Автоматизированная система микроклимата

Автоматизированная умная теплица на arduino. Система управления микроклиматом на ардуино

В современном мире очень важны инновационные автоматизированные системы производства в сельском хозяйстве. Обусловлено это необходимостью роста в производительности. причем производительность должна быть обеспечена за счет экологически чистых технологий. Такими технологиями являются автоматизированные системы управления микроклиматом в теплицах.
Такие системы в автоматическом режиме создают оптимальный микроклимат для выращивания сельхозкультур и кроме того позволяют существенно экономить на энергоресурсах.
Проблема в существующем направлении следующая. Существующие системы микроклимата разбиты на несвязанные системы. Отдельно система управления проветриванием (температурным режимом) и отдельно система полива. Т.е. нет комплексных решений для малых и средних предприятий. Только для  крупных предприятий создаются уникальные дорогостоящие комплексные системы. Поэтому мы поставили задачу разработать автоматизированную систему управления микроклиматом для малых и средних предприятий растениеводства.
Система создана на базе программируемого микроконтроллера Arduino. Данный микроконтроллер достаточно дешев и удобен в программировании. Именно поэтому созданная система имеет цену ниже , чем у существующих аналогов, а кроме того она является гибкой и и легко настраиваемой под любые режимы.(т.е. под выращивание различных сельскохозяйственных культур).
Проблема нашего проекта  состоит в создании прототипа автоматизированной системы управления микроклиматом для малых и средних теплиц на базе программируемого микроконтроллера Arduino. проведем анализ существующих систем их недостатки и преимущества.
Средняя рыночная цена на автомат проветривания для малых теплиц на рынке 2500 рбулей. Средняя рыночная  цена  полуавтоматических  систем полива 3000 рублей. Как отмечалось данные системы работают независимо друг от друга и это существенный минус. Комплексная система управления микроклиматом на базе микроконтроллера Arduino позволит соединить показания датчиков освещенности, влажности и температуры для оптимального управления приводами систем полива и проветривания. Кроме того общую себестоимость такой системы можно свести до 4000 рублей. Причем один микроконтроллер  может управлять двумя теплицами независимо. Т.е. для малых и средних хозяйств это оптимальное решение.
Цель проекта: создать макет, прототип автоматизированной системы управления микроклиматом для теплиц на базе микроконтроллера. Система должна содержать подсистему автоматического полива, проветривания, управления искусственным освещением.
Принципы работы автоматизированной системы управления микроклиматом теплиц.
Общая схема работы автоматизированной системы достаточно проста и наглядна.

Данные с датчиков передаются в микроконтроллер. Программа микроконтроллера  сравнивает данные датчиков с заданными. Согласно алгоритму, заложенному в программе,  микроконтроллер выдает управляющие сигналы на приводы, включает их
Простейший алгоритм работы программы можно задать следующим образом.
Цикл бесконечный
{
Если (температура датчика > заданной) , то включить привод проветривания на открытие;
Если (температура датчика < заданной и форточка открыта), то включить привод проветривания на закрытие;
Если (датчик освещенности < заданного уровня освещенности и текущее время = заданному ), то включить лампы искусственного освещения;
Если (датчик влажности < заданного уровня влажности и текущее время = заданному ), то включить систему полива;
}

Устройство автоматизированной системы микроклимата.

Краткое описание основных узлов системы.

Микроконтроллер Arduino.

Arduino плата с микроконтроллером  с помощью которой можно считывать данные с датчиков и управлять мотороми и дургими устройствами. Язык программирования Arduino по структуре и синатксису сход с языком си.

Аналоговый датчик света для ардуино
Для того, чтобы получить из исходного напряжения лишь его часть используется делитель напряжения (voltage divider).
Аналоговый датчик температуры
LM335 –температурный чувствительный элемент с диапазоном от -40 °C до +100°C и точностью в 1°C.
Сервопривод (следящий привод) — привод с управлением через отрицательную обратную связь, позволяющую точно управлять параметрами движения.
Сервоприводом является любой тип механического привода (устройства, рабочего органа), имеющий в составе датчик (положения, скорости, усилия и т. п.) и блок управления приводом (электронную схему или механическую систему тяг), автоматически поддерживающий необходимые параметры на датчике (и, соответственно, на устройстве) согласно заданному внешнему значению (положению ручки управления или численному значению от других систем).
Проще говоря, сервопривод является «автоматическим точным исполнителем» — получая на вход значение управляющего параметра (в режиме реального времени), он «своими силами» (основываясь на показаниях датчика) стремится создать и поддерживать это значение на выходе исполнительного элемента.

На данной принципиальной схеме датчики выделены цветом. Каждый датчик работает независимо друг от друга и подключены к аналоговым портам. Servo1 и Servo2-  сервомоторы подсоединенные к ШИМ портам. Следует отметить, что несколько портов остаются свободными, что дает возможность расширить архитектуру схемы (добавить датчики, сервоприводы).

вления приводом (электронную схему или механическую систему тяг), автоматически поддерживающий необходимые параметры на датчике (и, соответственно, на устройстве) согласно заданному внешнему значению (положению ручки управления или численному значению от других систем).

Проще говоря, сервопривод является «автоматическим точным исполнителем» — получая на вход значение управляющего параметра (в режиме реального времени), он «своими силами» (основываясь на показаниях датчика) стремится создать и поддерживать это значение на выходе исполнительного элемента.

Заключение
Автоматизированные системы микроклимата наиболее актуальны для малых и средних теплиц. Система в течении недели будет автоматически поддерживать оптимальный климатический режим, без вмешательства человека.  Кроме того данные системы позволят существенно экономить энергоресурсы и трудозатраты.    Следует отметить. Что системы комплексные автоматизированные системы поддержания микроклимата, построенные на микроконтроллере Arduino  в целом должны быть дешевле аналогичных существующих систем.
Поэтому работы по созданию дешевой, комплексной, автоматизированной системы микроклимата для теплиц являются очень  актуальными и требуют продолжения вплоть до выпуска промышленных образцов и запуска в производство.
По результатам проведенного исследования можно сформулировать следующие выводы:
1 Создана принципиальная схема автоматической системы микроклимата для теплиц
2 Разработан алгоритм для микроконтроллера и написана программа для системы микроклимата
3 Создан макет автоматизированной системы  микроклимата.  Протестирована и отлажена его работа.
В качестве перспектив проекта можно рассмотреть создание полностью автономных автоматизированных  систем  микроклимата. Т.е. энергоснабжение для них будет осуществляться  с помощью  альтернативных источников энергии, солнечные батареи и ветряки. Данные системы способны длительно работать без вмешательства человека и полностью автоматизировать труд в растениеводстве.
Литература по робототехнике и ардуино
1. Энциклопедия начинающего радиолюбителя: Описания практических конструкций.Иванов Б. С. — М.: Патриот, 1992, 416 с.
2. Электроника шаг за шагом: Практическая энциклопедия юного радиолюбителя. Сворень P. А. / Рис. С. Величкина. — Изд. 3-е, дополн. и исправл. — М.: Дет. лит., 1991. — 446 с.: ил.
3. Микроэлектроника для всех. Введение в мир интегральных микросхем: основы функционирования, технология изготовления и применение: Эндерлайн P. Пер. с немец.- М.: Мир, 1989.- 192 с., ил.

Познакомиться с другими проектами  по робототехнике и компьютерному моделированию

Поделиться: