Как построить умную теплицу по курдюмову своими руками?

Секреты использования умного парника

Скептики могут возразить, что обилие автоматики влечет лишь увеличение стоимости конструкции. На протяжении десятилетий граждане работали своими руками и все у них получалось

Насколько оправдано подобное новаторство? Никто не спорит, что ручной труд позволяет решить множество проблем, но специалисты акцентируют внимание на эффективности использования техники по сравнению с ранее применяемыми методами

В том случае, когда садовод полагается исключительно на собственный опыт, ошибок избежать не получится. Человек не способен в режиме реального времени фиксировать изменения степени кислотности почвы или концентрации жидкости.

Не сложно понять, что умная теплица позволяет сократить затраты времени и сил, не говоря уже о повышение шансов насладиться высокой урожайностью.

В зависимости от производителя, парники с компьютерной начинкой обладают следующими характеристиками:

• Система осуществляет мониторинг в режиме 24/7;
• Контроль температуры позволяет максимально быстро уменьшить негативное воздействие на корневую систему;
• Возможность начать процесс подачи свежего воздуха к верхней или нижней части рассады;
• Контроль степени кислотности грунта;
• Определение оптимального времени полива и подкормки;
• Все датчики работают согласовано, благодаря чему в случае даже незначительного отклонения от заданных параметров, блок управления отдаст необходимые команды.

Несмотря на более высокую, нежели у традиционных теплиц стоимость, их «умные» аналоги позволяют в большей степени контролировать происходящее в парнике. Достаточно один раз выставить необходимые параметры, чтобы система самостоятельно поддерживала их в режиме 24/7. Помимо контроля общего состояния теплицы, автоматика отслеживает параметры над и под землей.

Автоматика для теплицы на микроконтроллере

Автоматизация теплицы возможна благодаря точным датчикам, считывающим температуру, уровень влажности и освещения внутри и снаружи теплицы, таймерам, которые передают сведения на специальный контроллер. После чего система управления, на основе встроенных в программу алгоритмов, оценивает показания с датчиков и принимает решения на включение или выключение исполнительных устройств теплицы.

Именно программный регулятор приводит в действие насос системы орошения, вентилятор и доводчик форточки, осветительные и отопительные приборы. На сегодня, существует множество контроллеров, главная задача которых – регулирование микроклимата в теплице. Цена на контроллер зависит от количества аналоговых входов и памяти устройства. Наиболее доступным является контроллер Атмега на платформе Ардуино.

Программа автоматики для теплицы на микроконтроллере ориентирована, в первую очередь, на такие процессы как:

1. Установка заданной температуры и влажности воздуха.
2. Включение, выключение осветительных приборов в зависимости от времени суток и года.
3. Управление системой аэрации (открытие и закрытие форточек, запуск вентиляторов при перегреве воздуха в теплице).
4. Управление системой полива в зависимости от этапов развития растений.

Подобная автоматика позволяет добиться максимальных результатов при выращивании даже самых прихотливых культур, но отличается высокой стоимостью, поэтому может быть рентабельной только на больших и промышленных сельскохозяйственных объектах.

Рекомендации по самообновлению грунта

Состав почвы должен быть сбалансированным. Константин Малышевский рекомендует для улучшения и самообновления грунта покрыть его мульчей органического происхождения и заселить калифорнийскими червями. Выделяемые ими вещества обеспечивают всем необходимым для вегетации.

Если будущий овощевод не стеснён в средствах, к его услугам — широчайших набор урегулированных приспособлений производства разных фирм и стран. Проблема в том, что всё это оборудование стоит немало, если выращивать овощи и цветы не для продажи, а для собственного потребления и удовольствия, оно никогда не окупится. Но это уже проблемы личного выбора каждого.

Автоматический полив в теплицах – виды и конструкция

Для начала имеет смысл узнать про разновидности автополива, их преимущества и недостатки. Эти данные собраны в небольшую таблицу, которую вы можете увидеть ниже.

Капельное орошение

Таблица. Виды систем автоматического орошения в теплицах.

Название	Как устроена	Преимущества	Недостатки
Капельное орошение	От источника по магистральным трубам вода доставляется к специальным капельницам и лентам. С их помощью влага попадает в почву мелкими каплями к каждому отдельному растению.	Не переувлажняет почву, отсутствуют привлекательные условия для сорняков, экономия воды – до 30% по сравнению с обычным поливом.	Сложность и высокая цена системы, необходимость тщательно следить за чистотой воды, чтобы не допустить засорения капельных лент.
Дождевание	От источника вода попадает в разбрызгиватели, также называемые дождевателями. Они располагаются либо на уровне земли, либо под крышей теплицы. Вода распыляется в виде мелких капель и орошает почву на грядках.	Возможность покрыть одним разбрызгивателем большую площадь.	При такой системе автоматического полива существует риск переувлажнения микроклимата в теплице, а капли, попадающие на листья растений, могут привести к «солнечным ожогам».
Подземное орошение	По своему устройству система подобна капельной, но трубы располагаются под землей, а вода доставляется непосредственно к корневым системам растений.	Наиболее эффективная система снабжения растений водой. Дополнительно проводится аэрация почвы.	Самая трудоемкая в обустройстве система автополива, необходимость производить выемку грунта в теплице.
Подземное орошение упрощенное	Сильно упрощенный вариант предыдущей системы – к корневой системе растения вода доставляется из отверстий, проделанных в пластиковой бутылке, вкопанной рядом в землю.	Самая дешевая в создании система автополива – при наличии достаточного количества пластиковых бутылок расходы на обустройство будут равны нулю.	Полностью автоматической подобная система не является – существует необходимость один раз в несколько дней пополнять водой все вкопанные в грунт бутылки.

Дождевание прекрасно подходит для промышленных теплиц большой площади. Для уменьшения затрат на обустройство автополива применяют подвижную систему, перемещающуюся под крышей вдоль грядок Подземное капельное орошение

Теперь обратим внимание на конструкцию системы автополива в теплице. Вариант с использованием пластиковых бутылок будет рассмотрен в следующем разделе статьи вместе с инструкцией по созданию

Что касается остальных систем, то, за исключением непосредственно капельниц и разбрызгивателей, они включают в свою конструкцию одни и те же компоненты.

1. Источник – это может быть скважина, колодец, водопровод или резервуар. По возможности, температура жидкости должна соответствовать таковой у воздуха – переохлаждение, вызванное поливом, вызывает у растений «стресс», который не лучшим образом сказывается на их здоровье и урожайности.
2. Насос – при использовании в качестве источника бака, резервуара или скважины для создания необходимого давления в системе. В случае с водопроводом оно может быть непостоянным и превышать максимально безопасные для труб и капельных лент значения. В таком случае применяют редуктор давления воды.
3. Фильтр – вне зависимости от источника воды, его наличие обязательно. В противном случае система автополива быстро выйдет из строя.
4. Электромагнитные клапаны необходимы для открытия и закрытия подачи воды в систему. В отличие от обычных кранов, управляются не поворотом вентиля, а электрическими сигналами.
5. Контроллер или таймер – электрические сигналы на клапан подаются с его помощью. Самая «умная» часть системы автополива. При необходимости ее дополняют датчиками.
6. Распределительная магистраль – трубы, по которым вода доставляется к капельным лентам или дождевателям. В качестве материала используют сталь, металлопластик, ПВХ и т. д.

Пример самодельной системы автоматического капельного полива с питанием из бака

Каждый из компонентов, приведенных выше, по-своему важен, потому будет отдельно и более подробно рассмотрен далее.

Умные теплицы из поликарбоната

Современные теплицы из поликарбоната или других материалов бывают совершенно разнообразных форм. Это может быть и самостоятельное строение, и часть другого здания или какой-нибудь опоры.

Многое зависит и от формы здания и его крыши. Для небольших садовых участков лучше выбирать компактные пристенные модели. Если позволяет площадь, можно установить современные конструкции с изогнутыми краями. Подобная форма будет предотвращать перегрев внутри помещения и поможет украсить садовый участок.

Что нужно для построения умной теплицы

Помимо монтажа вентиляционных систем, применяют и другие способы обеспечения нужного микроклимата. К примеру, зимой нужно обеспечить максимальный прогрев помещения (рисунок 8), а летом защитить растения от слишком интенсивных солнечных лучей.

Для этого используют притенение, которое в комплексе с приточной или принудительной вентиляцией и поливом обеспечивает комфортные условия для роста культур. Существует два основных способа притенения:

1. С помощью нанесения специальных составов на поверхность;
2. И использование навесных материалов.

Рисунок 8. Прогрев помещения в зимнее время

Ранее для притенения использовали разведенную краску или известь. Но недостаток этих средств в том, что их сложно снять с поверхности в конце сезона. Сейчас на рынке есть специальные составы, которые обеспечивают отличное притенение, не смываются дождем, но при необходимости легко ликвидируются обычной щеткой.

Правила построения

Если вы уже установили самодельную вентиляцию с электроприводом или без, вам необходимо позаботиться и о защите растений от ультрафиолета. Сделать это довольно просто, причем притенить теплицу вы сможете и с использованием подручных материалов. Основные способы притенения приведены на рисунке 9. Для изготовления притеняющего экрана подойдут следующие материалы:

• Деревянные или пластиковые рейки;
• Жалюзи;
• Пластик, покрытый белой краской;
• Мешковина или другая плотная ткань;
• Светонепроницаемая пленка.

Преимущество всех этих материалов в том, что они прочные, износостойкие, их легко монтировать и снимать, а в сложенном состоянии эти экраны можно хранить в кладовой или на чердаке.

Для притенения небольшого помещения будет полезно установить электропривод, который будет опускать и поднимать экраны, когда садовода нет дома.

Особенности

Умная теплица – полностью автономное сооружение, которое бесперебойно функционирует практически без вмешательства человека. Для этого нужно установить в ней отопительные приборы с датчиками, подключить свет, капельный полив и обязательно установить автоматику для проветривания.

Рисунок 9. Способы притенения теплиц

Чтобы проветривание было эффективным, нужно не только предусмотреть систему автоматического открывания и закрывания форточек, но и правильно расположить окна.

Желательно, чтобы они находились в верхней части постройки, например, на крыше. Так вы защитите растения от сквозняков и переохлаждения.

Основные преимущества

Если мы собрались построить сооружение на своём участке, нам необходимо начать с правильного выбора места для её расположения. Определяющими критериями должны стать роза ветров (схема ветровой активности) местности и предполагаемый характер использования оранжереи в будущем.

Отцы-основатели рекомендуют следующее:

1. Для всесезонных теплиц со специализацией из огурцов, салатов, сладкого перца оптимальным считается размещение «север—юг».
2. Сезонные, предназначенные для помидоров и баклажанов, лучше размещать в формате «восток—запад».
3. Она нуждается в обустройстве дополнительной защиты от ветра и для уменьшения рисков от стремительных перепадов температур и защиты самой конструкции от повреждений и разрушений.
4. В местностях с частыми штормами рекомендуют даже высадку живых изгородей в 10—15 метрах от корпуса сооружения.
5. Форточки для проветривания устраиваются по возможности выше. Объяснение этому очень простое: холодный воздух всегда опускается вниз, обустраивая фрамуги в верхней части парника, мы избавляемся от влияния гибельных сквозняков. При верхнем заборе поступающий в воздух не попадает непосредственно на растения, а смешивается предварительно с тёплым воздухом.
6. Опытные владельцы предупреждают об опасностях, подстерегающих в случаях, если окна сооружения, расположенные под крышей или непосредственно на ней, оснащены нижними петлями, то есть открываются вверх. При «попутном» ветре это придаёт помещению чрезмерную парусность.
7. Если конструкция сооружена без фундамента, она может полностью или частично разрушится.

Защита растений

Даже если у владельца нет стремления к его полной автономности, заботу об аккумуляции солнечной энергии нельзя сбрасывать со счетов. Аккумулятором тепловой энергии Солнца может служить резервуар с водой для полива, окрашенный в матовый чёрный цвет, расположенные на полу камни тёмного цвета, даже бетонная дорожка или отмостка вдоль периметра. Иначе говоря, любое расположенное там вещество, обладающее высокой теплоёмкостью. С другой стороны, летом, особенно в южных районах, температура в “тёплых огродах” может достигать 50 градусов, что гибельно для растений. Во избежание подобного, опытные дачники рекомендуют в конце весны произвести побелку прозрачных элементов конструкции (кровли, окон и т. п.). Это метод защиты от избыточного света хорош тем, что побелка легко устраняется после окончания весенне-летнего сезона простым смыванием.

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.

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).

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.

Система зашторивания теплиц

В значительных по площади промышленных теплицах, для нормализации микроклимата, применяют и системы зашторивания парников. В бытовом хозяйстве такие системы показывают не менее высокую результативность.

Различают боковые и верхние экраны систем зашторивания. Вместе с тем, существует несколько типов полотен, которые выполняют различные функции: полное или частичное затемнение, сбережение тепловой энергии, удерживание искусственного света внутри парника.

При необходимости Экран приводит в действие переключатель на шкафчике автоматики. Кроме того, систему можно включить в программу общего контроллера по управлению климатом внутри теплицы.

Виды и конструкции

Все преимущества от собственного парника можно увидеть в тот момент, когда свежие и вкусные овощи появляются на столе. Причём это происходит ежедневно, а не только в тёплые летние дни. Нет необходимости для консервирования и заморозки впрок. Теплица даёт всё свежее, натуральное и своё.

Чтобы выбрать качественную конструкцию, нужно учесть параметры местности и, конечно же, определиться с выбором выращиваемой культуры. Сложно не растеряться в разнообразии предлагаемых вариантов, ведь сегодня на рынке представлен большой ассортимент моделей, причём одна лучше другой. А современные дачные умельцы предлагают свои собственные изобретения, намного более совершенные, чем некоторые заводские разработки. Так на чём же остановить свой выбор?

Для начала необходимо определиться с тем, для чего нужна теплица:

• что в ней будет расти и в каких объёмах;
• конструкция будет использоваться только летом или круглый год;
• размеры конструкции;
• количество выращиваемых овощей (для личных нужд или еще и на продажу);
• степень автоматизации теплицы и т. д.

В форме арки

Плюсы:

• малая плоскость отражения, поэтому солнечного света попадает больше;
• большое количество свободного места – растениям есть, куда расти в длину;
• конструкция имеет симпатичный внешний вид;
• простота сооружения и лёгкость транспортировки;
• возможность добавления новых сегментов для расширения посевной площади.

Минусы конструкции:

• с такой теплицы снег практически не скатывается, и есть вероятность того, что конструкция может прогнуться и сломаться;
• при неправильной сборке можно нарушить герметичность и, кроме воды, в теплицу могут попасть вредные насекомые;
• при недостаточно надёжном креплении к фундаменту, конструкцию может снести ветром.

Теплица-домик

Преимущества:

• такое сооружение легко сделать своими руками;
• снег на крыше не задерживается, поэтому не стоит волноваться по поводу прогибов;
• в теплице такого типа проще установить различные системы автоматизации;
• выбор материалов для строительства достаточно разнообразен;
• имеется возможность дополнительного улучшения внешнего вида.

Недостатки:

• теплица имеет сильную степень отражения из-за ровной поверхности, поэтому солнечного тепла растениям может быть недостаточно;
• в дальнейшем, если потребуется расширение площади, сделать это будет затруднительно;
• большое количество составных частей, требующих постоянного контроля;
• крыша у таких теплиц достаточно тяжела, поэтому при возведении сооружения необходим мощный и прочный фундамент.

Широким спросом у дачников сегодня пользуется парник под названием «Умница». Благодаря тому, что конструкция этой теплицы очень удобна и прочна, служить она будет очень долго. Но самое главное, чем отличается эта теплица от других это то, что она обладает открывающейся крышей.

Сгруппировать все преимущества «Умницы» можно следующим образом:

• надёжность и простота конструкции;
• практичный тип кровли;
• несложная регулировка параметров влажности и температуры.

Для управления крышей служит специальный подъёмник на роликах, использование которого не требует специальных навыков. На зимний период теплицу можно оставлять незакрытой. Благодаря этому, будет происходить насыщение почвы влагой, предотвращение вымерзания грунта и возможной деформации крыши.

Кроме того, этот «умный» парник способен самостоятельно создавать необходимый микроклимат внутри. Само название теплицы говорит о том, что качество здесь на высоте. Ну а неоспоримым преимуществом является низкая стоимость, которая позволит окупить затраты за короткий срок.

«Умную» теплицу можно создать и своими руками. Автоматизацию парника поможет осуществить контролирующая система Arduino, благодаря которой возможен постоянный мониторинг основных процессов. Автоматика Arduino уведомляет владельца о работе системы вентиляции, влажности, перебоях электроснабжения и других функций. Данные могут выводиться на дисплей компьютера или планшета либо оповещение может проводиться при помощи световой сигнализации.

Автономная работа самодельной теплицы достигается установкой комплекта, куда входят электросхемы, закрыватели с термодатчиками и модули различного назначения.

Базовый проект самодельной «умной» теплицы позволяет автоматически выполнять следующие функции:

• контроль и регулировка температуры внутри теплицы;
• мониторинг влажности воздуха;
• увлажнение грунта;
• освещение растений.