Автоматическая теплица на ардуино своими руками

Термин «умная теплица» появился в лексиконе огородников сравнительно недавно, в связи с развитием высоких электронных технологий. Под ним обычно подразумевают оборудованные всевозможными механическими приспособлениями, облегчающими жизнь пользователю и повышающими эффективность его деятельности. В частности, речь идёт об автономном поддержании температурного режима, регулировании капельного полива и даже самостоятельном восстановлении почвы в грядках и контейнерах.

Конструкция теплицы

Конструкций теплиц существует такое великое множество, что даже перечислить их весьма непросто. Это арочные и шатровые теплицы, одно- и двухскатные, пристенные, пленочные и стеклянные, поликарбонатные и т.д. и т.п. Кроме того, существуют разные типы теплиц, такие как зимние сады, оранжереи, теплицы временные, передвижные, парники и рассадники.

Выбрать конструкцию теплицы — дело вкуса, каждый хозяин руководствуется своими соображениями. Часто мы исходим из тех возможностей, которыми располагаем — есть клочок свободного места и немного денег.

У большинства из имеющихся в продаже готовых теплиц есть один существенный недостаток — их проектируют и изготавливают не те, кто ими пользуется. И соответственно, конструкция их приспособлена в первую очередь для удобства их производства, а не использования! В частности, фрамуги в них либо очень малы, либо вовсе отсутствуют, и в таком случае покупателю остается только каждый день открывать и закрывать пленку на крыше, либо дверь, если она имеется.

Если мы строим теплицу сами, то можем сразу сконструировать ее так, чтобы она была удобна и для нас, и для растений.

В чем же должен быть основной принцип конструкции теплицы? Как мы уже говорили, в теплице должно быть тепло, но не слишком. И конструкция теплицы в первую очередь должна быть функциональной, то есть выполнять ту функцию, для которой она предназначена: поддерживать оптимальную для роста растений температуру и влажность воздуха.

Представьте себе, что Солнце — это очень мощная бесплатная печка, которая включается утром и выключается вечером каждый день. Она нагревает теплицу за считанные минуты. Это очень удобно, если бы не один недостаток. Эта печка греет очень хорошо, когда на улице и так жара, и может отключаться самопроизвольно в любое время, причем как правило, в холодную погоду! Вот этот-то недостаток мы и должны скомпенсировать своей конструкцией.

Первое. Необходимо обеспечить гарантированный отвод лишнего тепла. Это значит, что должны быть очень большие фрамуги — не менее четверти площади теплицы, и лучше на верхней части крыши, так как именно там собирается самый горячий воздух. В идеале температура воздуха внутри никогда не должна превышать 40 градусов. На самый интенсивный период работы нашей солнечной печки (июнь) лучше бы еще предусмотреть возможность притенения — штору из легкого материала (например, агротекс), которую можно накинуть поверх теплицы. Двери в это время лучше не открывать, почему — к этому вопросу мы еще вернемся, когда будем обсуждать проблему плодородия почвы, полива и влажности воздуха.

Второе. Надо сберечь тепло, когда оно нужнее всего — в холодную, пасмурную погоду. Вот тут не обойтись без автомата, который будет регулировать открывание фрамуг. Причем умного автомата, который при внезапном включении «печки» мог бы быстро и широко открыть все фрамуги, при небольшом нагреве приоткрыть их чуть-чуть, а при похолодании — закрыть. И быть при этом весьма надежным и безотказным.

Здесь наилучшим выбором по соотношению цена-качество, несомненно, является гидравлический автомат (если у вас нет тещи-пенсионерки). Ему вы можете доверить свою теплицу, если вам нужно отлучиться на несколько дней, да даже и в вашем присутствии он будет следить за температурой лучше любой тещи, при этом не учить вас жить и не задавать лишних вопросов. Представьте, как приятно выглянуть в окно и сказать жене: «Смотри, какое солнышко сегодня теплое — вон уже и теплица открывается…»

Что такое термопривод, достоинства, недостатки

Термоприводом называется устройство, позволяющее в автоматическом режиме открывать и закрывать вентиляционные отверстия в целях регулирования микроклимата.

Что такое термопривод, достоинства, недостатки

Принцип работы термопривода основывается на использовании в замкнутом цилиндре жидкости, способной менять свой объем в зависимости от температуры. Изменение объема приводит в действие механизм. Обычно используется циклогексанол.

