Автоматизация гидропонной установки своими руками

Автоматизация гидропонной установки – как это сделать и зачем

Выращивание на гидропонике позволяет достичь поразительных результатов: цветения тропических растений, урожая фруктов и овощей зимой. В домашних условиях для экзотических, ягодных и плодовых культур требуется создать особые условия. Для этих целей можно поставить теплицу или оранжерею, приобрести гроубокс, либо купить готовый гроутент. Автоматизация гидропонной установки облегчает владельцам уход за растениями, с ее помощью постоянно поддерживается идеальная для них среда.

Для чего нужна автоматизация процессов выращивания

Метод гидропоники предполагает соблюдение ряда условий: температуры, влажности, питательности раствора, уровня рН, освещенности, своевременного полива. Ошибки в уходе владельцев могут привести к гибели растений, либо к ухудшению их здоровья. Автоматизация процессов позволит этого избежать, избавит от постоянного контроля за питанием и климатом.

Преимущества автоматизации гидропонной установки

Датчики, контроллеры, другое оборудование, используемое для автоматизации гидропоники, в первую очередь экономит время: нет необходимости самому включать/выключать свет, добавлять питательный раствор, проветривать домашнюю оранжерею. Автоматика способна регулировать практически все показатели в гидропонных системах:

• температуру воздуха и субстрата;
• влажность, количество углекислого газа;
• продолжительность и интенсивность освещения;
• содержание питательных веществ в растворе;
• кислотно-щелочной уровень.

Как автоматизировать выращивание — полезные советы

Системы автоматизации в гидропонике основаны на таймерах и блоках управления, с помощью которых настраивается график работы вентиляторов, освещения, насосов, подачи СО2.

Освещенность. Должна имитировать естественную смену дня и ночи, настраивается в зависимости от вида растений и периода роста. Таймер задает нужный режим: например, 18 часов «день»/6 часов «ночь», либо 12/12. Различные типы ламп отличаются спектром и интенсивностью света, а также способностью нагревать воздух.

Как поддерживать влажность в гроубоксе. Одна из самых надежных систем — капельный полив, который можно настроить с помощью таймера. Также применяется автоматическая система с датчиками влажности: если уровень ниже заданного, включается система орошения, если же влажность повышена — запускаются вентиляторы.

Как поддерживать температуру в гроубоксе. Для этой цели обычно используют термостаты. Рекомендуемая температура зависит от сорта растений и стадии их роста, плодоношения или цветения, но она не должна превышать 29-30 о С.

Как регулировать температуру в гроубоксе. Для понижения температуры используют дополнительные вентиляторы, для повышения — обогреватели. Периодичность включения и продолжительность их работы настраивают с помощью таймеров либо автоматических устройств.

Регулировка рН раствора. Этот показатель со временем повышается, рН контроллеры измеряют кислотность и выравнивают этот показатель, подавая нужные компоненты.

Подача питательного раствора. Автоматика определяет уровень в гидропонной системе, если он ниже требуемого — включает насос для подачи раствора.

Как автоматизировать выращивание полностью. Универсальные блоки способны управлять несколькими приборами: лампами освещения, насосами для подачи питательного раствора и полива, вентиляторами. Один такой блок будет автоматически регулировать практически все основные функции системы.

Источник

Гидропоника. Домашняя установка для выращивания растений.

Общие сведения

Гидропоника — это метод выращивания растений без грунта в специальном субстрате, в качестве которого зачастую применяется керамзит.

Плюсов у этого метода множество:

• растения растут быстрее за счёт наличия в воде в достаточном количестве необходимых питательных веществ;
• нет грязи, что особенно актуально при выращивании растений дома;
• очень сложно пересушить растения, или забыть их полить — уровень влажности всегда оптимальный;
• корневая система растений не такая большая как при традиционном созревании, что позволяет направить ресурсы развития на плодоношение, а не на развитие корней.

Видео

Нам понадобится

Конструкционные материалы

• 1х Тройник ПВХ 110мм
• 1х Муфта двухраструбная 110мм
• 2х Заглушка 110мм
• 2х Хомуты 110мм крепления тройника
• 1х Горшок
• Керамзит (мы использовали мелкий в перемешку с мелкими камнями)
• Питательный раствор
• 1х Силиконовый шланг 4*6 мм, 1 метр
• 1х Силиконовый шланг 6*8 мм, 1 метр
• 1х Воздушный компрессор или насос (например, используемые для аэрации в аквариумистике)
• 1х Аэратор (камень) для равномерной аэрации воды. Можно обойтись без него, проделав отверстия в силиконовой трубочке
• 1x Обратный клапан (для исключения попадания воды в воздушный компрессор)
• 1х Соединитель для трубки, 4мм
• 1х Set Box XL (конструктор ПВХ)
• 1х Крепления LCD2004 (конструктор ПВХ)
• Основа для крепления всех конструкционных элементов
• Материал для стенок + светоотражатель (у нас — ПВХ, обклеенный фольгой)
• Расходники в виде клея, герметика, стяжек и пр.

