Техническое

Теплица – это сооружение, имеющее светопропускающие стены и кровлю и предназначенное для выращивания различных растений в весеннеосенний период, когда погодные условия не позволяют снимать несколько урожаев за один год. В настоящее время существуют самые разные виды теплиц. По своей форме они бывают большими и маленькими, квадратными, прямоугольными, одно- или двухскатными и т. д. Каркасы могут быть изготовлены в виде шатра, арки, домика или иметь другую форму. Виды теплиц различаются и по размеру: бывают стандартными и нестандартными. Промышленные теплицы играют очень важную роль в сельскохозяйственной промышленности, благодаря им люди могут круглый год употреблять в пищу богатые витаминами овощи. Любая теплица, в которой пришлось бы прикладывать минимум усилий для того, чтобы обеспечить растениям комфортные условия произрастания, должна отвечать следующим требованиям: -автоматически должен поддерживаться внутри теплицы оптимальный температурный режим; -полив растений должен выполняться своевременно и без участия человеческого фактора (дождевание или капельное орошение); -возможность удалённого контроля и управления системами. Автоматические системы проветривания и полива теплиц, активные способы сохранения экосистемы почвы давно уже никого не удивляют. Просто в полностью автоматизированной теплице все это работает в комплексе и показывает отличные результаты. Этим и отличаются подобного рода теплицы от привычного парника и оранжереи. Все автоматизированные теплицы можно разделить на 2 вида: автономные и энергозависимые. Практически совершенные условия для роста овощных растений способны создать энергозависимые теплицы, в которых от электросети работает вся имеющаяся автоматика. Однако 8 БР.44.03.04.139.2017 зависимость автоматики от электроэнергии может привести к потере драгоценного урожая в максимально короткие сроки. Зимой бывает достаточно для этого 1-2 ч. Такая ситуация вполне возможна, поскольку от сбоев в подаче электроэнергии никто не застрахован. К тому же существенно могут сказаться на бюджете затраты на оборудование и электричество

Автономная автоматика работает от тепловой и солнечной энергии. Хоть она и с некоторым опозданием реагирует на изменение уровня температуры в теплице, но критически это бывает только при резких перепадах температурных режимов. Объектом исследования является умная теплица. Предметом исследования является разработка и эскиз умной теплицы, а также выбор оборудования для неё. Цель – разработать систему автоматического управления оборудованием “умная теплица”. Задачи: - разработать алгоритмы управления и регулирования; - выбрать электрооборудование; - рассмотреть функциональную структуру и принципы работы автоматизированной теплицы.

1 АНАЛИЗ СУЩЕСТВУЮЩИХ СИСТЕМ АВТОМАТИЗАЦИИ ТЕПЛИЦ 1.1Системы капельного полива Капельный полив по малообъемной технологии для овощных, цветочных и рассадных комплексов, орошение с возвратным раствором. На сегодняшний день ни один новый тепличный комбинат не обходится без системы капельного полива. Это основа основ, позволяющая подавать под растения строго дозированное количество удобрений и воды в нужное время в нужной пропорции. Современное капельное орошение предусматривает установку целого комплекса инженерных систем и сетей, обеспечивающих в автоматическом режиме растения требуемой подкормкой. Все технологическое оборудование работает под управлением одной компьютерной программы, с помощью которой легко можно проводить контроль процессов полива в реальном времени, а также просматривать архивные данные и вносить корректировки. Система капельного полива состоит из нескольких составляющих: • приготовления воды (фильтрация, нагрев, стабилизация бикарбонатов и т.д.); • приготовление раствора (растворный узел - мозг и сердце системы капельного полива); • магистральный трубопровод и капельная сеть (раздача питательного раствора растениям); • также к системе капельного полива можно отнести следующие составляющие; • система повторного использования дренажа (подача использованного раствора обратно в полив); • приготовление маточных растворов (растворение сухих удобрений в воде). 10 БР.44.03.04.139.2017 1.1.1 Приготовление воды для полива и орошения Современная технология предусматривает высокие требования к качеству поливочной воды. В ней должно содержаться определенное количество микро и макроэлементов, а также существуют требования к уровню pH и чистоте воды. Дополнительным фактором является то, что вода должна поступать к растению выдержанной температурой.Узлы фильтрации поливочной воды. Многоступенчатые узлы, состоящие из песчано-гравийных и дисковых фильтров, очищают воду от механических частиц до 130 микрон. Также фильтры помогают избавиться от органических соединений, часто попадающих в воду из открытых водоемов. Узел снабжен электроникой, которая по мере загрязнения фильтра осуществляет его автоматическую промывку.Фильтрация воды в системах капельного полива получила очень широкое распространение. Она необходима при подготовке воды к поливу, для предотвращения засорения капельниц, а также для обеспечения бесперебойной и длительной работы инженерного оборудования. Кроме этого, фильтрация используется в системах с рециркуляцией дренажного раствора. Как известно, дренаж перед повторным использованием должен быть продезинфицирован, но любая дезинфицирующая установка, вне зависимости от типа, требует предварительной фильтрации от содержащихся в дренаже взвесей. Песчано-гравийные фильтры (любой производительности) очищают воду от примесей и взвесей, с которыми не могут справиться сетчатые или пластинчатые фильтры. Устройство выполнено на нержавеющей раме, как независимый модуль и легко интегрируется, как в существующие системы, так и в новые проекты. Для удобства использования промывка фильтра осуществляется в автоматическом режиме. Дополнительную очистку воды обеспечивает фильтр тонкой очистки (130 микрон). Надежные и практичные пластинчатые фильтры обеспечивают механическую очистку растворов от фракций более 130 мкм. Фильтрующие элементы легко промываются и имеют практически неограниченный срок 11 БР.44.03.04.139.2017 службы. Устройство может поставляться, как с насосом, который выполняет функцию подачи воды из накопительной емкости в растворный узел, так и без него. На рисунке 1 показан внешний вид узла фильтрации поливочного раствора. Рисунок 1–Внешний вид узла фильтрации поливочного раствора 1.1.2Узлы стабилизации pH (подкисление

2РАЗРАБОТКА ЭСКИЗНОГО ПРОЕКТА «УМНАЯ ТЕПЛИЦА»

Значение умной теплицы в нашей жизни, так же как и её общественное значение трудно переоценить — это одна из альтернатив выращивания круглогодично сельскохозяйственных культур всей современной жизни. Потребление чисто выращенных овощей и фруктов, без применения химикатов, человеком с каждым годом растет, в связи с этим разрабатываются и применяются технологии, которые заключаются в нахождении новых технологий для их круглогодичного выращивания, и безотходной переработкой. Система автоматики регулирования процессов представляет собой систему из датчиков, во главе которых находится контроллер мир 103. С помощью устанавливаемых датчиков идёт непрерывный контроль, который передаётся и анализируется в контроллере. С помощью контроллера, сигналы подаются на автоматику для поддержания нужных условий для культур

Проблема проекта – отсутствие полнофункциональных домашних теплиц с поддержкой всего периода роста растений. Цель – создание "умной" теплицы, способной поддерживать все необходимые растениям условия для максимально большого и качественного урожая, доступной по цене и не занимающей много места (комнатная теплица). Задачи и этапы: 1. Проанализировать условия роста растений; 2. На основе выявленных условий, спроектировать подходящие размеры и материалы умной теплицы; 3. Построить чертежи и модели умной теплицы; 4. Спроектировать системы жизнедеятельности растений; 5. Создать обобщенный эскиз умной теплицы; 6. Изготовить корпус теплицы из выбранных материалов; 7. Наполнить корпус системами жизнедеятельности; 8. Откалибровать датчики под окружающую среду и написать код программы; 9. Апробация изделия с растениями в течении зимнего периода;

применяя новейшие технологии, вплоть до IT- информационных технологий.

 Вот такую цель мы поставили перед собой при разработке  нашего проекта «Умная теплица».

 Теплицы в России появились при Петре, назывались они оранжереями, и выращивали в них всякие экзотические вещи, в частности- апельсины. Но при этом не считались с затратами, труд крепостных был бесплатным. В советское время тепличное хозяйство выращивало овощи- витамины для советских людей тоже затратно. А вот в 90-х годах рынок себя показал как хищник - выживает  сильнейший, и теплицы все тихо ушли в лету.

      Но ведь овощи нужны людям.  И  в подсобном хозяйстве, на дачах, теплицы выжили,  но все равно, они были экономически не выгодны с уровнем технологий  того времени.

  Наша задача - применить в теплице для подсобного хозяйства, для дачи, современные технологии, современные материалы, знания для снижения затрат на производство овощей. А это  в целом нам даст еще один способ получения альтернативной энергии.

Проведем анализ тепличного хозяйства, все его плюсы и минусы.

   1.С конструкционной точки зрения здесь улучшать почти нечего, на замену стеклу и полиэтилену пришел поликарбонат. Пока это самый лучший по многим показателям (как для людей, так и для растений) материал. Мы его тоже используем в нашей теплице.

2. Основная проблема для дачной теплицы – отсутствие людей  в будни. Нарушается  основной принцип теплицы - тепловой баланс.  Ночью, в холодное время, теплица должна быть закрытой, для сохранения тепла, а днем -  жаркое время - открыта, для вентилирования воздуха. Проблема: Открыть- Закрыть.

Решалась просто - не закрывалась вообще. И это лучше, чем не открывалась вообще. Мы пойдем по рациональному пути - будем открывать-закрывать, но   не сами, а с помощью автоматики. Сейчас существуют недорогие   электромоторы, которые  под управлением недорогой автоматики будут работать почти бесплатно. Немного электричества  для них выработает недорогая солнечная батарея (СБ) и запасет в себе недорогой, но достаточно емкий аккумулятор.

 Основная проблема СБ - маленький кпд, особенно в пасмурное время. И  в солнечное время, тем более. Вроде свет есть - а заряжается аккумулятор плохо, - солнце не стоит на месте, в отличие от батареи. А мы применим недорогое устройство для слежения и поворота СБ - треккер. Он поднимет КПД нашей СБ без каких-то особых, научных исследований.  И с помощью недорого контроллера экономично зарядит  емкие литий - ионные аккумуляторы.

 Также недорогой микроконтроллер на базе  Arduino(МКА)  при достижении требуемой температуры даст команду шаговым двигателям открыть или закрыть фрамуги. В случае очень высокой температуры (невозможности понизить температуру проветриванием) , МКА даст команду на включение вентилятора, который будет засасывать горячий воздух под коньком теплицы и  прогонять его через специальный термоаккумулятор ТА( утепленная емкость, заполненная 2-х5-и литровыми пластиковыми бутылками, объемом до 1м3). А прохладный воздух из  ТА будет поступать в теплицу для понижения температуры воздуха в ней.

      В экстренном случае МКА даст команду на опускание светоотражающего экрана-пленки  (материал Mylar разработан НАСА). Причем этот экран будет работать и в ночное время как устройство, отражающее  до 90% тепла внутрь теплицы при ночных понижениях температуры. ТА по  команде МКА тоже подогреет растения ночью теплом, рекупирированным в дневное время.  Подогретой водой до 30  градусов, ТА может дать

дать от 40 до 100 Мдж тепла, что  позволит растениям не замерзнуть и даже продолжить вегетацию в ночное время.

 3. Световой режим.  Здесь проблема в том, что для роста растений нужен определенный режим освещения, а весной дни еще короткие. Саженцы тоже пока не большие, но без света их рост  будет замедлен.  Есть исследования, которые говорят  о определенном режиме, досветке растений, причем определенного спектра видимого света, достаточно освещать их красным светом и немного синим (в соотношении примерно 4:1, 70-80% красного света и 30-20 - синего). Таким образом, не тратится энергия на бесполезное освещение в других диапазонах спектра. А как известно, затраты на освещение при выращивании в теплицах и парниках, при подготовке рассады весьма значительны. И также выяснено, что импульсный свет определенной частоты ничем не хуже постоянно горящего.  С помощью МКА мы будем включать  наши светодиоды ранним утром до рассвета и после заката на  определенное время- до установленного  светового порога в пульсирующем режиме, что опять же снизит затраты на электроэнергию.

4. Вода, т.е. полив. Важная составляющая в жизни растений. Для полива нужна теплая, обогащенная кислородом вода, поданная в нужное время, в нужном количестве. Система капельного полива уже существует, она доказала свою практичность,  поэтому мы ее внедряем в нашу теплицу. А поливом будет руководить наш МКА. По датчику влажности и  в вечернее время МКА даст команду насосу на полив растений. До этого момента МКА приготовит эту воду путем перекачки воды в определенные напорные емкости и прокачает через них воздух  с помощью компрессора. Влажность воздуха - тоже необходимый показатель среды в теплицы. Огурцы требуют повышенную влажность, что достигается с помощью туманообразователей : ультразвуковое распыление или фонтанный тип распыления.

