VII Международный конкурс научно-исследовательских и творческих работ учащихся
Старт в науке
Умная теплица
Автор работы награжден дипломом победителя II степени
Полная версия работы доступна во вкладке "Файлы работы" в формате PDF
Аннотация
На данный момент у множества людей имеются дачи, и мы не исключение. Ежедневно следить за состоянием растений в теплице довольно трудно, но с помощью современных технологий мы можем облегчить уход за ними. Именно поэтому меня заинтересовал этот проект.
«Умная теплица» должна обеспечить контроль состояния растительности, находящейся внутри. Она должна распознавать определённые ситуации и подбирать подходящее для них решение.
Работа включает в себя: оглавление, аннотацию проекта, введение, основное содержание, выводы и практические рекомендации, заключение, список используемой литературы. Так же работа содержит- 17 страниц, 17 фотографий.
Приложение содержит 9 фотографий
Введение
В современном мире существуют огромные промышленные сооружения и небольшие дачные участки, но даже за самыми крохотными из них требуется определенный уход, который заключается в соответствующем уровне освещенности, поддержании необходимой температуры и осуществлении полива.
У многих людей, которые занимаются садоводством, зачастую не хватает времени и сил для рабочего процесса. Огородники просто мечтают о теплице, в которой бы все делалось автоматически. Данные теплицы будут востребованы теми, кто не планирует тратить время для работы с ними или просто не имеет возможности в этом из-за отпуска или командировок.
Цель работы:
Ознакомиться с элементами системы «Умная теплица» и выявить возможное применение элементов этой системы на наших дачах (в теплицах).
Задачи:
изучить возможности датчиков и устройств Arduino.
Установить датчики и устройства на заранее собранном макете.
Запрограммировать «Умную теплицу».
Материалы:
Комплект Arduino.
Основная часть
И стория развития теплиц
Теплица – знакомое абсолютно всем сооружение на сегодняшний день. За многие века она эволюционировала от простейших укрытий до сложнейших конструкций, в которых нашли применение самые современные технические разработки.
Первые теплицы
История создания этого весьма интересного творения человеческого ума уводит нас во времена Древнего Рима. Еще тогда земледельцы поняли, что для капризных растений необходим особый уход. Поначалу данную проблему решали просто: в тачках создавали передвижные клумбы, чтобы холодными ночами прятать их в теплое место. Позже грядки начали покрывать слоем навоза, чтобы таким образом создать парниковый эффект. И лишь по прошествии многих лет, начали появляться первые конструкции с использованием слюды. При создании теплиц использовали бычий пузырь, домотканые холсты и другие материалы.
Стеклянные теплицы
В 17 веке по всей Европе, широкой популярностью пользовались стеклянные теплицы. Именно благодаря Петру I, который завез из Европы в Россию эту диковинку, началось повсеместное распространение различных растений, особенно это касалось цветов, которые было практически невозможно выращивать в суровом российском климате.
Пленочные теплицы
Немного позже появились теплицы и парники с пленочным покрытием, которые очень быстро приобрели огромную популярность. Легкий, доступный и очень простой в использовании материал, обладал лишь такими недостатками, как непродолжительный срок эксплуатации и отсутствие прочности.
Теплицы из поликарбоната
Начало 21-го века открыло много новых возможностей в тепличном овощеводстве. На сегодняшний день наиболее популярными являются теплицы из поликарбоната, так как они обладают высокой прочностью и устойчивостью.
Термин «умная теплица» появился в лексиконе огородников сравнительно недавно, в связи с развитием высоких электронных технологий. Под ним обычно подразумевают теплицу, оборудованную всевозможными механическими приспособлениями, облегчающими жизнь пользователю и повышающими эффективность его деятельности.
Для управления умной теплицей требуется Arduino Uno.
A rduino Uno - Самая распространенная микроконтроллернаяплатформа для любительских и учебных проектов, базирующаяся на микроконтроллере ATMega328 фирмы Atmel. К нему существует бесплатная среда Arduino для разработки программ на языке C++. Arduino Uno является достаточным для работы с теплицей в базовом варианте. На ее 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.
Функции умной теплицы
С истема автоматического полива растений
Для контроля влажности растений в грядку вставляется датчик влажности почвы.
Датчик влажности почвы.
Д атчик влажности почвы Arduino предназначен для определения влажности земли, в которую он погружен. Он позволяет узнать о недостаточном или избыточном поливе растений.
Модуль состоит из двух частей: контактного щупа и датчика, в комплекте также идут провода для подключения. Между двумя электродами щупа создаётся небольшое напряжение. Если почва сухая, сопротивление велико и ток будет меньше. Если земля влажная — сопротивление меньше, ток — чуть больше. По итоговому аналоговому сигналу можно судить о степени влажности.
К одному из выводов Arduino подключена помпа, которая при помощи прозрачных силиконовых трубок соединена с емкостью с водой. При низкой влажности почвы насос начнёт поливать грядки до тех пор, пока почва не станет достаточно влажной.
Функция отслеживания температуры внутри умной теплицы
С истема вентиляции помещения относится к важнейшему оснащению теплицы. С ее помощью изнутри выводится перегретый воздух, имеющий высокое содержание влаги. Внутрь теплицы попадают прохладные воздушные потоки, создавая, таким образом, наиболее оптимальные условия для роста растений.
Самым доступным способом достижения такого результата является проветривание помещения через обустройство форточек.
Датчик для измерения температуры и влажности воздуха
Д ля измерения температуры и влажности воздуха внутри теплицы используется комбинированный датчик DHT11, который устанавливается в любом месте внутри теплицы, удаленном от локальных источников тепла.
К Arduino подключается устройство, называемое сервоприводом. У него есть выходной вал, который может поворачиваться на 180 градусов. Благодаря этому свойству при высокой температуре сервопривод будет открывать окно в теплице.
Функция контроля уровня освещённости растений
Д ля выращивания светолюбивых категорий растений в теплице необходимо хорошее освещение.
Внутри «Умной теплицы» закреплён датчик, отслеживающий уровень освещённости.
Он должен быть размещен так, чтобы не заслоняться деталями теплицы или электронными модулями, быть хорошо заметным и легко закрываться рукой (для проверки функционирования).
При низком уровне освещённости, в теплице включается светодиодная лента, которая наклеивается под крышу теплицы так, чтобы обеспечивалось равномерное освещение «растений».
Программа для управления «Умной теплицей»
#define POMP_PIN 7
#define HUMIDITY_PIN A4
#define HUMIDITY_MIN 500
#define HUMIDITY_MAX 900
#define INTERVAL 60000 * 3
unsigned int humidity = 0;
unsigned long waitTime = 0;
#include "DHT.h"
#define DHTPIN 3
DHT dht(DHTPIN, DHT11);
#define PIN_LED 13
#define PIN_PHOTO_SENSOR A0
#include <Servo.h>
Servo servo;
void setup(void)
{
pinMode(POMP_PIN, OUTPUT);
Serial.begin(9600);
dht.begin();
pinMode(PIN_LED, OUTPUT);
servo.attach(11);
}
void loop(void)
{
int val = analogRead(PIN_PHOTO_SENSOR);
Serial.println(val);
if (val < 500) {
digitalWrite(PIN_LED, HIGH);
} else {
digitalWrite(PIN_LED, LOW);
}
delay(2000);
float h = dht.readHumidity();
float t = dht.readTemperature();
if (isnan(h) || isnan(t)) {
Serial.println("Ошибкасчитывания");
return;
}
Serial.print("Влажность: ");
Serial.print(h);
Serial.print(" %\t");
Serial.print("Температура: ");
Serial.print(t);
Serial.println(" *C ");
int humidityNow = analogRead(HUMIDITY_PIN);
if(humidityNow>500) {
digitalWrite(POMP_PIN, HIGH);
delay(2000);
digitalWrite(POMP_PIN, LOW);
}
if(t>27){
servo.write(20);
}
}
Выводы и практические рекомендации
Результатом внедрения нашей «Умной теплицы» будет сокращение трудозатрат по выращиванию овощей, высвобождение личного времени, получение большего урожая, как следствие более правильных технологий по выращиванию в закрытом грунте.
Таким образом, в работе показана возможность организации получения альтернативной энергии в виде продуктов питания более экономичным и производительным способом по сравнению с существующей технологией.
Заключение
Уже сегодня можно создать умную теплицу, которая поможет её владельцу значительно сэкономить затраты на содержание.
Приложение
помпа
Работа светодиодной ленты
сервопривод
работа сервопривода при высокой температуре внутри теплицы
работа системы автоматического полива
датчик влажности и температуры воздуха DHT11 датчик света
Источники:
https://ecoteplo.pro/umnaya-teplitsa/
http://stroy-city.su/istoriya_teplic.
https://www.arduino.cc/