Файл: Разработка автоматизированной системы управления тепличным комплексом на примере компании ооо Завод готовых теплиц г. Москва.docx

«DHT22» — это высокоточный и надежный датчик, который может измерять относительную влажность от 0 до 100% и температуру от -40 до 80 °C. Он имеет разрешение 0,1 °C для температуры и 0,1% для влажности. Датчик также имеет низкое энергопотребление 1,5 мА и время отклика 2 секунды. Есть более младшая версия данная датчика, «DHT11», сравнительная характеристика приведена в таблице 2.

Я выбрал именно версию 22, так как она имеет лучшие характеристики, умеет измерять низкие температуры, а стоимостью практически не отличается.

Таблица 2 – Сравнение двух датчиков «DHT11» и «DHT22».

	«DHT11»	«DHT22»
Operating Voltage	3 to 5 V	3 to 5 V
Max Operating Current	2,5 mA max	2,5 mA max
Temperature Range	0-50°C / ± 2°C	-40 to 80°C / ± 0,5°C
Humidity Range	20-80% / 5%	0-100% / 2-5%
Sampling Rate	1 Hz	0,5 Hz
Advantage	Low cost	More Accurate

4. 
   Датчик температуры почвы – представлен на рисунке 7. Модель: «DS18B20».
   

Данный датчик герметичен и подходит для измерения температур в неблагоприятной среде, это лучший вариант так как в почве присутствует постоянная влажность. Датчик температуры «DS18B20» представляет собой цифровой датчик температуры, использующий интерфейс 1-Wire для связи с микроконтроллером. Это недорогой маломощный прибор, способный измерять температуру от -55 °C до +125 °C с точностью ±0,5 °C. «DS18B20» представляет собой 3-контактное устройство с контактами, помеченными как GND, DQ и VDD. Вывод GND подключается к земле, вывод VDD подключается к источнику питания 3,3 В или 5 В, а вывод DQ подключается к выводу цифрового ввода/вывода (I/O) на микроконтроллере.

«DS18B20» использует протокол 1-Wire для связи с микроконтроллером. Этот протокол позволяет микроконтроллеру отправлять команды на датчик и получать от него данные. Датчик можно настроить для измерения температуры в градусах Цельсия или Фаренгейта. Данные отправляются на микроконтроллер в 12-битном разрешении, которое затем преобразуется в желаемую единицу измерения температуры.

---

«DS18B20» также имеет уникальный 64-битный серийный код, который можно использовать для идентификации каждого датчика. Это позволяет подключать несколько датчиков «DS18B20» к одному и тому же микроконтроллеру, и каждый датчик можно идентифицировать и считывать отдельно.

Всего два датчика температуры почвы. Каждый устанавливается в свою зону выращивания.



Рисунок 7 – Датчик температуры

5. 
   Датчик освещенности – представлен на рисунке 8. В качестве датчика освещенности был выбран обычный фоторезистор. Модель: «MLG 5506».
   

Использование фоторезистора в теплице может быть отличным способом контроля количества света, получаемого растениями. Это может быть особенно полезно для растений, которым для роста требуется определенное количество света. Контролируя уровень освещенности, можно убедиться, что растения получают нужное количество света, и соответствующим образом настроить окружающую среду.

Фоторезистор работает, измеряя количество света, присутствующего в окружающей среде. Когда уровень освещенности слишком низкий, фоторезистор обнаружит это и отправит сигнал контроллеру теплицы. Затем контроллер может отрегулировать среду, чтобы обеспечить нужное количество света для растений. Это можно сделать, регулируя количество поступающего естественного света или используя искусственное освещение.

Использование фоторезистора с датчиком освещенности в теплице также может помочь снизить затраты на электроэнергию. Контролируя уровни освещенности, свет будет включаться только тогда, когда это необходимо, и что он не работает без необходимости. Это может помочь снизить затраты на электроэнергию и сделать теплицу более эффективной.



Рисунок 8 – Фоторезистор

1.2.3 Устройства вывода

1. 
   Экран, показывающий состояние теплицы – представлен на рисунке 9.
   

В качестве визуализации всего процесса был подобран ЖК дисплей 20 * 4 символьных ячеек. Для удобного подключения к плате дисплей оснащен I2C модулем. Модель: «LCD2004».



Рисунок 9 – ЖК дисплей 20x4

---

2. 
   Циркуляционный насос – представлен на рисунке 11. Модель: «ВИХРЬ Ц-25/4».
   

Циркуляционный насос обычно работает от электричества, но некоторые модели питаются от солнечной энергии. Этот тип теплицы идеально подходит для тех, кто хочет выращивать растения в контролируемой среде, так как он помогает поддерживать постоянный уровень температуры и влажности, а также обеспечивает стабильное снабжение растений кислородом и питательными веществами.

Циркуляционный насос — это устройство, которое используется для перемещения воды из одного места в другое. Он работает за счет использования крыльчатки для создания вакуума, который всасывает воду, а затем выталкивает ее через выпускную трубу. Рабочее колесо обычно приводится в действие электродвигателем, хотя некоторые насосы приводятся в действие бензиновым двигателем.

Рабочее колесо представляет собой вращающееся устройство с лопастями, вращающимися по кругу. Когда крыльчатка вращается, она создает вакуум, который всасывает воду из впускной трубы. Затем вода выталкивается через выпускную трубу. Крыльчатка предназначена для создания перепада давления между всасывающей и нагнетательной трубами, что способствует перемещению воды из одного места в другое.