5. Питание растений. Эта задача тоже уже решена. Совместно с капельным поливом растения подаются нужные порции растворенных удобрений, так называемая ферригация.

5а. Питание растений углекислым газом. Это основная еда растений. Использовать можно 2 способа - открывать на определенные промежутки  времени вентиль от баллона с углекислым газом. Способ дорогой, но автоматизируемый с помощью МКА. Второй способ более доступный и рациональный - имеем емкость  с водой, навозом и травой. Смесь бродит   с выделением углекислого газа. В нужное время периодически включать компрессор для прокачки через емкость воздуха, брожение усиливается, углекислый газ выделяется .

6. Охрана и сигнализация.  Мы живем в России, где все возможно. Сейчас уровень охранной техники  высок, многое придумано, но достаточно дорого. На базе МКА можно организовать SMS-оповещение несанкционированного доступа в охраняемый периметр, также можно сделать фото и видеозапись нарушителя, предупредить его об нарушении закона на частную собственность.

Методы и инструменты реализации:

 Все предложенные способы автоматизации осуществимы при наличии  следующих устройств: микроконтроллеров на основе Arduino и датчиков - освещенности, влажности и температуры, реального времени, углекислого газа, уровня; сервоприводов, шаговых двигателей, водяных насосов, воздушных компрессоров; солнечной батареи с контроллером; литий - ионных аккумуляторов; вентиляторов.

Решение: Были приобретены требуемые устройства через Интернет- торговлю в Китае. Это самый бюджетный вариант изготовления  действующей модели «Умной теплицы». Изготовлена модель теплицы в масштабе 1:100, собраны теплоаккумулятор  с вентилятором от компьютера, 2 емкости под воду, все соединено трубками и насосы подключены к контроллеру. Спаяны в цепь 15 светодиодов 11-красных и 4 синих для организация досветки, установлен термодатчик и соединен в цепь с  МКА.

Микроконтроллеры на основе Arduino были запрограммированы на нужную последовательность действий всех устройств и опробованы в работе. Система требует настройки до определенных параметров. Для внедрения в настоящую теплицу вся автоматика подходит полностью, будет необходимо все усилить более мощными моторами и вентилятором, что тоже легко и экономично выполнимо.

А где же цифровые технологии?

Что такое Arduino

Arduino — это небольшая плата с собственным процессором и памятью. На плате также есть пара десятков контактов, к которым можно подключать всевозможные компоненты: лампочки, датчики, моторы, чайники, роутеры, магнитные дверные замки и вообще всё, что работает от электричества.

В процессор Arduino можно загрузить программу, которая будет управлять всеми этими устройствами по заданному алгоритму. Программы для Arduino пишутся на обычном C++, дополненным простыми и понятными функциями для управления вводом/выводом на контактах. Если вы уже знаете C++ - Arduino станет дверью в новый мир, где программы не ограничены рамками компьютера, а взаимодействуют с окружающим миром и влияют на него. Для удобства работы с Arduino существует бесплатная официальная среда программирования «Arduino IDE», работающая под Windows, Mac OS и Linux.

С помощью неё загрузка новой программы в Arduino становится делом одного клика. Полноценные устройства можно собирать, используя специальную макетную доску, перемычки и провода абсолютно без пайки. Конструирование ещё не было таким быстрым и простым.

 Вот пример- листинг  одной программы из библиотеки.

К Arduino подключён аналоговый датчик уровня освещённости, пироэлектрический цифровой датчик движения тёплых объектов и  светодиодная лампа

Актуальность: Для выращивания овощных культур 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.

Гипотеза: если приблизить условия содержания растений к «идеальным» для данного вида растений, то можно получить высокий урожай данного вида при наименьших трудовых затратах.

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 и консультации папы;
7. испытать работу мини теплицы;
8. провести экономические расчеты для большой теплицы на дачном участке.

1. ТЕОРЕТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ

1.1 К чему теплице автоматизация?

Давайте рассмотрим подробнее, что же происходит в конструкции теплицы, которой не ведома автоматика и контроль за ее микроклиматом ведется по возможности, хотя и фактически каждый день.

Рано утром, как только первые солнечные лучи попадают в теплицу, температура в теплице начинает быстро повышаться. И, чем выше теплица по высоте, тем это происходит быстрее. Для растений это – хорошо. Вот только есть проблема: перепад температур в это время между почвой и воздухом достигает порой разницы в 30°С! Корни остаются еще холодными, тогда как верхушки растений уже разогрелись. Более «холодная» подземная часть плохо снабжает более «теплую» верхнюю часть растений, что приводит к элементарному дефициту влаги. Для растений это плохо.

В жару растения испытывают еще больший стресс. Обычно хозяева идут собственноручно открывать форточки и двери уже тогда, когда температура внутри достигает 40°С. Двери и форточки резко открывают, и образовавшийся сквозняк уносит остатки и так недостающей влаги. Молодые побеги от этого теряют тургор – давление внутри клеток, вянут, а цветы и завязи и вовсе отпадают. А вот вредители, особенно паутинный клещ, от жары и сухости начинают чувствовать себя как раз хорошо. Только вечером растения начнут приходить в себя. То есть задача «умной» теплицы – это максимально поддерживать комфортный климатический режим для растений в теплице: влажность, температуру, насыщенность кислородом и влагой.

1.2 Освещение

Любые растения нуждаются в 12-16-ти часовом освещении в сутки. Как только продолжительность дня становится короче 10 часов, растения попросту перестают расти. Но и круглосуточно освещать теплицу не нужно. Для растений существует своя норма ночного покоя-6 часов.

Самые светлые головы планеты провели ряд интереснейших экспериментов и дружно решили, что любой растительности нужен только «полезный» свет: красная область спектра (волны длиной 600-700 нанометров), пока идет цветение и завязываются плоды и синий (400-500 нанометров) собственно для вегетативного роста (Приложение 1). С помощью популярной красивой подсветки можно освещать тепличные растения только одним «нужным» светом – синим или красным, либо в их комбинации. Электроэнергии они потребляют мало, именно на них ученые возлагают свои самые большие надежды.

Впервые опыты со светодиодами в теплице проводились в Дании. В итоге при использовании 50 тысяч светодиодов было сэкономлено около 40% энергии на огромной площади, а растения стали расти еще более интенсивнее. У цветов появлялось больше бутонов. И при этом в промышленных теплицах уже меньше использовались химикаты для регулировки роста растений.[1]

1.3 Фотосинтез

Фотосинтез — это процесс, при котором из углекислого газа и воды на свету образуются органические вещества. Общая формула фотосинтеза выглядит следующим образом:

Вода + Углекислый газ + Свет → Углеводы + Кислород

Выделяющийся при фотосинтезе кислород поступает в атмосферу. В верхних слоях атмосферы из кислорода образуется озон. Озоновый экран защищает поверхность Земли от жесткого ультрафиолетового излучения, что сделало возможным выход живых организмов на сушу.

Фотосинтез – это основа питания растений. Научно доказано, что 95% урожая определяют органические вещества, полученные растением в процессе фотосинтеза, и 5% – те минеральные удобрения, которые садовод вносит в почву.

Современные дачники основное внимание уделяют почвенному питанию растений, забывая о его воздушном питании. Неизвестно, какой урожай могли бы получить садоводы, если бы они внимательно относились к процессу фотосинтеза[3].

Свет, участвующий в процессе фотосинтеза, попадает в хлоропласты – внутриклеточные полуавтономные органеллы, содержащие зеленый пигмент. Под действием солнечного света хлоропласты вытягивают воду из почвы, разделяя ее на водород и кислород. Световая энергия собирается в специальные отсеки хлоропластов, называемые тилакоиды, а затем делит молекулу воды на кислород и водород.

Часть кислорода вырабатывается в атмосферу, а часть идет на дыхание растения. После чего углекислый газ в пиреноидах (белковых гранулах, окруженных крахмалом) смешивается с водородом и образует молекулы сахара. В результате этой реакции также выделяется кислород.

Соединяя сахар, с добываемыми из почвы азотом, серой и фосфором, зеленые растения производят крахмал, жиры, белки, витамины и другие сложные соединения, необходимые для их жизни.

Хотя в абсолютном большинстве случаев фотосинтез протекает под воздействием солнечного света, в нем также может участвовать и искусственное освещение. Растение поглощает свет при помощи зеленого вещества, которое называется хлорофилл. Хлорофилл содержится в хлоропластах, которые находятся в стеблях или плодах. Особенно большое их количество в листьях, потому что из-за своей очень плоской структуры листок может притянуть много света, соответственно, получить намного больше энергии для процесса фотосинтеза.

После поглощения хлорофилл находится в возбужденном состоянии и передает энергию другим молекулам организма растения, особенно, тем, которые непосредственно участвуют в фотосинтезе. Второй этап процесса фотосинтеза проходит уже без обязательного участия света и состоит в получении химической связи с участием углекислого газа, получаемого из воздуха и воды. На данной стадии синтезируются разные очень полезные для жизнедеятельности вещества, такие как крахмал и глюкоза.

Эти органические вещества используют сами растения для питания разных его частей, а также для поддержания нормальной жизнедеятельности.

Фотосинтез может происходить как под действием искусственного света, так и солнечного. Как правило, на природе растения интенсивно «работают» в весенне-летний период, когда необходимого солнечного света много. Осенью света меньше, день укорачивается, листья сначала желтеют, а потом опадают. Но стоит появиться весеннему теплому солнцу, как зеленая листва вновь появляется и зеленые «фабрики» снова возобновят свою работу, чтобы давать кислород, такой необходимый для жизни, а также множество других питательных веществ.[2]

Для повышения продуктивности фотосинтеза необходимы следующие условия:

1. Оптимальный световой режим – интенсивность освещения и длительность светового дня. Практически зависит от густоты посевов, ориентирования их рядов, искусственного освещения в теплицах. Следует также учитывать и разницу в освещении светолюбивых и теневыносливых растений.
2. Благоприятный температурный режим (20-25°С) при выращивании растений в теплице.
3. Достаточная для данной культуры увлажненность почвы, регулирование, которой можно осуществлять орошением (поливом) или осушением.
4. Нормальное содержание диоксида углерода в воздухе (особенно в теплицах), так как снижение его содержания тормозит фотосинтез, а повышение угнетает процесс дыхания.
5. Достаточное содержание минеральных солей в почве.[4]

1.4 Вегетативный период растений

Секрет успешного выращивания состоит в том, чтобы понять, как растения растут и приносят плоды! Независимо от условий выращивания, в помещении или на улице, им нужны одинаковые требования для роста. Растениям нужен свет, воздух, вода, питание, субстрат, тепло для производства плодов и роста. Без одного из этих жизненно важных факторов, оно перестает расти и вскоре погибает. В помещении свет должен быть определенного спектра и интенсивности; воздух должен быть теплым, в меру сухим, обогащенным углекислым газом; вода должна быть в достатке, но не в избытке, и среда выращивания должна содержать определенное количество питательных веществ для бурного роста. Когда все эти требования выполнены на оптимальном уровне, результатом будет и оптимальный рост.

Растение должно развить здоровую и густую корневую систему для лучшего усвоения питательных веществ, и надземную структуру для лучшего получения доступного света.

Для обычных растений вегетативный рост поддерживается 16 часами света и больше. Растение будет продолжать вегетативный рост в течение года или дольше (теоретически бесконечно), пока поддерживается 18-ти и более, часовой фотопериод. Растение реагирует на фотопериод; цветение можно контролировать с помощью цикла «свет-темнота». Это позволяет садоводам, выращивающим в помещении, контролировать вегетативный рост и период цветения.[4]

1.5 Капельный полив

Капельный полив - это метод, когда поливная вода малыми дозами подаётся непосредственно под корни растений, с помощью капельниц-дозаторов и используется наиболее эффективно.

Преимуществ у капельного полива очень много, они очевидны и подтверждены многолетней практикой садоводов большинства стран мира, это:

- более ранний и обильный урожай;

- предотвращение появления сорняков;

- предупреждение почвенной эрозии;

- предотвращение распространения болезней;

- экономия поливной воды (приблизительно наполовину) благодаря тому, что исключаются её испарение и инфильтрация;

- сокращение использования удобрений;

-невозможность попадания поливной воды на растения, что полностью исключает солнечные ожоги;

-предотвращение образования корки на поверхности почвы, что даёт лучшую вентиляцию корням;

- возможность непрерывного и равномерного полива без вашего присутствия и участия, все 24 часа в сутки, при любом ветре;

