Что такое умная теплица и как сделать автоматическое управление своими руками

Рекомендация 2: фрамуги для проветривания должны размещаться как можно выше на конструкции теплицы

Схема автоматической вентиляции теплицы.

Еще из школьного курса физики все знают, что холодный воздух значительно тяжелее теплого. Иными словами, холодный воздух всегда находится ближе к полу в помещениях, где находятся растения. Это может обернуться для них как сильным стрессом, так и полной гибелью. Устройство в теплице системы для проветривания без сквозняков является выходом из подобного положения.

Решить это можно несколькими способами. Расположить форточки для проветривания нужно как можно выше от пола, идеальный вариант – на крыше теплицы. Если сделать двери в теплицу плотно закрывающимися и без щелей, это тоже будет способствовать оптимальному проветриванию. Холодный воздух, проникая через высоко расположенные форточки, перемешивается с верхним горячим тепличным воздухом. Таким способом осуществляется обмен теплом и влагой. И как результат – растения чувствуют себя вполне комфортно.

Арочные или двускатные теплицы, имеющие большие фрамуги на крышах, которые поднимаются кверху, должны стоять на довольно основательном и надежном фундаменте. Стационарный фундамент для таких теплиц не гарантирует полной устойчивости конструкции при открытых форточках и сильном дуновении попутного ветра. Конструкция, разработанная профессором Дж. Митлайдером, в таком случае является хорошим вариантом.

Теплица готова: как сделать ее «умной»?

Схема теплицы из поликарбоната своими руками.

Теперь нужно наделить «разумом» нашу конструкцию. Для этого необходима автоматика для проветривания и поддержания температуры и полива растений.

Здесь в первую очередь необходимо сделать автоматическое проветривание. Делается достаточно просто – приобретается специальный гидроцилиндр. Это устройство не требует для своего функционирования ни электричества, ни чего-то другого. Принцип его достаточно прост – некоторый объем жидкости, нагреваясь, расширяется и толкает поршень, который, в свою очередь, приподнимает форточку. Охладившись же, жидкость сжимается, и цилиндр форточку закрывает. Ничего сложного – просто как дважды два. И надежно.

Для обогрева в ночное время очень удобно (дешево и сердито) использовать запасенную солнечную энергию. Для этого потребуется аккумулятор тепла. Совместим приятное с полезным и используем для накопления тепла емкость с водой для полива. Ночью нагретая за день вода будет отдавать свое тепло, согревая теплицу. Для более быстрого нагрева емкость необходимо окрасить в черное. Кроме того, у нас всегда есть теплая вода для полива растений.

Схема вегетария на солнечных коллекторах для теплицы.

Проблему поддержания температурного баланса для нашей теплицы или парника мы решили. Теперь же необходимо решить вопрос с поливом. Часть из необходимого у нас уже есть: емкость с теплой водой. Подключив к ней систему капельного полива растений, отключаемую с помощью шарового крана, нам остается лишь совсем немного добавить для автоматического полива. Чтобы включать полив, воспользуемся таким же гидроцилиндром, что и для открывания форточки, только подключим поршень к шаровому крану. Теперь, когда достаточно тепло, будет автоматически открываться кран полива. Когда же холодно, то и полива требуется значительно меньше, а учитывая накопленную влагу в земле, он совсем и не нужен.

Теперь наша теплица или “умный” парник готовы в минимальном варианте. Можно смело уезжать на несколько дней или приезжать лишь на выходные. Растения останутся под присмотром и уходом. Конечно, необходимо многое учесть и не ошибиться: должно быть достаточное количество воды в емкости, правильно подобраны температуры для полива и для проветривания. Должна быть хорошая земля, где будут расти наши растения.

Естественная вентиляция

Естественная вентиляция создается очень просто. Определенного оборудования и материалов в этом случае потребует автоматизация теплицы. Гидроцилиндр можно приобрести в специализированных магазинах. Также потребуется дрель или шуруповерт, а также саморезы.

Принцип работы этого оборудования заключается в периодическом открытии и закрытии створки форточки или двери парника. Это происходит при изменении объема воздуха или жидкости внутри системы. Когда ночью будет холодно, вещество уменьшается в объеме. Створка форточки закроется. Днем происходит обратное действие.

При монтаже одна лапка цилиндра крепится к створке форточки, а другая – к стене теплицы. Далее устройство нужно отрегулировать. Вечером форточку нужно закрыть. Шток на гидроцилиндре следует установить в закрытое положение. Для этого подтягивается винт или гайка. Когда днем температура станет высокой, необходимо проверить, открылась ли форточка и достаточно ли этого зазора для полноценной вентиляции парника.

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.

Варианты освещения

Следующее что нужно для автоматической теплице из поликарбоната это освещение. Ведь растениям необходимо очень много света, в особенности в период интенсивного роста, а в летний период наоборот нуждаются в затенении.

Планируя конструкцию оранжереи необходимо учитывать разновидность выращиваемых культур, например, тропическим растениям нужно намного больше света и поэтому можно дополнительно освещать только половину теплицы. Искусственное освещение легко регулируется, а подсветить культуру можно непосредственно в радиусе ее выращивания.

Для освещения используются люминесцентные, светодиодные, газоразрядные лампы.

Для проращивания рассады, а также дополнительного освещения зимой или в ночное время суток используются люминесцентные лампы, работающие по принципу дневного света.

В промышленных масштабах агротеплиц применяются газоразрядные лампы (натриевые, ртутные, металлогалогенные).

Наиболее популярным вариантом пользуются светодиодные светильники, обладающие неограниченным сроком службы и максимальной безопасностью. Провести освещение в теплицу можно самостоятельно.

Как видите можно легко сделать теплицу-автомат своими руками, достаточно продумать идеальное месторасположение.

Подводка электроэнергии подразумевает подпитку от электрощитовой или другого источника электроэнергии, поэтому необходимо продумать максимально удобное расстояние от парника к источнику энергии, от которой будет происходить подпитка. Тоже самое касается и системы полива, которая напрямую зависит от водоснабжения.

Автоматика для полива теплицы своими руками

Готовую систему капельного полива можно купить в магазине, но можно изготовить ее и своими руками. Для этого внутри устанавливают большой бак, подключенный к системе водоснабжения. От бака по всему помещению раскладывают шланги с капельницами – небольшими клапанами, через которые воздух поступает напрямую к растениям (рисунок 6).

Рисунок 6. Системы автоматического полива

В небольших постройкаъ можно сделать простой капельный полив из обычных пластиковых бутылок. Их просто вкапывают в землю горлышком вниз, предварительно просверлив в крышке несколько небольших отверстий. Дно бутылки срезают, и в нее наливают воду, которая будет постепенно поступать к корням растения.

Чтобы вода поступала более равномерно, в бутылку можно вставить старый стержень от шариковой ручки. Его очищают бензином от остатков пасты, и вставляют в небольшое отверстие в бутылке. Вода под давлением будет медленно поступать в стержень и капать на землю.

Системы автоматического полива теплицы: схема

Чтобы обустроить капельный полив самостоятельно, нужно сделать схему расположения труб и капельных лент. После этого нужно сделать расчет необходимой длины оборудования и предусмотреть место для емкости с водой.

К баку подключают магистральную трубу, а к ней, с помощью специальных коннекторов – капельные ленты, которые раскладывают по всем грядкам. Концы капельных лент и магистральной трубы закрывают заглушками. По всей длине лент размешают капельницы, через которые вода будет поступать к растениям. Для регулировки напора воды на соединении магистральной трубы с баком устанавливают шаровой краню

Автоматизируем по-хитрому и домашними средствами

Давайте посмотрим, как можно обеспечить тот же автополив растениям подручными средствами:

Способ №1. Солнечная дистиляцция

Это – очень простой способ автополива, который дает достаточно влаги для растений даже в самые жаркие дни. Суть этого принципа – в солнечной дистилляции – когда вода греется до выделения пара, а этот пар потом конденсируется в воду.

Итак, берем две пластиковые бутылки разного размера, в одну из них наливаем воду, а вторую используем как колпак для нее. Когда вода от солнца будет испаряться, пар осядет на стенках колпака. Такой конденсат хорошо увлажняет грунт, и чем более палит солнце, тем больше влаги получат растения.

Базовые возможности умной теплицы

Автоматизации подлежат следующие виды работ из комплекса обязательных агротехнических мероприятий проводимых с растениями в теплице.

• Регулирование температуры предпочтительной для выращивания растений в данной конкретной теплице. Контроль над поддержанием заданного теплового режима.
• Создание определенных показателей влажности воздуха в теплице. На урожайности некоторых культур этот показатель оказывает существенное влияние.
• Сохранение влажности грунта в заданных пределах. Корневая система растений не должна пересыхать и в то же время переизбыток влаги приводит к заболеванию растений.
• Организация дополнительного освещения в теплице в любое время года обеспечит полноценный рост растений.

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.

Технология работ по автоматизации теплицы своими руками

Построив теплицу, вы наверняка захотите снять с себя часть функций по организации оптимального микроклимата в ней, чтобы они выполнялись автоматически. Рассмотрим два основных варианта монтажа оборудования в теплице для обеспечения автоматического проветривания и полива растений. В первом случае теплица электрофицирована, то есть к ней подведено сетевое напряжение питания в 220 В. Второй вариант – с отсутствием сети электроснабжения приусадебного участка и соответственно самой теплицы.

Схема дождевания в теплице.

Электрофицированная система позволяет использовать устройства электроники, которые можно приобрести в садовом магазине. На сегодняшний день использование электроники в садоводстве не является дорогим удовольствием, поэтому оборудование можно приобрести по сравнительно невысокой цене. Для монтажа вам потребуется набор отверток, электродрель и пассатижи. Для правильного функционирования системы необходимо разместить блок управления и датчики. Датчики контролируют температуру и влажность в помещении теплицы. В нагрузке блока управления подключают маломощные двигатели. Один двигатель является насосом для подачи воды в оросительную систему, второй управляет рычагами открывания закрывания форточки для проветривания.

Для изготовления рычагов можно использовать отрезки металлических или деревянных планок. Длина отрезков будет зависеть от высоты теплицы, месторасположения форточки и электродвигателя. Для того чтобы двигатель отключался при полном открывании форточки, в месте полного открывания устанавливается прерыватель, который в нужный момент разомкнет цепь подачи питания. При отсутствии электроснабжения можно использовать автономные системы электрической автоматизации с использованием аккумуляторов, солнечных панелей. Стоимость таких систем выше.

Сэкономить на системе автоматизации можно, установив гидравлические элементы управления. Для монтажа такой системы вам потребуется инструмент и автоматические “открыватели”. Принцип работы таких открывателей напоминает работу гидроцилиндров. Жидкость, нагреваясь в цилиндре, изменяет положение штока-толкателя, который в свою очередь управляет исполнительным устройством. Датчики в такой системе не нужны, их функцию выполняет жидкость.

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.

Необходимость автоматизации теплицы

Жизнедеятельность растений напрямую связана с температурным режимом, влажностью, освещенностью и другими факторами. Малейшие отклонения в окружающей среде негативно сказываются на темпах роста и урожайности. Соблюдение строгих тепличных условий – кропотливый и трудоемкий процесс, который нуждается в постоянном контроле. Умная теплица своими руками сводит к минимуму человеческое участие, освобождает время и позволяет управлять ростом овощных и фруктовых культур на расстоянии.

Решаемые задачи

Автоматизация создания и поддержания необходимых условий окружающей среды подразумевает управление:

• температурным режимом;
• поливом и орошением;
• освещением;
• подогревом почвы;
• подкормкой CO₂.

Особая роль отводится мониторингу процессов, автономности и оперативной реакции на малейшие отклонения.

Возможности и оборудование

Считывание данных и изменение состояния окружающей среды производится с помощью датчиков и исполнительных устройств. Главенствующую роль играет контроллер, который сопряжен с системой дистанционного управления. Каждое устройство, входящее в робототехнический комплекс, выполняет определенные функции. Оборудование умной теплицы состоит из систем:

• поддержания оптимального температурного режима. Для понижения температуры применяются актуаторы. С помощью этих приспособлений регулируется воздухообмен между помещением и внешней средой. Получая сигнал извне, шаговый двигатель, пневматическое или гидравлическое устройство приводит форточку в необходимое положение. Соответствующие сигналы генерируются датчиками температуры и ветра;
• подогрева почвы. Оптимальная температура в теплице достигается с помощью терморегуляторов, ТЭНов, электрокабеля или других нагревательных приборов, интенсивность работы которых зависит от команд температурных датчиков;
• освещения. Система включает лампы и датчик освещенности, главной деталью которого является фоторезистор. Формирование управляющего сигнала происходит за счет изменения сопротивления в зависимости от интенсивности светового потока. Помимо осветительных приборов, в регулировании освещенности могут участвовать автоматические шторы;
• контроля уровня CO₂. Соответствующий датчик связан с вентиляторами, посредством которых помещение освобождается от выработанного растениями кислорода. Подкормка растений двуокисью углерода повышает урожайность на 30%;
• полива. Автоматизация полива обеспечивается сенсорами влажности (гигрометрами). Из экономических соображений система оборудуется датчиками расхода воды. Простейшие устройства представлены таймерами, которые включают и выключают орошение в заданные промежутки времени.