Рисунок 11 – Циркуляционный насос

3. 
   Нагревательный элемент – представлен на рисунке 12. Модель: «01.202-1».
   

ТЭН или трубчатый электронагреватель  — один из самых распространенных нагревательных элементов. Он преобразует электрическую энергию в тепловую и широко используется в промышленности и быту для нагрева жидкостей и газов, например, в водонагревателях, радиаторах, чайниках и даже утюгах.

Трубчатые электронагреватели обладают рядом достоинств, которые и обусловили их популярность и широкое использование. Они надежны в работе, устойчивы к вибрации и ударам, а рабочая температура ТЭНов может достигать 800 °C, что делает возможным их использование в инфракрасных обогревателях. Кроме того, такие нагреватели универсальны и безопасны. Благодаря разнообразию форм ТЭНов, их можно встраивать в самое разнообразное оборудование — от промышленного до бытового.

Использование одного нагревательного элемента в автоматической теплице будет вполне достаточно. ТЭН должен питаться от 220 В и мощности 2000 Ватт. Всего будет один ТЭН на две грядки.

---

Рисунок 12 – Нагревательный элемент

4. 
   Электромагнитный клапан – представлен на рисунке 13. Модель: «BRC-03-015».
   

Электромагнитный клапан — устройство, предназначенное для регулирования потоков всех типов газов. Он состоит из корпуса, соленоида с сердечником, на котором установлен диск или поршень. На электромагнитную катушку клапана подаётся электрическое напряжение, после чего магнитный сердечник втягивается в соленоид, что приводит к открытию либо закрытию клапана. Устройство электромагнитного клапана подобно устройству обычного запорного клапана, однако открытие либо закрытие электромагнитного клапана осуществляется без механических усилий.

Соленоидный клапан применяется как в сложных технологических процессах, так и в быту. С его помощью можно дистанционно подать требуемый объём жидкости, пара или газа в нужный момент времени.

Я выбирал электромагнитный клапан по нескольким параметрам: рабочее давление, температура рабочей среды и рабочее напряжение. Давление необходимое для орошения составляет от 1,5 до 2 атм., температура в теплице будет от 20 до 27 градусов, а напряжение от сети 220V.

Характеристики устройства. Температура рабочей среды: -10 °C — 90 °C. Максимальное рабочее давление, бар: 10. Рабочее напряжение: AC 220 V 50/60 Гц.



Рисунок 13 – Электромагнитный клапан

5. 
   Светодиодная лампа – представлен на рисунке 14. Модель: «FITO 135W».
   

Фитолампы — это система освещения, используемая в теплицах для дополнительного освещения растений. Принцип работы фитоламп основан на том, что растениям для роста и развития необходим свет. Свет, обеспечиваемый фитолампами, предназначен для имитации естественного солнечного света.

Работа всех фито ламп основана на передаче световой энергии растениям. Наиболее ценными для роста является синий и красный цвет в спектре, именно они обладают необходимой длиной волны. Они наделены уникальным свойством – подстраиваться под особенности саженцев и растений. Светодиодные лампочки могут усилить рост плодов, нарастить массу стеблей или листьев, увеличить число цветов.

Для роста клубники мне необходимо от 10000 до 20000 люкс освещенности. В характеристиках светодиодного светильника написано 213 PAR мкмоль/с. Можно перевести данную единицу измерения с помощью коэффициента преобразования, он примерно равен 0,0122. В итоге получим около 17000 люкс, что входит в наш диапазон. Так же освещенность ещё будет зависеть от расстояния, на котором светильник отдален от растения, поэтому можно спокойно поднимать светильник повыше, если необходимо снизить количество, попадаемых на растения люксов.

---

Рисунок 14 – Светодиодная лампа

Данный светильник лучше всего подходит для выращивания готовых кустарников. Всё зависит от длины волны фотонов, попадаемых на растения. В характеристике к этой модели приложены длины волн испускаемого света, они равны в следующем соотношении 730нм-13%, 660нм-62%, 450нм-25%. Чтобы понять какой цвет испускает светильник, необходимо обратиться к таблице 3. Синий цвет необходим для вегетативной стадии роста, в целом способствуя укреплению растений, развитию корневой системы, стебля, листьев. Красный свет необходим растениям для цветения и плодоношения.

Таблица 3 – Соотношение цвета и длины волны фотона

Цвет	Длина волны [нм]
Красный	635-770
Оранжевый	590-635
Желтый	565-590
Зелёный	520-565
Циан	500-520
Синий	450-500
Фиолетовый	380-450

1.2.4 Оборудование гидравлической системы

1. 
   Труба для отопления на рисунке 15. Модель: «Ростерм Evoh».
   

Пятислойная труба для тёплого пола Ростерм Evoh предназначена для применения в системах низкотемпературного отопления и водоснабжения. Изготовлена из сшитого полиэтилена PEX с кислородозащитным слоем Evoh, выдерживает давление 16 бар. Материал высокопрочный, химически устойчивый. Труба высокоэластичная, стойкая к механическим воздействиям, благодаря гладкой внутренней поверхности внутри не накапливаются отложения солей и окалина.



Рисунок 15 – Полиэтиленовая труба

Труба прокладывается под почвой на глубине 30 см. Внутри трубы с помощью циркуляционного насоса будет проходить теплоноситель и обогревать почву

2. 
   Труба для полива.
   

Пластиковая труба из ПНД – полиэтилен низкого давления. Наружный диаметр 20 мм. Толщина трубы 2.0 мм. Рабочее давление 16 атмосфер. Применяться труба будет в качестве оросительной сети для теплицы.

---