Файл: Проект автоматизации систем микроклимата гидропонной установки.docx

Министерство образования и науки Челябинской области

Государственное бюджетное профессиональное образовательное учреждение

«Южно-Уральский агропромышленный колледж»

КУРСОВАЯ РАБОТА

Тема: «Проект автоматизации систем микроклимата гидропонной установки»

Специальность: 35.02.08 Электрификация и автоматизация сельского хозяйства

ПМ.01 Монтаж, наладка и эксплуатация электрооборудования (в том числе электроосвещения), автоматизация сельскохозяйственный предприятий

Студент: Панин Евгений Алексеевич

Курс: III

Группа: 313

Руководитель: Худяков Сергей Владимирович

Дата проверки: __________________________

Оценка___________________

Аргаяш, 2023

Содержание

Введение 4

1 Основная часть 7

1.1 Основные параметры и классификация микроклимата в гидропонной теплице 7

1.2 Разработка системы микроклимата в гидропонной теплице 9

1.3 Описание микроконтроллера, датчиков и исполнительных механизмов 10

1.4 Принцип работы 13

1.5 Принципиальная схема автоматического управления микроклиматом теплицы по нескольким параметрам 16

1.5 Расчетная часть 20

1.6 Техника безопасности 22

Заключение 24

Библиографический список 26

Приложение А Принципиальная схема автоматического управления микроклиматом теплицы 27

Приложение Б Элементы функционально-технологической схемы 28

Приложение В Общий вид теплицы с автоматизированным микроклиматом 29

Введение

На значительной территории нашей страны в связи с продолжительной, нередко суровой зимой и коротким, не всегда теплым летом складываются неблагоприятные условия для выращивания теплолюбивых растений в открытом грунте.

---

Для расширения возможности выращивания растений и снабжения населения свежими продуктами питания, особенно овощами, в неблагоприятные периоды года применяют различные сооружения защищенного грунта, в которых искусственно создаются необходимые условия для роста и развития растений. По степени удовлетворения потребностей растений в комплексе факторов жизнеобеспечения или по технологической сложности сооружения защищенного грунта подразделяют на парники, утепленный грунт, теплицы и гидропонные системы.

В таких сооружениях необходимо стремиться к созданию оптимальных параметров среды выращивания. К сожалению, в простейших теплицах на приусадебных участках в основном на солнечном обогреве не всегда этому уделяется должное внимание. В результате растения в таких теплицах постоянно находятся в стрессовых условиях. Ночью, как правило, растения переохлаждаются, днем в солнечную погоду перегреваются. Особенно усугубляются неблагоприятные воздействия в теплицах, расположенных на садово-огородных участках, значительно удаленных от мест постоянного проживания владельцев. В таких теплицах, посещаемых, как правило, лишь в выходные дни, нет возможности оперативно вмешаться в формирование климата, в результате чего он нередко далек от оптимального. Правильный тепловой режим в теплицах позволяет повысить урожайность в 2-3 раза.

Гидропонная система является одним из передовых и наиболее прогрессивных способов выращивания овощей и цветов в теплицах и в домашних условиях. Столь молодая, но уже очень известная отрасль занимает все больше и больше умы овощеводов и цветоводов, некоторые из них относятся довольно скептически к методу гидропоники, но ведь для роста и цветения растений им нужен свет, вода, воздух, тепло и питательные вещества. Только в гидропонике почва не играет главной роли, так как корни получают необходимые для роста растения минеральные вещества из питательного раствора. А с другой стороны сама природа подсказала человеку, как можно вырастить растения без земли. Ведь миллионы лет на горных породах, в воде, на вулканической лаве, в песке, глине и т. д. расло огромное количество растений.

Существуют многочисленные системы автоматизированного управления микроклиматом теплиц.

Особенностью агротехники нашей страны является то, что 70% населения сами обеспечивают себя овощами в летний и осенний период за счет выращивания культур на приусадебных участках. Естественно, что в таких условиях выращивания человек не может постоянно контролировать микроклимат в теплице, но и покупать дорогостоящую систему тоже нет возможности. Поэтому необходимо создать простую систему управления основными параметрами микроклимата: температура и влажность. Разработка мероприятий по созданию оптимально микроклимата в помещении для выращивания растений является необходимым условием полноценного содержания культур.

---

Под микроклиматом понимают, прежде всего, климат помещений для растений, который определяют как совокупность физического состояния воздушной среды, его газовой, микробной и пылевой загрязненности с учетом состояния самого здания и технологического оборудования. Т.е. это сочетание физических, химических и биологических факторов, создающихся в закрытых помещениях.

Создание оптимального микроклимата является необходимым условием для выращивания растений. Отрицательное воздействие факторов внешней среды может вызвать целый ряд различных болезней, таких как ……. Мероприятия, направленные на создание микроклимата помещений, имеют как экономическое, так и санитарно-профилактическое значение.

Целью курсовой работы является создание простой системы управления основными параметрами микроклимата: температуры и влажности.

Для достижения поставленной цели необходимо выполнить следующие задачи:

- Проанализировать и изучить литературу по системам микроклимата;

- охарактеризовать выбор и обосновать систему управления микроклимата в гидропонных системах;

- описать операционную технологию проекта разработки микроклимата для гидропонной установки;

- рассмотреть вопросы техники безопасности и охраны окружающей среды.

1 Основная часть

1.1 Основные параметры и классификация микроклимата в гидропонной теплице

Современная система автоматического управления микроклиматом должна поддерживать не только заданный режим, но и максимально эффективно использовать возможности исполнительных узлов и датчиков.

Микроклимат включает в себя четыре основных показателя, рисунок 1.:

- температура воздуха;

- влажность;

- количество света;

- уровень углекислого газа.



Рисунок 1. Система микроклимата гидропонной установки.

Для управления этими параметрами теплицы оборудуются исполнительными узлами, которые показаны в таблице 1.

Таблица 1. Необходимые исполнительные узлы для создания оптимального микроклимата.

№ п/п	Параметр	Функции
1	Система отопления	Это комплекс оборудования для поддержания заданных технологией выращивания культур параметров микроклимата в пространстве, отведенном для их размещения.
2	Вентиляция	Это система мер для поддерживания температурного режима, влажности и восполнения углекислого газа для обеспечения успешного выращивания сельскохозяйственных культур. Задача выполняется путем обмена внутреннего воздуха с наружным.
3	Досвечивание	Для полноценного роста и развития растениям необходимо большое количество света. Под его воздействием в зеленой биомассе активизируется процесс фотосинтеза – преобразование углекислого газа в кислород и питательные вещества. Еще одним важным фактором, влияющим на всхожесть рассады, развитие стебля, листьев, корневой системы и вызревание плодов, является фотопериодичность — длина светового дня.
4	Система контроля влажности	Она представляет собой систему, позволяющую регулировать микроклимат внутри. Они работают благодаря спринклерам – устройствам, позволяющим рассеивать капли воды, размер которых 5-10 микрометров. Столь малая частица воды подвергается мгновенному испарению. Для испарения 1 мг воды необходимо затратить порядка 0,5 килокалорий тепловой энергии. За счет этого, при увеличении влажности снижается температура.

---

Из-за использования в теплице современного метода выращивания растений – гидропоники, контролировать влажность почвы не надо, так как этим занимается система гидропоники и удобрений. Самым важным фактор в жизнедеятельности всех растений является процесс фотосинтеза. От него зависит скорость роста растения и его урожайность. Источником энергии для фотосинтеза является свет, поэтому, на этапе разработки проекта теплицы защищённого грунта, нужно продумать оптимальное расположение теплицы, позволяющее использовать естественное освещение максимально эффективно или создать искусственное освещение.

Различают естественное и искусственное освещение, так же на этот параметр большое влияние оказывает концентрация углекислого газа и температура.

В настоящее время производится активное переоборудование теплиц, связанное с повышением требований к теплице, а значит с количеством исполнительных узлов: разделение контуров обогрева, переоборудование оконной вентиляции, установка вентиляторов. И чем больше исполнительных узлов имеет теплица, тем важнее для нее выбор системы автоматического поддержания микроклимата.

Как показывает практика, что внедрение автоматизированных систем управления на этапе проектирования системы довольно сложный процесс в плане выбора системы и исполнительных устройств, ввиду того что в процессе эксплуатации теплицы могут быть изменены культуры высадки, помимо этого все климатические параметры зависят от возраста растения. Поэтому в системе управления микроклиматом должна существовать возможность оперативно изменить любой параметр во время эксплуатации, причем методы его задания должны в наглядной форме отражать агрономические, экономические и теплотехнические требования, предъявляемые к системе.

Таким образом, современная система управления микроклиматом должна позволять задать не только один из параметров указанных выше или их комбинацию, но и любой другой параметр возникающий в процессе производства, предоставляя оператору системы широкие возможности в выборе метода поддержания температурно-влажностного режима в теплице.

1.2 Разработка системы микроклимата в гидропонной теплице

В соответствии с определенными функциями можно определить общую структуру системы. Структурная схема системы представлена на рисунке 1. Устройство управления получает данные от датчиков температуры,

---

влажности и кнопок управления, преобразуя их в соответствии с алгоритмом работы и выдает данные на индикаторы и графики для отображения температуры и влажности, а также при необходимости сигналы на ключевые элементы. Ключевые элементы позволяют включать/выключать исполнительные устройства в том порядке, в который установлен в алгоритме.



Рисунок 1. Структурная схема системы.

Структурной схема системы контроля микроклимата теплицы, должна выполнять следующие алгоритмы:

1. Начальный запуск системы;

2. Выбор необходимых параметров для поддержания типа микроклимата;

3. Прием данных с датчиков и обработка этих данных в соответствии с алгоритмом;

4. Вывод текущих параметров микроклимата среды;

5. Формирование выходных сигналов для запуска исполнительных устройств проветривания/нагрева, подачи воды.

1.3 Описание микроконтроллера, датчиков и исполнительных механизмов

Cреди широкого ассортимента платформ была выбрана Arduino Uno.

Arduino Uno, контроллер построен на ATmega328. Платформа имеет 14 цифровых вход/выходов (6 из которых могут использоваться как выходы ШИМ), 6 аналоговых входов, разъем USB, силовой разъем, разъем ICSP и кнопку перезагрузки. Для работы необходимо подключить платформу к компьютеру посредством кабеля USB, либо подать питание при помощи адаптера AC/DC или батареи.

Arduino Uno может получать питание через подключение USB или от внешнего источника питания. Источник питания выбирается автоматически.

Для коммутации сильноточных цепей необходимо использовать реле.

Реле бывают выполнены в качестве релейного модуля, содержащего в себе один или несколько реле, а также радиодеталей, осуществляющих гальваническую развязку между управляющими контактами и силовыми. Реле может управлять практически чем угодно

Релейный модуль HL-52S, который имеет реле с номиналами 10 А при 250 и 125 В переменного тока и 10 А при 30 и 28 В постоянного тока. Выходной разъем высокого напряжения имеет 3 контакта, средний является общим контактом, и, как видно из маркировки, один из двух других контактов предназначен для нормально разомкнутого соединения, а другой - для нормально замкнутого соединения.

---