Преимущества перед обычной

В таблице №1 представлены преимущества и недостатки обыкновенной и умной теплиц.

Таб. №1

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.

Как сделать умную теплицу своими руками

Сделать умную теплицу своими руками несложно, если знать основные особенности ее обустройства. Основное отличие умной теплицы от обычной в том, что все процессы, происходящие в конструкции закрытого грунта, являются автоматизированными, и практически не требуют вмешательства человека.

Автоматика поможет не только поддерживать оптимальный температурно-влажностный режим, но и вовремя проводить проветривание, включать обогрев или подсветку. С помощью таких систем овощи, фрукты и зелень можно выращивать круглогодично с минимальными трудозатратами.

Как сделать такую конструкцию своими руками вы узнаете из видео.

Для чего нужна

Успешное выращивание растений практически полностью обеспечивается благоприятным микроклиматом внутри помещения. На рисунке 1 приведены основные условия обеспечения благоприятного микроклимата: уровень освещения, влажности и вентиляции. Добиться правильной температуры и влажности помогут автоматические системы вентиляции.

В противном случае, микроклимат будет нарушен и это приведет к отрицательным последствиям:

1. Температура внутри будет гораздо выше, чем снаружи, создавая благоприятные условия для развития болезнетворных микроорганизмов;
2. Повысится и температура грунта, что тоже нежелательно, так как семена некоторых растений не прорастают при повышенных температурах;
3. Негерметичность конструкции или неправильно проведенный расчет вентиляции приведет к продуванию строения, и из него будет постоянно уходить теплый воздух;

Рисунок 1. Соблюдение благоприятного микроклимата Поскольку микроклимат помещения постоянно меняется под воздействием освещения, погодных условий и других внешних факторов, уследить за его стабильностью практически невозможно. Именно поэтому и были придуманы автоматические системы вентиляции, полива и проветривания.

Особенности построения

Чтобы построить умную теплицу своими руками, нужно учесть некоторые особенности конструкции.

Рекомендуем ознакомиться с практическими советами по обустройству автоматики своими руками (рисунок 2):

1. Правильно подобрать место для строительства, чтобы максимально использовать солнечную энергию. Оптимальным считается размещение с юга на север, чтобы все растения в течение дня равномерно прогревались и освещались солнцем. Также следует обустроить защиту от ветра, к примеру, высадив в метре от здания живую изгородь.
2. Спроектировать каркас так, чтобы форточки и окна находились в верхней части конструкции. Холодный воздух, проникая внутрь, опускается вниз, поэтому и форточки нужно располагать как можно выше для защиты растений от сквозняков. Для этой же цели нужно сделать прочные двери без щелей, которые не будут пропускать холодный воздух внутрь.
3. Установить надежную автоматику для полива и проветривания. Для автоматического открывания форточек достаточно установить гидроцилиндры, которые приводятся в действие при нагревании жидкости, находящейся внутри цилиндра и толкают шток, открывающий окно. При снижении температуры действие происходит в обратном порядке. Для автоматического внесения влаги рекомендуют устанавливать систему капельного полива с датчиком.

Если помещение будет использоваться зимой, в ней устанавливают обогревательные приборы и аккумуляторы с датчиками, которые будут автоматически включать обогрев при определенном температурном режиме окружающей среды.

Польза

Польза автоматики очевидна: любые растения в таких конструкциях можно выращивать круглогодично с минимальным участием человека.

Рисунок 2. Пошаговая инструкция для строительства теплицы своими руками

Существует мнение, что обустройство умной теплицы влечет серьезные финансовые расходы, но эта точка зрения правдива лишь отчасти. Для автоматизации необходимо купить датчики и систему капельного полива, а монтаж можно провести и своими руками.