Магазин / аукцион / FPR / donate / услуги / RSS / распечатать / вход 
Мой мир
Вконтакте
Одноклассники
Google+

Автоматизация тепличного хозяйства

Технические задания на проектирование автоматизированных систем и систем сбора данных довольно много и они даже могут друг другу противоречить. Ведь очень многое зависит от размеров тепличного хозяйства, методов организации полива, требований по освещённости. Многое зависит от систем обогрева и вентилляции. Ещё и от выращиваемых культур многое зависит.

По этой причине я хочу составить не тех.задание, а описать концепт системы, так как она должна получиться универсальной и обязана подходить для большинства задач. При чём, задачи нужно будет формулировать в сфере модульности системы и универсализации компонентов. Ведь тепличные площади могут быть от ста квадратных метров, до тысячи. Соответственно, все эти тонкости должны быть учтены. При планировании системы можно варьировать модули не только нижнего уровня (модули подключаемые к контроллеру), но и верхнего уровня (в одной теплице может быть несколько контроллеров). Благодаря этому можно комбинировать разные датчики и устройства управления. А так же «разрезать» монолитные теплицы на логические секторы.

Иерархия сети будет выглядеть следующим образом.

Иерархия контроллеров LazyHome.

Первостепенные датчики для мониторинга

И так, какие общие факторы необходимо мониторить в любой системе или в одиночной теплице? Какие первостепенные данные должен видеть оператор, контролирующий микроклимат в тепличном хозяйстве?

Это основные данные на основании которых оператор принимает решение о поливе, уменьшении освещенности, понижении или повышении температуры, открытия франуг или включения подачи уличного воздуха через систему кондиционирования. Об их назначении и необходимости можно не расписывать ибо их предназначение интуитивно понятно.

Но бывают и частные случаи. В некоторых случаях требуюся дополнительные датчики. Так как они используются лишь в ограниченных случаях, то их можно назвать второстепенными. И так, что же может потребоваться ещё тепличным хозяйствам.

Второстепенные датчики для мониторинга

Датчик уровня воды — эти датчики необходимы для тепличных хозяйств в которых используются уличные ёмкости с водой. Кто-то их использует из-за того, что в баках с водой эта вода нагревается до необходимой температуры. Кто-то их использует из-за того, что у хозяйства отсутствует централизованное водоснабжение и воду приходится качать из скважин, после закачки требуется отстаивание воды. По этому необходим контроль обьёма воды в резервуарах, чаще всего достаточно двух-трёх положений: полный резервуар, середина и минимум. И, баков может быть несколько.

Датчик температуры воды требуется для контроля температуры воды в резервуарах. Применяется там где производится опрыскивание листьев. Если в жару опрыскать листья холодной водой, то можно погубить растение. Все подобные параметры так же должны быть выведены на экран оператора.

Датчик положения фрамуги необходим для контроля фрамуг теплиц. Достаточно трёх положений: открыто, половина и закрыто. Фрамуги используются для изменения температурно-влажностного режима микроклимата теплицы. Открыв фрамуги можно уменьшить влажность и понизить температуру внутри теплицы.

В гидропонных садах необходимо использовать датчики воды для того, чтобы случайно не проследить и не осушить корневую систему растений.

В некоторых случаях можно предусмотреть визуальный контроль тепличного хозяйства благодаря регулярному сохранению фотографий растений. Благодаря фотофиксации можно определить момент начала гибели растений или начало распространения того или иного заболевания. Конечно, сотрудники тепличного хозяйства могут воспринять установку камер как попутку проследить за работой, но реально это необходимо для фиксации внешнего состояния выращиваемых культур.

Так же существует ещё масса тонкостей и необычных сфер применения. Например, иногда может потребоваться поставить датчики движения внутри теплицы. Иногда требуется ставить датчики открытия двери. В хозяйствах, использующих вентилляцию вместо фрамуг, можно использовать датчики работы вентилляции, но это уже другая сфера обслуживания.

Мониторинг датчиков

Опрос датчиков производится контроллером автоматически и временно хранится в кольцевом буфере рассчитанном на 24 часа автономной работы. Сервер сбора данных автоматически опрашивает контроллеры и собирает данные для дальнейшей обработки и хранения статистики. При необходимости, сервер может запросить всё содержимое кольцевого буфера контроллера.

На компьютере оператора будет установлено ПО визуализирующее показание датчиков и всю группу теплиц тепличного хозяйства. При настройке и корректировке настроек в систему должны быть внесены контрольные диапазоны показаний, при их наличии система будет сигнализировать о том, что какие-то параметры находятся вне допустимых диапазонов. Так же система позволит в автоматическом режиме реагировать на те или иные изменения микроклимата теплицы.

Так же будет предусмотрена система самодиагностики и самообучения на основе статистики. ПО будет анализировать о скорости реакции на те или иные действия. Например, с какой скоростью уравновешивается внешняя и внутренняя температура при открытии фрамуг.

Централизованное хранение информации с датчиков и действиях оператора позволит быстрее оценить допущенные ошибки в управлении и позволит создавать самообучающиеся программы по управлению тепличным хозяйством.

Наличие web-сервера в паре с Wi-Fi точками доступа позволят использовать планшетные компьютеры для мобильного мониторинга системы. Если будет потребность, то возможно использовать удалённое управление устройствами с планшетных компьютеров.

Устройства управления

И теперь мы плавно подошли к вопросу о том, чем можно управлять в тепличном хозяйстве. С технической точки зрения, управлять можно практически любым электронным устройством. Но необходимо трезво оценивать степень автоматизации.

Реальные потребности в управлении зависят только от конкретного хозяйства. В некоторых случаях автоматизация не требуется, требуется исключительно монитрониг и архив данных. Но у большинства хозяйств есть где развернуться и есть, чем поуправлять.

С устройствами управления можно поступить так же как и с датчиками. Их можно разделить на два типа: основные и второстепенные. Основные устройства управления актуальны практически для любого хозяйства, а второстепенные требуются лишь при определённых условиях и не везде актуальны.

Первостепенные устройства управления

Чем необходимо управлять в любом тепличном хозяйстве?

Все четыре фактора очень сильно влияют на развитие тепличных культур и неправильное управление этими факторами может привести не просто к плохому сбору урожая, но и к гибели растений.

Вроде всё легко и почему бы этим не управлть в ручную? Да, в малых хозяйствах можно управлять в ручную. А в больших тепличных хозяйствах необходимо плавное управление освещением. Для правильного светового режима растениям необходимо плавно включать и плавно выключать освещение. Так же необходимо контроллировать световой поток идущий с улицы, что позволит экономить электричество на освещение тепличного хозяйства.

Кстати, для разных культур предусматриваются разные световые режимы, кому-то необходим более продолжительный световой день, а для кого-то менее продолжительный. Соответственно необходимо настраивать систему так, чтобы световой режим соответствовал выращиваемой культуре. В процессе эксплуатации системы можно будет создавать разные профили освещения, полива и температурно-влажностного режима.

Управление поливом тоже может быть разное. Можно включать капельный полив, основной полив и распыление воды в виде дождика. Всё так же зависит от типа хозяйства и выращиваемых культур. Если используется гидропонная система, то там вообще всё в воде и необходимо следить за уровнем воды в лотках с растениями.

Регулирование нагрева в тепличном хозяйстве так же осуществляется разными методами. Во-первых, открытие фрамуг и форточек позволяет избавиться от лишней температуры, которая уходит через фрамуги вместе с горячим воздухом. Зимой же необходимо подогревать почву и воздух. Обогрев тепличного хозяйства осуществляется по разному, он может быть как электрическим, так и с использованием парового отопления. Електрическим обогревом можно управлять через блок релейных переключателей, а паровое отопление регулируется с использованием электрически открываемых клапанов. Некоторые виды растений дополнительно обогревают с использованием инфракрасных ламп.

И соответственно проветривание необходимо для обновления воздушных масс в теплицах. Проветривание может осуществляться как открытием фрамуг, так и с применением принудительного закачивания воздуха через вентилляцию. При принудительном нагнетании воздуха может дополнительно применяться нагрев или осушение воздуха.

Второстепенные устройства управления

Второстепенными устройствами могут быть устройства закачки воды в резервуары в тех хозяйствах, что применяют скважины для добычи воды.

Еще используются устройства для подготовки питательных растворов, что характерно для гидропонных садов.

Использование разных типов ламп с разными излучаемыми длинами волн. Это можно отнести к управлению освещением вообще. Но иногда требуется раздельное включение ламп с разной длинной волны. Дело в том, что растения по разному реагируют на разные излучения. Одни ускоряют процесс проста, а другие выработку хлорофила и отвечают за процесс фотосинтеза у растений.

Подключение датчиков и устройств

Модульность контроллеров позволяет подключать к портам контроллера как датчики, так и устройства управления. Конечно, есть датчики которые можно подключить отлько к аналоговому порту, но это всё оценивается в момент разработки конкретной системы.

Система может расширяться на уровне одного контроллера и на уровне комбинации самих контроллеров. У одного контроллера два восьмибитных порта один аналоговый и второй цифровой. Так, же у контроллера есть несколько выходов и входов подключенных ко внутренним портам контроллера. Если не брать в рассчёт внутренние порты, то два порта дают нам возможность подключить 16 штук простых датчиков и/или устройств управления. Так же можно подключить около четырёх простых датчиков или устройств управления ко внутренним портам. В итоге получается, что один контроллер может обслуживать до двадцати устройств и/или датчиков. В одной сети могут работать до 220 контроллеров, что даёт нам поле в 4400 устройств или датчиков.

Хотя это не предел, таких сетей из 220 контроллеров можно сделать несколько и все подключить к одному серверу сбора данных. Но одно дело подключить и совсем другое — это их контроллировать оператору. По этой причине для каждого датчика или группы датчиков необходимо задать диапазоны нормальных показаний, чтобы они лишний раз не отвлекали оператора и сигнализировали о нештатной ситуации только в том случае когда показания отличаются от нормы.

Приглашение к сотрудничеству

Если вы заинтересованы в обсуждении, развитии, покупке или создании аналогичной системы, то мы готовы к партнёрским отношениям. Если система получит развитие и будет накапливать в себе интересные наработки, то наша небольшая компания создаст демонстрационные проекты продаваемые по себестоимости. Работая с подобными проектами и внедряя их в своих экспериментальных целях вы сможете оценить её возможность и создать свою собственную систему или присоедииться к нашему проекту.

• Перейти в раздел микроконтроллеры


Комментарии

Включите JavaScript для комментирования.


Сообщайте нам о замеченных ошибках на: web@orcinus.ru. Все пожелания и советы будут учтены при дальнейшем проектировании сайта... Мы готовы сотрудничать со всеми желающими. Мнение авторов может не совпадать с точкой зрения редакции сайта www.orcinus.ru. В некоторых случаях, мнение автора может не совпадать с мнением автора! Phone: +7-902-924-70-49.

Рейтинг@Mail.ru LiveInternet Rambler's Top100 Яндекс.Метрика