Розумна теплиця своїми руками: конструкції, обладнання та технології

Традиційні тепличні та парникові господарства навіть у сприятливих кліматичних умовах вимагають від власника чималих зусиль для одержання запланованого врожаю. Можна відзначити і комплекси технічних робіт з облаштування споруд, але суттєву роль в процесі експлуатації відіграють завдання елементарне управління. В значній мірі полегшити функції власника при створенні і підтриманні таких об'єктів дозволяє концепція розумної теплиці. Своїми руками її можна реалізувати з допомогою спеціального устаткування і апаратно-програмних засобів.

Автоматизація в теплиці

В загальних рисах розумну теплицю можна розглядати як аналог розумного будинку. Основне завдання системи – забезпечення елементів інтелектуального управління, що позитивно позначиться відразу на декількох параметрах експлуатації господарства. Ключовим фактором реалізації автоматичного управління є контроль показників мікроклімату без участі користувача. Система повинна самостійно, спираючись на поточні дані температури і вологості, регулювати необхідні параметри кожен день, годину і навіть хвилину з урахуванням вимог конкретної рослинності. Але можуть бути і проблеми в ідеї впровадження автоматики для теплиці. Своїми руками базові елементи системи реалізувати нескладно – достатньо підключити датчики з декількома сенсорами чутливості до обладнання, яке безпосередньо управляє мікрокліматом та іншими регуляционными процесами. Складність полягає у суперечностях між вимогами різних функціональних компонентів теплиці. Мова йде навіть не про те, що умовним огіркам і помідорам необхідний різний режим поливу, а у відмінностях в плані потреб зволоження і теплового комфорту стосовно до грунті і верхньої частини рослин.

Вибір місця для теплиці

На перших етапах реалізації проекту можна орієнтуватися на загальні правила технічного облаштування споруди. Зрозуміло, принциповим моментом є вибір місця розташування господарства. Якщо в регіоні має місце дефіцит тепла і сонячної енергії, то скатом і довгою стороною конструкцію слід звертати на південь. Як відзначають фахівці, таке рішення себе виправдовує, якщо наголос робиться на весняне вирощування з розсадниками. Літні теплиці, навпаки, слід орієнтувати на північ, оскільки в цьому випадку гряди отримають більш ефективне просвічування вечірніми і ранковими променями. Також у виборі місця не варто забувати про надійність грунту. Своїми руками під розумну теплицю можна заздалегідь підготувати і універсальний фундамент з пальової конструкції з ростверком. Але якщо планується споруджувати каркас на базі стрічкового фундаменту, то повинен бути проведено геодезичний розрахунок з показаннями за ґрунтовим водам. Даний варіант має свої обмеження з точки зору виконання.

Монтаж верхньої конструкційної частини

Спочатку не варто забувати про те, що високотехнологічна і наповнена обладнанням теплиця повинна передбачати можливість проведення кабельної проводки і встановлення складного обладнання. Тобто матеріали виготовлення слід застосовувати по можливості з податливою структурою в плані обробки. Втім, нічого принципово нового в реалізації цієї частини не буде. Несучий кістяк можна виконати з металевих стовпів з поперечними рамами, а для обробки застосувати скло або полікарбонат. Монтаж розумною теплиці своїми руками реалізується типовим набором операцій – за допомогою металовиробів, скоб і хомутів здійснюється стикування між елементами допомогою зварювального устаткування або дрилі-шуруповерта. Більш важливий правильний розрахунок конструкції, щоб вона прослужила довго і не вимагала коригування при експлуатації. Для комунікаційного забезпечення прокладаються спеціальні кабель-канали. Матеріал для них підбирається з вологостійких і добре ізольованих пластиків. Вже в самій теплиці слід продумати систему заземлення і захищені секції для встановлення запобіжних блоків.

Технічна реалізація тепличної автоматики

Для управління системами контролю мікроклімату використовуються датчики, сенсорні елементи, виконавчі органи та комунікаційні засоби для доставки сигналів. Однак без микроконтроллерного управління дану інфраструктуру створити неможливо. В якості оптимального рішення цієї задачі використовуються продукти на базі "Ардуїнов". Розумна теплиця під управлінням даного пристрою отримує повний спектр інструментів постійного контролю функціональними модулями. Система "Ардуїнов" являє собою невелику плату з мікросхемою, забезпеченої професором і пам'яттю. Залежно від конкретної конфігурації цього пристрою може бути підключено певну кількість зовнішніх приладів. У невеликих теплицях використовується до десятка підконтрольних елементів, серед яких - електродвигуни, освітлювальні прилади, дверні механізми, поливальні системи і т. д. Управління підключеними компонентами здійснюється за заданим користувачем алгоритму з урахуванням зовнішніх параметрів.

Як розробити проект "Ардуїнов"?

Всі функціональні елементи керуючого комплексу збираються в індивідуальному порядку. Частина пристроїв безпосередньо входить в обслуговуючу систему мікроконтролера, а інша частина бере участь у зміні параметрів робочого середовища. Від користувача потрібно спочатку визначити, які функціональні елементи знадобляться для організації автономної роботи теплиці і яким чином буде технологічно організована функція контролера. Зазвичай проекти "Ардуїнов" розробляються за наступним алгоритмом:

Визначення цільових факторів, які впливають на життя рослин. До базових відносять температуру, вологість, освітленість, а також вміст вуглекислого газу.

Складання схеми, по якій буде реалізована інфраструктура управління за допомогою контролера.

Складання схеми розміщення обладнання і датчиків з інформацією за цільовим параметрам.

Створення технологічної карти взаємодії пульта управління з функціональними вузлами контролера.

Розробка алгоритму на програмному рівні для автоматизації процесів управління теплицею.

Технічне забезпечення функціональних блоків з системою енергопостачання.

Види автоматів провітрювання

Циркуляція повітря – один з ключових чинників, що забезпечують збалансований розвиток теплолюбних рослин. В даному випадку стоїть завдання виконання цієї функції в автоматичному режимі. Як це забезпечити? Існує три основних способи реалізації автоматичного провітрювання теплиці:

З автомобільного амортизатора. Найпростіше бюджетне рішення, яке виконується з поршневих механізмів і газової пружини автомобіля. Своїми руками автоматику провітрювання теплиці з амортизатора можна зробити за допомогою металевих труб, сантехнічних заглушок і пневмоупора з корпусних базою. Дана інфраструктура, по суті, утворює термомотор, який можна зафіксувати в форточной стулці тієї ж полікарбонатною стінки або навісу.

Електричний вентилятор. З допомогою термореле монтується повноцінна вентиляційна система достатньої потужності з підключенням до місцевого генератора або з живленням від власного акумулятора.

Клапанні механізми. У віконній конструкції або на даху теплиці робиться виріз для встановлення вентиляційного клапана. Автоматизація в даному випадку буде інтегрована, а її рівень залежить від конкретної версії пристрою. Сьогодні існують і моделі з програмним управлінням, і з механічними регуляторами, що не вимагають енергопостачання.

Система освітлення

Теплична рослинність в середньому повинна отримувати світло 14-16 годин на добу. У цілодобовому освітленні також сенсу немає, тому виникає потреба в саморегульованій системі. По-перше, необхідно спочатку визначити, якими будуть джерела освітлення. В якості універсального варіанту можна використовувати спеціальні світлодіоди для теплиць або апарати з так званою корисною підсвіткою червоного кольору, що працює на хвилях у діапазоні від 600 до 700 нанометрів. Проте в період цвітіння повинні підключатися хвилі синього кольору в спектрі 400-500 нанометрів. В частині реалізації освітлення розумну теплицю своїми руками можна забезпечити керованою групою захищених ламп з широким переліком регульованих параметрів, закладених в базу спільного контролера. Головне завдання – правильно і раціонально організувати підключення від контакторів системи "Ардуїнов" до кожної лампи. Для цього можуть використовуватися також реле управління з колекторами і драйверами зміни характеристик світіння.

Система поливу

До моменту проектування цій частині повинен бути підготовлений план з розміщенням рослин. Бажано розподілити їх за групами з однаковими вимогами до поливу. Автоматика для поливу теплиці також буде пов'язана з центральним контролером, підключеним до датчиків вологості. Найпростіший варіант реалізації такої системи – встановити бочку з водою, яка буде набиратися за рахунок надходження дощової води від водостоку. Управляти процесом поливу буде кульовий кран з підключеною автоматичної фрамугою прямої тяги.

Система крапельного поливу

Складна в конструкційному пристрої, але ефективна з точки зору водопостачання рослин система. Для її створення потрібно автоматично регульований дозатор та оснастка для розподілу води, яку можна виготовити з пластикової труби. Так, монтуються перфоровані канали вздовж всіх грядок розумною теплиці. Для розсади можна обмежитися зволоженням ґрунту. Вся система трубопроводів також повинна контролюватися циркуляційним насосом, який буде підтримувати оптимальний рівень тиску в контурах.

Засоби для стимуляції родючого ґрунту

Від ґрунтової мікрофлори залежить активність росту і розвитку рослин. Для підтримки оптимального повітряно-вологісного режиму землі потрібен відповідний набір розумною теплиці, в який будуть входити електричні елементи підігріву і водопостачання грунту. Зазвичай застосовуються мати або пластинчасті пристрої, що розміщуються безпосередньо в грунті або під ним, а з іншого боку підключаються до енергопостачальної системі з контролером.

Висновок

Характеристики життєдіяльності тепличних рослин залежать від комфорту, забезпеченого місцевим кліматичним обладнанням. Системи управління мікрокліматом на базі контролерів і іншої автоматики – це не просто крок у бік підвищення зручності власника даного господарства. Це в значній мірі більш точна настройка режимів контролю повітря, вологи та температури, а також засіб підвищення енергоефективності застосовуваного устаткування. Раціональне використання енергоресурсів є одним з ключових факторів розробки систем контролю на базі "Ардуїнов".