Что такое термопривод, достоинства, недостатки

К достоинствам термоприводов относят:

  • возможность раскрывать закрывать-открывать широкий спектр приспособлений: форточки, дверцы, окна, рамы;
  • надежность;
  • простота эксплуатации и отсутствие необходимости производить
  • дополнительные настройки;
  • несложность установки.
Что такое термопривод, достоинства, недостатки

Несмотря на очевидные плюсы, термоприводы не лишены недостатков:

  • крепление к стеклянным форточкам требует устройств большей мощности из-за их сравнительно высокой массы;
  • при установке устройства необходимо учитывать размеры парника.
Что такое термопривод, достоинства, недостатки

Практика показывает, что лучшие результаты удается достичь при монтаже термоприводов в теплицы из сотового поликарбоната.

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.

Читайте также:  Как выбрать автоматические ворота для гаража

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.

Классификация

Прежде чем заняться конструированием собственной умной теплицы, вам стоит рассмотреть ключевые ее виды. В этом случае вы оцените их основные преимущества и сможете определиться, какой тип парникового помещения станет для вас оптимальным вариантом. Среди распространенных видов умных теплиц стоит выделить следующие:

  • автономный. Работа данной системы поддерживается исключительно за счет солнечной или тепловой энергии;
  • энергозависимый. Все базовые компоненты парника подводятся к электросети, отсюда и осуществляется подпитка конструкции.

Отличным примером энергозависимой теплицы считается постройка Курдюмова. Она высокоэффективна, но вместе с тем для ее непрерывной работы требуется много электроэнергии, внезапное отключение которой негативно отразится на растениях.

Автоматический полив в теплицах – виды и конструкция

Для начала имеет смысл узнать про разновидности автополива, их преимущества и недостатки. Эти данные собраны в небольшую таблицу, которую вы можете увидеть ниже.

Капельное орошение

Таблица. Виды систем автоматического орошения в теплицах.

Название Как устроена Преимущества Недостатки
Капельное орошение От источника по магистральным трубам вода доставляется к специальным капельницам и лентам. С их помощью влага попадает в почву мелкими каплями к каждому отдельному растению. Не переувлажняет почву, отсутствуют привлекательные условия для сорняков, экономия воды – до 30% по сравнению с обычным поливом. Сложность и высокая цена системы, необходимость тщательно следить за чистотой воды, чтобы не допустить засорения капельных лент.
Дождевание От источника вода попадает в разбрызгиватели, также называемые дождевателями. Они располагаются либо на уровне земли, либо под крышей теплицы. Вода распыляется в виде мелких капель и орошает почву на грядках. Возможность покрыть одним разбрызгивателем большую площадь. При такой системе автоматического полива существует риск переувлажнения микроклимата в теплице, а капли, попадающие на листья растений, могут привести к «солнечным ожогам».
Подземное орошение По своему устройству система подобна капельной, но трубы располагаются под землей, а вода доставляется непосредственно к корневым системам растений. Наиболее эффективная система снабжения растений водой. Дополнительно проводится аэрация почвы. Самая трудоемкая в обустройстве система автополива, необходимость производить выемку грунта в теплице.
Подземное орошение упрощенное Сильно упрощенный вариант предыдущей системы – к корневой системе растения вода доставляется из отверстий, проделанных в пластиковой бутылке, вкопанной рядом в землю. Самая дешевая в создании система автополива – при наличии достаточного количества пластиковых бутылок расходы на обустройство будут равны нулю. Полностью автоматической подобная система не является – существует необходимость один раз в несколько дней пополнять водой все вкопанные в грунт бутылки.

Дождевание прекрасно подходит для промышленных теплиц большой площади. Для уменьшения затрат на обустройство автополива применяют подвижную систему, перемещающуюся под крышей вдоль грядок Подземное капельное орошение

Теперь обратим внимание на конструкцию системы автополива в теплице. Вариант с использованием пластиковых бутылок будет рассмотрен в следующем разделе статьи вместе с инструкцией по созданию

Что касается остальных систем, то, за исключением непосредственно капельниц и разбрызгивателей, они включают в свою конструкцию одни и те же компоненты.

