Что представляет собой умная теплица: 6 характеристик

Особенности конструкции

Умный парник непременно станет гордостью современного садовода, ведь он позволит вывести культивирование зелени и овощей в неблагоприятный период на совершенно новый уровень. Для того чтобы считать свое тепличное сооружение усовершенствованным, оно должно отвечать следующим базовым характеристикам:

внутри постройки важно поддерживать оптимальный температурный режим. Для этого в умном парнике функционирует автономная система вентиляции, которая помогает контролировать процесс;
капельный полив также необходимо сделать автономным;
чтобы грунтовой состав со временем не оказался истощен, нужно продумать наличие системы мульчирования почвы.. Умная теплица, построенная своими руками, может быть реализована при соблюдении вами трех базовых требований

При желании наполните свой парник различными техническими новинками. Впрочем, добиться желаемых результатов в процессе культивирования зелени в умном парнике у вас получится и без траты сумасшедших средств

Умная теплица, построенная своими руками, может быть реализована при соблюдении вами трех базовых требований. При желании наполните свой парник различными техническими новинками. Впрочем, добиться желаемых результатов в процессе культивирования зелени в умном парнике у вас получится и без траты сумасшедших средств.

Что такое умная теплица?

Понятие «умная теплица» подразумевает выполнение парниковой конструкцией следующих функций:

поддержание необходимого температурного режима за счет систем автоматического проветривания;
автоматизированный полив – капельное орошение;
независимое восстановление почвы путем мульчирования.

Умные теплицы можно условно разделить на два типа:

энергозависимые – все системы работают от электросети;
автономные – автоматика функционирует, используя солнечную и тепловую энергию.

И те, и другие теплицы имеют свои недостатки. При использовании электросети для обеспечения работы автоматических систем об экономии можно забыть. К тому же, если произойдет отключение электроэнергии, для растений в теплице это может закончиться плачевно. Второй вид умных теплиц не совсем удобен тем, что автоматика не способна реагировать быстро. Это касается резких перепадов температуры окружающего воздуха – форточка не успеет вовремя закрыться, и растения могут погибнуть.

В книге Н. Курдюмова и К. Малышевского «Умная теплица» даны полезные советы и подробное описание процесса создания автоматизированного парника. Умная теплица Курдюмова может быть возведена и обустроена без особого труда рядовым дачником.

Что умеет умная теплица?

Она выполняет нижеперечисленные функции:

Сохраняет необходимую температуру в теплице, которая регулируется благодаря системе автоматического проветривания крытого помещения;
Имеет капельную установку, осуществляющую своевременный полив растений;
Восстанавливает у умных теплиц и парников из поликарбоната почвенный слой при помощи мульчирования.

Все это обычно приходится делать своими руками, но именно из-за автоматизации этих процессов теплицу по Курдюмову из поликарбоната с открывающимся верхом называют умной. Однако, несмотря на кажущуюся сложность конструкции, возвести ее своими руками под силу любому дачнику, заинтересованному в автоматизации огородных работ и освобождении лишнего свободного времени для отдыха – абсолютно все системы легко монтируются без привлечения посторонней помощи.

Организация автоматического проветривания

https://youtube.com/watch?v=As4KDepdO2I

Чтобы перевести проветривание в теплице на автоматический режим, нужно установить на форточки несложные гидравлические устройства. Они продаются в готовом виде, однако такую систему можно соорудить своими руками из имеющихся на участке материалов.

Две емкости частично заполняются жидкостью и соединяются шлангом. Одна из емкостей будет находиться внутри парника, другая – снаружи. Когда температура в теплице достигнет критической точки, жидкость расширится и под давлением перетечет в наружную емкость. Масса наружной емкости увеличится, сработает принцип рычага, и форточка откроется. Когда жидкость во внутренней емкости остынет, произойдет обратный процесс.

https://youtube.com/watch?v=u4LGV7kAHf0

Главная цель проветривания – понизить температуру воздуха в теплице. Теплый воздух поднимается вверх – именно здесь и необходимо обустраивать форточки. Между прохладными воздушными массами извне и теплыми внутренними потоками происходит эффективный теплообмен, так микроклимат в теплице приближается к идеальному.

Расположение систем проветривания в нижней части парника приведет к образованию сквозняков. Поэтому не рекомендуется использовать для охлаждения воздуха тепличные двери, даже если температура на улице довольно высокая.

Еще одно предостережение – форточки на крыше теплицы при сильных порывах ветра могут сыграть роль паруса. Среди последствий – выход из строя механизма автоматического проветривания, деформация каркаса теплицы, полное разрушение парникового сооружения. Чтобы избежать подобных недоразумений, устанавливайте теплицу на надежный фундамент и располагайте в наиболее безветренном месте. Для защиты от ветра можно использовать живую изгородь.

Реализация в «железе»

Ничего сложного в реализации проекта нет. Достаточно применить плату Arduino, в комплексе с несколькими датчиками (влажности, температуры, освещенности, наполнения бака полива и концевых контактов окон проветривания), а также парой двигателей для вентиляции и смонтировать систему «теплый пол».

Но сначала требуется сделать саму теплицу. Для основы была создана такая модель:

Вот ее перенос в реальность:

Мониторинг и настройка

Визуализация информации, а также пункты меню настройки выводятся на LCD1602 дисплей, с конвертором в IIC/I2C UC-146 для подключения его к Arduino.

Для выбора параметров используются 4 клавиши. Все это вместе желательно разместить в общем контрольном ящике.

Кроме визуального, для удаленного контроля будет использоваться модуль WIFI связи ESP8266 LoLin NodeMCU2, с помощью которого информация с использованием UDP протокола будет передаваться на домашний компьютер с настроенным web-сервером и базой данных. Которые впоследствии, можно будет получить на любом устройстве в общей сети — смартфоне, цифровом телевизоре или планшете.

Подключаться модуль к ардуино уно будет через серийный порт (RX/TX). Причем электрический контакт производится напрямую TX(модема)-TX(Arduino) и RX аналогично

Почему это важно — зачастую рекомендуют делать соединение перекрестным RX-TX. В прилагаемой схеме это не нужно

Полив

Система полива работает на основе физических принципов и насоса, который функционирует определенное время. Периодом и началом которого управляет Ардуино. С утра бак наполняется водой, что ограничивается временем в управляющем скетче и датчиком на прилагаемом чертеже. В течение дня она прогревается воздухом в теплице. Вечером происходит кратковременное включение насоса, который слегка переполнив емкость запускает полив самотеком.

Так он выглядит в реальности (вместе с системой подачи воды на грядки):

Его схема работы:

Ночью бачок стоит пустым, чтобы в случае отключения обогрева и падения температуры воздуха ниже нуля его не сломало замерзшей водой.

Отопление

Подогрев земли сделан предварительной укладкой «теплого» пола под будущие грядки. Включение происходит через специальное реле на 30 А, так как мощности выдаваемой ардуино никогда в жизни бы не хватило для питания такого потребителя.

Кроме него используется обычный бытовой нагнетатель теплого воздуха, который позволяет нагреть внутреннее пространство теплицы. Он также подсоединяется к микроконтроллеру.

Вентиляция

Для обеспечения движения воздуха предусмотрены два поворотных окна, процесс открытия и закрытия которых выполняется двигателями от автомобильных дворников. В свою очередь, подключённых к Arduino.

Освещение

Чтобы обеспечить растения постоянным притоком света, используются китайские светодиодные ленты, которые включаются в зависимости от таймера и уровня освещенности.

На приведенной ниже схеме оно подключается к выводам резерв (освещение).

Влажность воздуха

Это такой же важный параметр в теплице как и температура, она не должна опускаться ниже 60%. Для разных культур этот параметр может отличаться от 60% до 90%. И мало того, параметр влажности воздуха меняется в зависимости от стадии роста, цветения и плодоношения. Поетому в автоматике для теплиц должна быть предусмотрена возможность менять условия или выбирать уже заложенные программы для разных культур и стадий роста.

Способы увлажнения теплиц

Для увлажнения воздуха в теплице используют увлажнители и датчики влажности , это могут быть ультразвуковые увлажнители или распылители высокого давления. Для ультразвуковых увлажнителей надо использовать фильтры обратного осмоса, т.к. пьезоэлемент быстро придет в негодность от солней и других налетов. Но и форсунки распылителя высокого давления так же засоряются, поетому нужен фильтр тонкой очистки. Для ультразвукового увлажнения стоит учесть один факт, при ультразвуковом увлажнении температура пара почти 40 градусов, т.е. при увлажнении немного поднимется общая температура в теплице. Но ультразвуковые увлажнители это эконом вариант, лучше конечно использовать насос высокого давления и сппециальные распыляющие форсунки.

Мульчирование почвы

Для «умных теплиц» вместо обычного грунта предполагается использовать биогумус собственного изготовления. Он имеет несколько слоев, что позволяет не только получать хорошие урожаи, но и быстро восстанавливать функции почвы.

Суть метода кроется в оригинальном расположении слоев грунтовой смеси. На плодородный слой накладывается органическая либо минеральная мульча слоем до 10 см. Сюда же для ее переработки заселяются калифорнийские черви, перерабатывающие мульчу в плодородный грунт. В зимний период времени мульчу рекомендуется накрывать специальным черным укрывным агроматериалом из нетканого полотна. С наступлением теплого сезона он снимается, а грунт покрывается светлой органикой – соломой или опилками. Этот материал не только хорошо перерабатывается калифорнийскими червями, но и отражает лишние световые лучи, предохраняя корневую систему растений от перегрева.

