина Емельяновна

Город Реутов, 2020

Цель работы: С помощью современных электронных технологий обеспечить необходимые условия для роста и развития растений.

Задача: Собрать электронную систему, которая будет  контролировать влажность почвы, температуру воздуха и уровень освещенности, а также управлять автополивом и дополнительным освещением.

Актуальность работы

Учеными доказано, что комнатные растения не только создают уют в доме, но и улучшают его атмосферу и благоприятно воздействуют на человека:

• поглощают углекислый газ и обогащают воздух кислородом,
• притягивают пыль,
• повышают влажность воздуха,
• обладают лечебным эффектом,
• ароматы цветов действуют на нервную систему и поднимают настроение,
• зеленый цвет полезен для глаз и позволяет расслабиться в напряженной обстановке.

Но не у всех любителей растений есть время за ними ухаживать.

А когда болеют или погибают наши «зеленые помощники и друзья», мы очень расстраиваемся.

На помощь человеку в уходе за комнатными растениями приходят современные электронные технологии.

Для полива растений во время летних каникул два года назад я собрал автоматическую систему капельного полива.

Основу этой системы составляет кран таймер.

На кран таймере выставляются необходимые настройки: периодичность полива (когда он будет включаться – каждый день, через день и т.п.) и продолжительность полива (сколько минут будет капать вода). И система поливает растения сама.

Данную работу я представлял на прошлой конференции.

На уроках окружающего мира мы изучали развитие растений. И я узнал, что для роста и развития растений нужна не только вода, но и свет, а также тепло.

И я задумался над созданием такой системы, которая обеспечивала бы необходимые условия для роста и развития растений.

Сначала я изучил справочник «Комнатные растения» и узнал сколько нужно поливать растения, сколько им требуется света и при какой температуре они лучше растут.

Затем я стал просматривать в Интернете сайты для садоводов.

На одном из сайтов рассказывали о создании «Умных оранжерей» с помощью электронного конструктора Arduino.

На сайте www.Arduino.ru  стал знакомиться с этим конструктором.

И выяснил, что Arduino применяется для создания электронных устройств, которые:

1. принимают сигналы от различных датчиков, подключенных к нему,

2. управляют различными исполнительными устройствами.

И приступил к созданию «Умной оранжереи».

Создание «Умной оранжереи»

Блок-схема «Умной оранжереи».

1 блок  - «Управление»

Это самый главный блок – мозг всей системы.

Он состоит из:

• платы Arduino, которая является программируемой,
• двухканального релейного модуля (он нужен для подключения более мощных устройств, чем поддерживает плата Arduino),
• корпус платы,
• разъемов и проводов для подключения датчиков и исполнительных устройств,
• блока питания (аккумулятор и адаптер/зарядное устройство).

2 блок  - «Полив»

Состоит из датчика влажности почвы и исполнительного устройства, отвечающего за полив растений.

Исполнительное устройство состоит из:

• ёмкости для воды,
• шланга,
• насоса,
• датчика уровня воды в емкости,
• индикатора (светодиода) низкого уровня воды в ёмкости.

3 блок  - «Температура»

Состоит из датчика температуры воздуха (термометра) и трехцветного индикатора (светодиода), который показывает уровень температуры (красный цвет – «жарко», зеленый цвет – «оптимальная температура», синий цвет – «холодно»).

4 блок  - «Освещение»

Состоит из датчика освещенности, исполнительного устройства – электрической лампы, а также корпуса для датчика освещенности и провода для подключения датчика.

Для того чтобы собрать все блоки в единую систему, нам понадобится:

                     Паяльник                                       Помощь взрослого человека

Припаяв провода к плате, датчикам и устройствам, подключаем наши датчики и устройства к плате Arduino.

«Умная оранжерея» готова.

Следующий этап - программирование платы Arduino. Необходимо задать алгоритм, по которому будет работать «Умная оранжерея».

Для этого необходимо:

1. С помощью кабеля подключить плату к  компьютеру или ноутбуку.

2. Установить на компьютере специальную программу для программирования Arduino.

Эта программа очень похожа на программу «Блокнот».

В этой программе написать алгоритм работы «Умной оранжереи» с помощью специальных команд или скопировать в программу уже готовый алгоритм, скачав его со специального сайта.

Я выбрал наиболее подходящий для созданной «Умной оранжереи» алгоритм и скопировал его в программу.

Принцип работы «Умной оранжереи»

Установив в программе параметры влажности почвы, температуру и уровень освещенности в помещении, необходимые для роста растений,  система начнет работать автоматически.

Необходимые для роста растений параметры определяются экспериментальным путем.  

Для этого необходимо сделать несколько замеров:

1. уровень влажности почвы в цветочном горшке, когда подходит время поливать,
2. уровень влажности почвы после полива,
3. уровень освещенности в солнечный день,
4. уровень освещенности в пасмурный день,
5. температура в помещении, когда жарко и холодно,
6. объем жидкости, вытекающей за 1 минуту.

После проведенных экспериментов устанавливаем параметры:

Влажность почвы = 30%

Освещенность = 50%

Минимальная температура воздуха = 18°С

Максимальная температура воздуха = 30°С

Время полива = 1 секунда (11 мл)

Показания датчиков плата будет считывать через определенное время, которое будет задано в программе:

периодичность считывания показаний датчиков = 5 минут.

Подключив «Умную оранжерею» к источнику питания, плата Arduino начнет считывать показания датчиков влажности, освещения и температуры.  

Питание «Умная оранжерея» может получать как от электрической сети (с помощью адаптера), так и от аккумулятора.

Показания датчиков можно увидеть на мониторе компьютера, если «Умная оранжерея» к нему подключена.

После того как плата получит данные со всех датчиков, она будет их сравнивать с  заданными необходимыми параметрами для роста растений.

Показания влажности почвы

Если показания датчика влажности будут меньше заданных значений, то плата подает команду – полить растения. Включается насос, и вода течет в горшок с растением заданное в программе количество времени.

Если показания датчика влажности будут равны или больше заданных параметров, то насос работать не будет.

Плата считывает также показания датчика уровня воды в емкости.

Если вдруг вода в емкости закончилась, то плата не будет подавать команду насосу о включении. На корпусе платы загорится красный светодиод, и плата будет подавать звуковой сигнал до тех пор, пока не будет заполнена емкость.

Показания датчика освещенности

Если показания датчика освещенности будут меньше заданных значений, то плата подает команду лампе о включении.

Если показания датчика освещенности равны или больше заданных значений, то лампа не включается.

Показания датчика температуры

Если показания датчика температуры меньше заданного минимального значения, то на корпусе  платы зажигается синий светодиод.

Если показания датчика температуры больше заданного максимального значения, то на корпусе  платы зажигается красный светодиод.

Если показания датчика температуры находятся в диапазоне между минимальным максимальным значением, то на корпусе платы зажигается зеленый светодиод.

Практическое значение данной автоматической системы полива

«Умная оранжерея» подходит для полива растений не только в домашних условиях, но и для полива растений в школе во время летних каникул  и на работе.

 «Умная оранжерея» может  работать автономно.

Для того чтобы «Умная оранжерея» начала работать автономно, нужно рассчитать необходимый запас жидкости для полива и объем аккумулятора, либо подключить «Умную оранжерею» к электрической сети.

Заключение

1. «Умную оранжерею» можно использовать не только дома, но и в школе или на работе.
2.  «Умная оранжерея» сама следит за влажностью почвы, уровнем освещения и температуры. При необходимости поливает растения, включает дополнительное освещение и уведомляет о температурном режиме в помещении.
3. «Умная оранжерея» может работать автономно.
4. При необходимости к ней можно подключить и другие устройства, например мобильный кондиционер, для охлаждения воздуха.
5. «Умная оранжерея» может поливать много цветов, анализируя при этом влажность почвы в каждом цветочном горшке.