  1. Источник – это может быть скважина, колодец, водопровод или резервуар. По возможности, температура жидкости должна соответствовать таковой у воздуха – переохлаждение, вызванное поливом, вызывает у растений «стресс», который не лучшим образом сказывается на их здоровье и урожайности.
  2. Насос – при использовании в качестве источника бака, резервуара или скважины для создания необходимого давления в системе. В случае с водопроводом оно может быть непостоянным и превышать максимально безопасные для труб и капельных лент значения. В таком случае применяют редуктор давления воды.
  3. Фильтр – вне зависимости от источника воды, его наличие обязательно. В противном случае система автополива быстро выйдет из строя.
  4. Электромагнитные клапаны необходимы для открытия и закрытия подачи воды в систему. В отличие от обычных кранов, управляются не поворотом вентиля, а электрическими сигналами.
  5. Контроллер или таймер – электрические сигналы на клапан подаются с его помощью. Самая «умная» часть системы автополива. При необходимости ее дополняют датчиками.
  6. Распределительная магистраль – трубы, по которым вода доставляется к капельным лентам или дождевателям. В качестве материала используют сталь, металлопластик, ПВХ и т. д.

Пример самодельной системы автоматического капельного полива с питанием из бака

Каждый из компонентов, приведенных выше, по-своему важен, потому будет отдельно и более подробно рассмотрен далее.

Автоматическое открывание форточек в теплице

Форточки в теплице могут открываться ручным способом или иметь автоматический привод, который гораздо удобней и практичней первого варианта. При определенной температуре воздуха внутри помещения фрамуга, оснащенная автоматом, самостоятельно открывается для проветривания, при похолодании – постепенно закрывается.

Чертеж, как собрать автомат открывания форточек для теплиц своими руками

Самооткрывающиеся форточки в теплице бывают 3 видов:

  • гидравлические;
  • электрические;
  • биметаллические.

Для того чтобы определится какой автомат открывания лучше, подробно рассмотрим каждый вариант, проанализируем, в чем преимущества и недостатки конструкций.

Посмотрите, как правильно установить термопривод для автоматического открывания форточек теплиц большого размера.

Гидравлические

Автоматический открыватель форточки для теплиц на гидравлике – простая рычажная система, подсоединяемая к форточке. Конструкция надежная, автономная, в зависимости от размера фрамуги можно купить или сделать своими руками гидравлический открыватель разной мощности. Предлагаем посмотреть видео обзор гидравлический открывателей, с анализом качества их работы на практике.

Принцип работы основан на дельте температур окружающей среды: изменяются атмосферные условия (воздух нагревается или остывает), изменяется действующий на рычаг вес, в следствии чего окно соответственно открывается или закрывается.

Рычаг представляет собой 2 емкости с жидкостью, соединенные шлангом, одну располагают вверху, другую – снизу теплицы. Нижняя колба – это своеобразный терморегулятор, сосуд герметичен, часть его заполнена жидкостью, часть – воздухом. Верхняя емкость выполняет роль утяжелителя. Далее срабатывают законы физики: поверхность теплицы нагревается от солнца, внутри помещения поднимается температура, воздух во в нижней колбе нагревается, начинает расширятся и вытеснять жидкость, выдавливая ее по трубке в верхний сосуд. Вес утяжелителя (верхней емкости) становится больше, происходит открывание форточки.

Приспособление незатейливое, можно сделать и установить своими руками. Жидкости требуется 20-30 минут на остывание, окно в теплице все это время будет открытым, что является незначительным недостатком гидравлического механизма. Например, при резком похолодании, это время может сыграть фатальную роль для растений.

Смотрите ролик, как устроен гидравлический автоматический открыватель форточки для теплиц своими руками, на видео отмечена незначительная, но часто встречающаяся ошибка: емкости следует располагать на солнце, тень замедляет нагрев жидкости.

Электрические

Теплица с автоматической форточкой на электричестве – система, состоящая из температурного реле и вентилятора. При нагревании воздуха в теплице до определенной температуры реле срабатывает, вентилятор включается. Значительные плюсы – мощность, высокая чувствительность к дельтам температуры, возможность регулировать систему, компактность прибора. При отключении электричества такое автоматическое открывание в теплице становится бесполезным — это является ее недостатком.

Биметаллические

Биметаллический привод для форточек теплиц устроен на принципе разности свойств работы металла: сжатие и растяжение под действием температурной дельты. Механизм состоит из металлических 2 пластин с разным тепловым коэффициентом расширения. Нагреваясь, одна из пластин выгибается в дугу и открывает форточку, когда температура падает, происходит обратное действие. Недостаток – небольшая мощность, подходят системы только для маленьких и легких фрамуг в теплице.

Как разработать проект «Ардуино»?

Все функциональные элементы управляющего комплекса собираются в индивидуальном порядке. Часть устройств непосредственно входит в обслуживающую систему микроконтроллера, а другая часть участвует в изменении параметров рабочей среды. От пользователя требуется изначально определить, какие функциональные элементы понадобятся для организации автономной работы теплицы и каким образом будет технологически организована функция контроллера. Обычно проекты «Ардуино» разрабатываются по следующему алгоритму:

  • Определение целевых факторов, которые влияют на жизнь растений. К базовым относят температуру, влажность, освещенность, а также содержание углекислого газа.
  • Составление схемы, по которой будет реализована инфраструктура управления с помощью контроллера.
  • Составление схемы размещения оборудования и датчиков с информацией по целевым параметрам.
  • Создание технологической карты взаимодействия пульта управления с функциональными узлами контроллера.
  • Разработка алгоритма на программном уровне для автоматизации процессов управления теплицей.
  • Техническое обеспечение функциональных блоков с системой энергоснабжения.

Защита растений

Даже если у владельца нет стремления к его полной автономности, заботу об аккумуляции солнечной энергии нельзя сбрасывать со счетов. Аккумулятором тепловой энергии Солнца может служить резервуар с водой для полива, окрашенный в матовый чёрный цвет, расположенные на полу камни тёмного цвета, даже бетонная дорожка или отмостка вдоль периметра. Иначе говоря, любое расположенное там вещество, обладающее высокой теплоёмкостью. С другой стороны, летом, особенно в южных районах, температура в “тёплых огродах” может достигать 50 градусов, что гибельно для растений. Во избежание подобного, опытные дачники рекомендуют в конце весны произвести побелку прозрачных элементов конструкции (кровли, окон и т. п.). Это метод защиты от избыточного света хорош тем, что побелка легко устраняется после окончания весенне-летнего сезона простым смыванием.

Варианты самодельных гидравлических приводов

Наиболее надежными являются устройства, изготовленные из готовых пневматических механизмов, их можно найти в стульях с лифтовым механизмом или использовать автомобильные гидроцилиндры. Не обязательно покупать новые, для вентиляции парника подойдут бывшие в употреблении изделия.

Используем офисный стул

Если вы имеете доступ к отслужившей офисной мебели, разберите стул. Вам нужен подъемный механизм компьютерного кресла. Порядок работ:

  • сдерните пластмассовый шток, обеспечив доступ к штырю клапана;
  • зажмите тисками 8 миллиметровый металлический стержень;
  • наденьте гидравлический цилиндр, стравите воздух;
  • срежьте цилиндр вместе с конусом;
  • выдавите шток.

Не допускайте повреждения гладкой поверхности, сохраните в целости резинку манжеты.

  • зажмите шток в тисках через несколько слоев ткани;
  • нарежьте резьбу М8;
  • верните внутреннюю гильзу с сохранением поршня;
  • протрите бензином все резинки.

Поместите шток внутрь гильзы, вытащите его конец, не повредив сальник. Накрутите гайку, которая удержит шток от проваливания внутрь цилиндра. Вставьте в гнездо клапана алюминиевый поршень и приварите на ранее срезанную часть цилиндра кусок трубы так, чтобы резьба была свободной. Прикрутите гайку к резьбе на штоке, вкрутите вилку для соединения механизма с рычагом, управляющим форточкой. После удаления воздуха, залейте в систему масло, подойдет самое дешевое, можно использовать отработку.

Установите собранное устройство автоматического открывания в верхней части парника. При повышении температуры внутри теплицы, расширяющееся масло будет воздействовать на шток, который откроет створку рамы. При снижении температуры объем масла уменьшится, и под тяжестью створки шток вернется на свое место.

По аналогичной схеме можно собрать масляный термопривод из амортизатора или гидроцилиндра автомобиля. Эти варианты подойдут для достаточно больших парников.

Автомат для проветривания небольших теплиц из поликарбоната или пленки можно соорудить из подручных материалов.

Из пластиковых бутылок

Необходимо приготовить следующие материалы:

  • доска;
  • бутыль 5 литров;
  • бутыль 1 литр;
  • черная ПЭ пленка;
  • 1 метр тонкой трубки ПВХ;
  • два патрубка;
  • термопаста.

Необходимо вымыть и высушить большую бутылку, проделать в ее донышке отверстие. Вкрутите один патрубок в большую, второй в малую бутыль. Соедините обе емкости трубкой, обработайте герметиком места входов трубки. Обе бутылки должны быть абсолютно герметичны, иначе разогретый воздух будет уходить в атмосферу.

Обернутую пленкой 5-ти литровую бутыль закрепите под потолком, а литровую укрепите у форточки. Прикрепите доску к фрамуге так, чтобы ее свободный конец смял литровую бутыль. При нагревании большой бутыли теплый воздух по принципу сообщающихся сосудов будет поступать в малую. Расправившись, она приподнимет доску, что приведет к открытию форточки. Вечером произойдет обратный процесс. Остывший воздух занимает меньший объем, упавшее давление в малой бутыли позволит доске опуститься и форточка закроется.

Из стеклянных банок

Еще один вариант гидравлической системы можно изготовить из подручных средств с минимальными затратами.

  • Важное условие: форточка в теплице должна быть вращающейся.
  • Вам понадобится:
  • стеклянная банка емкостью 3 литра:
  • стеклянная банка 800 г;
  • отрезок металлической трубки диаметром 5-7 мм и 0,3 метра длиной;
  • 1 метр трубки ПВХ от капельниц;
  • жесткая проволока;
  • герметик;
  • крышка ПЭ к маленькой банке;
  • закатывающаяся крышка к 3-х литровой банке;
  • герметик.

Для изготовления противовеса используйте брусок или любой предмет, подходящий по весу. Подбирать его придется опытным путем в зависимости от размера и массы фрамуги.

  • налейте 0,8 литра воды в 3-х литровую банку;
  • закатайте крышкой;
  • сделайте отверстие под металлическую трубу;
  • вставьте, оставив до дна пару миллиметров;
  • загерметизируйте вход трубы;
  • натяните ПВХ трубку на металлическую;
  • вставьте ее второй конец в ПЭ крышку, посадите на герметик;
  • закройте ПЭ крышкой банку 0,8 литра, опустив ПВХ трубку так, чтобы она не касалась дна банки на 2-3 мм.

Теперь нужно закрепить систему около фрамуги.

Система открывания форточки на основе работы автомобильного амортизатора багажника

Расстояние вывешивания 3-х литровой банки ограничивается длиной трубочки. Закрепите ее при помощи гвоздя и проволоки. Маленькую банку закрепите на верхней части вращающейся рамы, закрепив противовес на нижней уличной части рамы. Повышение температуры воздуха внутри большой банки вызовет его расширение, вода будет вытеснена в маленькую банку. Под увеличившимся весом створка откроется. При снижении температуры вода из маленькой банки перельется обратно, противовес закроет раму.

Элементарные устройства, основанные на простых физических процессах, упрощают уход за растениями в парнике.

Возможности и классификация теплиц с умным управлением

Автоматизированная теплица подразумевает выполнение ряда операций без участия человека, а именно:

  • поддержка требуемых температурных параметров внутри;
  • автополив растений посредством капельного орошения;
  • мульчирование (восстановление) почвенного слоя.

Систему реагирует блок управления, который программируется владельцем, в зависимости от климатической зоны и требований выращиваемых культур. Блок может быть подключен к персональному компьютеру или планшету, что позволяет менять параметры удаленно, находясь вне дома.

Радует тот факт, что система вполне может быть обустроена своими руками – никаких особых проблем в этом нет, да и использование специализированного инструментария и комплектующих не требуется. С точки зрения ценового аспекта также не возникает никаких вопросов – стоимость оборудования по карману каждому дачнику, а некоторые из компонентов так и вовсе можно изготовить самостоятельно.

Умные теплицы можно классифицировать следующим образом:

  • автономные – все системы работают исключительно на тепловой или солнечной энергии;
  • энергозависимые – питание элементов осуществляется от подведенной электросети.

Каждый тип обладает своими достоинствами и преимуществам о важности, которых споры между дачниками не утихают и по сей день. Впрочем, имеют место и недостатки. Так, например, умная теплица Курдюмова, функционирующая от электросети, вызывает существенный расход электроэнергии, при отключении которой для растений могут наступить наиболее неблагоприятные последствия.

Автоматика автономных теплиц не отличается оперативностью реагирования – при резких температурных колебаниях форточки неспособны быстро закрыться, что может нанести выращиваемым культурам определенный вред.