С помощью «умной теплицы» уменьшаются трудозатраты растениевода на обслуживание рассады и взрослых растений при одновременном повышении их отдачи. Урожай становится не только результатом физического, но и умственного труда, а также новых технологий в растениеводстве.

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.

Что собой представляет умная теплица?

Разные тепличные растения требуют определённых условий выращивания. То, что для одних культурных насаждений будет оптимальным вариантом, пагубно скажется на других. Это касается температуры воздуха, уровня влажности, интенсивности освещения

Поэтому, для получения хорошего урожая очень важно поддерживать в теплице необходимый микроклимат – вовремя проветривать помещение, увлажнять почву, а при необходимости оборудовать дополнительную подсветку и системы обогрева

Всё эти действия требует больших затрат времени, если выполнять их в ручном режиме. Оборудование же теплицы «умными» элементами, позволит производить все перечисленные процессы без непосредственного участия человека. Автоматизация теплиц даёт возможность поддерживать оптимальный микроклимат, ориентируясь на конкретные показатели влажности или температуры. К примеру, если внутренняя температура переходит установленное предельное значение, система автоматически открывает вентиляционные форточки. При падении температуры ниже определённой нормы, вентилирование прекращается. То же относится к поливу и отеплению. Существует несколько вариантов работы подобных систем – с помощью электронных процессоров и датчиков, за счёт физических свойств определённых материалов.

Среди основных плюсов умных теплиц следует упомянуть:

Создание и поддержание оптимального для насаждений микроклимата.
Сведение к минимуму участия человека в процессе выращивания тепличных растений.
Возможность получать значительно больший урожай с тех же площадей.

Недостатков у подобных систем немного, и все они с лихвой компенсируются имеющимися преимуществами. Необходимость вложения финансовых средств, сил и времени. Энергозависимую систему может парализовать отключение электроэнергии на участке.

Преимущества автоматизации

Использование автоматической системы для теплиц дают возможность значительно облегчить труд на своем садовом участке и увеличить урожайность до нескольких раз. Установив автомат для теплицы своими руками достижимо создать благоприятные условия для развития и роста растений без участия человека.

Автономные системы орошения позволят сэкономить время, затраченное на полив, особенно на дачных участках, когда требуется полив даже в будние дни. Количество расходуемой воды и удобрений также существенно снижаются. Освещение и теплоподогрев позволяют круглогодично выращивать овощи и зелень в парниках.

Тепер Вы знаете все об автоматизации теплиц своими руками. Установив систему управления теплицей, трудозатратность снижается в несколько раз, а это значит, что садовый участок — это не только место для физической работы, а еще и место, где можно насладиться отдыхом и единением с природой!

Автополив

Система капельного орошения – это способ полива растений, при котором вода подается прямо к корневой системе индивидуально для каждого саженца и в небольших дозах. Для этого используется не особенно сложная капельная система из резиновых шлангов, капельниц и пластиковых трубок. Благодаря такой системе, почва всегда сохраняет определенный уровень влажности и саженцы хорошо растут. Благодаря тому, что вода в системе автополива подается очень медленно, она успевает прогреться до необходимой температуры, равной температуре воздуха в теплице. С автокапельницей ваши растения не будут испытывать дефицита влаги.

У садовода больше нет необходимости обходить все грядки со шлангом или лейкой, чтобы оросить почву своими руками – весь полив происходит автоматизировано, от вас требуется лишь повернуть кран. Можно использовать гидроавтомат – примерно такой же, как и у форточек с автопроветриванием. Чтобы установить оборудование, прикрепите своими руками к поршню гидроцилиндра крюк, который будет сам поворачивать кран при нагреве. .

Основание

Одним из важных факторов является основание теплицы. Для того чтобы она работала постоянно в проекте нужно предусмотреть фундамент с теплоизоляцией. Ведь корни растений должны находиться в почве с определенной температурой, иначе растение не будет развиваться.

Если теплица уже построена без такого основания, то есть выход – растения можно установить на стеллажи, которые будут подогреваться искусственно. Причем не рекомендуется греть воздух при помощи электрообогревателей. В результате вы потратите много денег на оплату электроэнергии и пересушите воздух в теплице. Гораздо проще использовать что-то вроде печки-буржуйки. Ведь, как известно, теплый воздух согласно законам физики поднимается вверх, и таким образом в теплице создается благоприятная атмосфера.

Реализация в «железе»

Ничего сложного в реализации проекта нет. Достаточно применить плату Arduino, в комплексе с несколькими датчиками (влажности, температуры, освещенности, наполнения бака полива и концевых контактов окон проветривания), а также парой двигателей для вентиляции и смонтировать систему «теплый пол».

Но сначала требуется сделать саму теплицу. Для основы была создана такая модель:

Вот ее перенос в реальность: