Arduino Mega
Контроль над процессами автоматизации полива, освещения и регулирования температуры в теплице осуществляется платой Arduino Mega.
Плата Arduino Mega 2560 — это расширенная версия Arduino Uno. Arduino Mega построена на микроконтроллере ATmega2560. Плата имеет 54 цифровых пина (14 из которых могут использоваться как выходы ШИМ), 16 аналоговых входов, 4 последовательных порта UART, кварцевый генератор 16 МГц, USB коннектор, разъем питания, разъем ICSP и кнопка перезагрузки. Для работы необходимо подключить платформу к компьютеру посредством кабеля USB или подать питание при помощи адаптера AC/DC, или аккумуляторной батареей. Arduino Mega 2560 совместима со всеми платами расширения, разработанными для платформ Arduino Uno или Duemilanove.
ESP32-camera
Технические характеристики платы ESP32-CAM:
· Модуль беспроводной связи — модуль ESP32-S WiFi 802.11 b / g / n + Bluetooth 4.2 с PCB антенной, 32 Мбит SPI флэш-память, 4 Мбит PSRAM
· Встроенное хранилище – слот для микро SD-карты до 4 Гб
· Камера
· Разъем FPC
· Поддержка камер OV2640 или OV7670
· Формат изображения – JPEG (поддерживает только OV2640), BMP, оттенки серого
· Светодиодная вспышка
· Разное – кнопка сброса
· Питание – 5 В через контактный разъем
· Потребляемая мощность
· Светодиодная вспышка выключена – 180 мА 5 В
· Deep-sleep – 6 мА 5 В минимум.
· Modem-sleep – 20 мА 5 В минимум.
· Light-sleep – 6.7 мА 5 В минимум.
Камера с микроконтроллером ESP32 будет работать в качестве веб-сервера для потокового видео, к которому можно будет обратиться посредством любого устройства в вашей сети. Можно интегрировать этот веб-сервер для трансляции потокового видео с популярными платформами автоматизации дома, такими как Home Assistant или Node-RED.
DHT11 (датчик температуры воздуха)
Датчик состоит из двух частей – емкостного датчика температуры и гигрометра. Первый используется для измерения температуры, второй – для влажности воздуха. Находящийся внутри чип может выполнять аналого-цифровые преобразования и выдавать цифровой сигнал, который считывается посредством микроконтроллера. Измеряет влажность в диапазоне от 20% до 80%. Погрешность может составлять до 5%;
Применяется при измерении температуры в интервале от 0 до 50 градусов (2%)
Питание – от 3 до 5 Вольт;
Одно измерение в единицу времени (секунду). То есть, частота составляет 1 Гц.
Датчик влажности почвы
Датчик влажности почвы измеряет уровень влажности почвы по принципу конденсатора, это значит что через выводы датчика которые находятся в почве он измеряет ёмкость. На основе этих показаний система знает когда почва сухая а когда влажная.
Глава 3. Системы для создания оптимальных условий
Система полива
В умной теплице система полива представляет собой автоматизированную конструкцию состоящую из: датчика влажности почвы, водяной помпы, реле, бака для воды и трубки(системы).Для микроконтроллера в программе прописан порог срабатывания системы полива. Если влажность опускается ниже указанной нормы(запрограммированные) то срабатывает датчик, переключается реле, включается помпа и производится полив. Когда влажность почвы снова достигает нормальных значений система полива отключается.
Система проветривания
Система проветривания состоит из: датчика температуры воздуха, сервопривода с открывающим механизмом, кулера и реле для него. Пороговое значение для датчика это 25.Если значение температуры установится выше нормы то датчик подаёт сигнал микроконтроллеру, а тот даёт команду сервоприводу на поворот на 90 градусов и открывает окно, срабатывает реле и включается кулер. Кулер расположен напротив окна это сделано для того что бы кулер весь теплый воздух сдувал в окно тем самым ускоряя процесс проветривания.
Система освещения
Система освещения состоит из датчика освещённости (фоторезистора), реле, светодиодной ленты. Работа системы освещения основан на том, что датчик реагирует на понижение и повышения уровня освещённости. Для датчиков запрограммированы следующие параметры:
1.Нижний уровень освещённости = 1006;
2.Верхний уровень освещённости = 995
Система наблюдения и записи
Система наблюдения и записи состоит из платы ESP32-CAM. К плате можно подключиться по Wi-Fi. У этого устройства есть IP-адрес, который нужно ввести в браузер, чтобы увидеть изображение с камеры.
Сборка теплицы
Для сборки теплицы нам понадобились такие компоненты как:
1. Arduino Mega;
2. ESP32-CAMERA;
3. Датчик температуры воздуха DHT11;
4. Датчик влажности почвы Capacitive Soil Moisture Sensor v1.2;
5. Помпа 6V;
6. Сервопривод MG90S;
7. Кулер 12V;
8. Стабилизатор напряжения для помпы KA7805;
9. Металлический профиль 10*10мм(для создания арочной конструкции);
10. Силикон;
11. Поролон (выступает в роли имитации земли);
12. Четырехканальное реле;
13.Фоторезистор;
14.Светодиодная лента на 12v;
15.Аккумулятор на 12v.
Вывод
Результатом работы является установка датчиков и осуществление автоматизации сиcтем в теплице. Так же было изучено влияние микроклимата на растения, выявлены благоприятные условия для нормального роста растений, изучили строение и принцип работы датчиков и микроконтроллеров, запрограммировали микроконтроллеры.
Таким образом, рабочая гипотеза о том, что если установить датчики и настроить их на определённые параметры, то можно добиться увеличения урожайности, с минимальным участием человеческого труда, подтвердилась.
Литература
1. Что такое Arduino Mega. https://edurobots.ru/dictionary/arduino-mega-2560/
2. Подробнее о DHT11. https://iarduino.ru/file/225.html
3. Подробнее о MG90S. https://arduino.ru/Reference/Library/Servo
4. Выращивание растений в теплице. https://sadyrad.ru/teplica/vyrashhivanie-rastenij-
teplice.html
5. Газета садовод. https://gazetasadovod.ru/veg/sovettepl/450-mikroklimat-teplic.html
6. Подробнее о ESP32-CAM. https://habr.com/ru/post/463157/
Муниципальное общеобразовательное учреждение
Башкирский лицей-интернат
городского округа Стерлитамак
Проект
Умная теплица
Авторы: Галимов Булат,
Максутов Ильгам
Руководители: Гайсина Г.Ф.
Казнабаев И.Г.
Стерлитамак
2020 г
Приложение