- действия по обработке растений и уборке урожая можно осуществлять в любое удобное время, не ориентируясь на полив;

- простота и доступность монтажа и ухода;

-нет необходимости перекладывать шланг, рискуя покалечить или сломать растения, разводя по дорожкам грязь (один раз уложил и забыл);

- эффективное использование трудозатрат;

- значительное увеличение интервалов между рыхлением и прополкой;

- увеличивается срок хранения выращиваемых растений;

- сокращение износа трубопроводов;

- значительная экономия денежных средств.[6]

1. Что такое Arduino

1. Практическая часть

Технические характеристики материалов, которые мы использовали в проекте мини теплицы, приведены в приложении 6 .

Опишем этапы сборки проекта.

1. Сначала создаем модель теплицы на бумаге. Продумываем, какие параметры будем замерять, согласно комфортным условиям для роста и развития растений. Рисуем схему (Приложение 7)
2. На макетной плате собираем опытный образец, в дальнейшем все провода были спаяны или использованы соответствующие разъемы.(Приложение 8)
3. Разрабатываем механизм реализации полива. Для этого нам понадобились - датчик влажности почвы, реле включения насоса.
4. Подключаем дисплей для индикации показания датчиков, который позволяет проверять, корректно ли работает алгоритм работы датчиков.
5. Проектируем и монтируем контроль освещения: фоторезистор, фотолампа, реле для включения лампы.
6. Для контроля влажности и температуры воздуха внутри теплицы устанавливаем соответствующий датчик.
7. Монтируем вентилятор с заслонкой для микропроветривания и сервопривод для открывания заслонки. Для сквозного проветривания подключаем к работе сервопривод для открывания форточки теплицы.
8. Монтируем инфракрасный порт с пультом для дистанционного управления. Схема включения датчиков показана в Приложении 9. В данном проекте реализовано 3 режима функционирования системы:

• Базовый режим - управление устройствами происходит в соответствии с показаниями датчиков.
• Демонстрационный режим - управление устройствами происходит с пульта (используется для проверки работоспособности, как подготовка перед взлетом самолета проверяют все системы на земле)
• Режим настроек - изменение границ регулирования. Данный режим нужен для автономного использования системы, изменение режимов работы без подключения к компьютеру и без перепрограммирования. Настройки хранятся в энергонезависимой памяти Arduino (такие как границы контроля влажности/температуры). Это особо актуально, если мы захотим выращивать разные типы растений в одной теплице. Одним требуется больше тепла, другим больше воды.

1. Устанавливаем поплавковый датчик в бочке, который осуществляет защиту для насоса. Работа насоса без воды быстро выведет его из строя. Так как вода, в данном случае является еще и смазкой для движущихся частей и охладителем для трущихся.
2. В случае опрокидывания емкости с водой или не герметичности системы подачи воды устанавливаем датчик протечки, который сможет защитить электронику от короткого замыкания.
3. Установим пьезоэлемент со звуковым сопровождением, который будет сигнализировать о низком уровне воды в бочке и о протечке воды в теплице.
4. Прописываем алгоритм (Приложение 10) и код программы (Приложение 11).
5. Собираем нашу «умную теплицу» (Приложение 12). Фотографии и комментарии процесса сборки теплицы приведены в Приложении 13
6. Заключение
7. Жизнь растения, его рост и развитие, урожайность зависят от определенных внешних условий среды. Основные из них - тепло, свет, вода, воздух, питательные вещества. Они необходимы растению в комплексе, и ни один из них не может заменить другой.
8. И если овощевод умеет правильно регулировать и создавать условия для нормального обитания растения, то старания его будут вознаграждены урожаем высококачественных овощей.Результатом внедрения нашей «Умной теплицы» будет сокращение трудозатрат по выращиванию овощей, высвобождение личного времени нас и наших родителей, получение большего урожая как следствие более правильных технологий по выращиванию в закрытом грунте.
9. Первый опыт работы в качестве проектировщика, сборщика установки, программиста мною получен. И я думаю, что наш проект мини «Умной теплицы» будет реализован дальше, потому что уже сейчас на этапе выращивания рассады моя бабушка уже является заказчиком такой небольшой теплички.
10. Считаю, что поставленные перед собой задачи я выполнил, цели достиг.