Электроника

• 1x Piranha UNO (можно использовать и другой контроллер)
• 1x Trema Shield (для удобства подключения модулей)
• 1х Поплавковый уровнемер
• 1x Датчик влажности почвы, емкостной (используем в качестве уровнемера)
• 1х Реле (Trema-модуль v2.0) или другое реле для коммутации 220В
• 1х Силовой ключ N-канал или P-канал
• 1х Символьный дисплей LCD2004 + LCD конвертор в IIC/I2C
• 1х I2C Hub (Trema-модуль или обычный)
• 1х Энкодер FLASH-I2C
• 1х Часы реального времени, RTC
• 1х Мембранный насос 6-12В модель 280 или модель 385
• 1х Датчик расхода воды 0.3 — 6л. / мин. (не обязателен, нужен для сбора статистики) + 3-проводной шлейф мама для подключения (например, такой — подробнее в разделе «Схема подключения»)
• 1х Лампы освещения со всем необходимым для их подключения (патроны, провода и т.п.)
• 1х Блок питания 9 -12В и током от 1А, например: 9В 1А или 12В 2А
• 1х Удлинитель для удобного подключения электроники
• 1х Кулер для вентиляции (в случае, если стенки препятствуют естественной конвекции воздуха)
• Также вам могут понадобиться Провода

Библиотеки

• iarduino_I2C_Encoder
• LiquidCrystal_I2C
• iarduino_RTC

При необходимости, ознакомьтесь с нашей инструкцией по установке библиотек в Arduino IDE.

Принцип работы

Для выращивания растений методом гидропоники необходим питательный раствор. Концентрат для его приготовления можно приобрести в специализированных магазинах. Готовится он по инструкции на упаковке и уже в таком виде подаётся в ёмкость, в которой находится горшок с растением. Для долива также используется уже приготовленный раствор. Подробнее о конструкции нашей установки и принципах выращивания растений методами гидропоники вы можете посмотреть в этом видео.

Для подачи питательного раствора в ёмкость используем мембранный насос, а для контроля уровня — два уровнемера. В качестве основного служит ёмкостный датчик влажности почвы, а поплавковый уровнемер выполняет защитную функцию. При его срабатывании насос отключается.

После задания параметров, система автоматически доливает жидкость до заданного уровня.

Модуль RTC отвечает за отсчёт времени. Управление производится с помощью энкодера.

Подсветка экрана работает в дневное время постоянно, а в ночное можно настроить (в коде прошивки): будет она включена или нет. В любом случае, она включается при активности пользователя и, в случае выключения, отключается через определенное время.

Реализованные защиты

• Защита от переполнения ёмкости — с помощью поплавкового уровнемера.
• Защита от переполнения ёмкости посредством ограничения времени работы насоса — если уровень поды не увеличивается в течение заданного времени, насос выключается, а на экране появляется соответствующее уведомление. Работа системы возобновляется после любых действий пользователя в меню.
• Защита от отключения питания. Модуль RTC самостоятельно ведёт учёт времени, поэтому при отключении питания оно не сбивается. Все настройки и статистика сохраняются в энергонезависимую память в 00:00. То есть в случае отключения питания, при последующем запуске системы применятся настройки, установленные на момент предыдущего дня. Статистика также отобразится на момент прошлого дня.

Схема подключения

Особенности подключения

• Установка расходомера не обязательна — он лишь выполняет функцию сбора статистики о количестве израсходованной воды. Для того, чтобы подключить его к Trema Shield’у, необходимо припаять 3-проводной шлейф «мама» вместо его стандартного штекера.
• Освещение подключается через нормально замкнутые контакты реле. То есть, когда ток на катушку реле не подаётся, лампочка горит. Такое решение обусловлено минимизацией времени подачи питания на реле, ведь большую часть времени суток освещение будет включено.
• Мы рекомендуем поставить керамический конденсатор параллельно насосу (можно припаять прямо на его выводы вместе с проводами). Это позволит уменьшить помехи и увеличить стабильность работы схемы.

Управление системой

При включении попадаем в меню Посадки.

Выбираем общее количество дней роста (это тот период, который обычно указан на упаковке с семенами). Также выбираем текущий день. По умолчанию — первый, но если вы используете систему для уже выросших растений, то указываете другой (сколько дней этим растениям).

Далее идёт Время досвета — это то время, в которое автоматически будет включаться и выключаться освещение. Рекомендуется около 16 часов в сутки — мы указали с 7-ми до 23-х.

Следующий экран — заполнение ёмкости питательным раствором. Поворачивая ручку энкодера можно включать и выключать насос, добиваясь точно необходимого уровня. То есть, первый раз вы ждёте, пока жидкость заполнит резервуар до нужного уровня, далее поддержание этого уровня будет происходить автоматически. По мере заполнения емкости, растёт и индикатор.

С этого момента система работает автоматически. Но рассмотрим остальные пункты меню.

При нажатии кнопки энкодера мы попадаем в главное меню, при этом свет выключается, чтобы не мешать настройке.

В Посадке мы уже были, давайте зайдём в пункт Слив. Пока мы находимся здесь, насос не будет включаться и мы можем выполнять работы по смене воды. Мы меняли воду примерно раз в 1,5 — 2 недели, при этом зацветания не происходило.

После нажатия кнопки Готово мы снова попадаем в экран залива жидкости и заполняем резервуар аналогично тому, как показывали ранее. Нажимаем Готово и работа системы возобновляется.

Последний пункт меню — Настройки. Здесь можно настроить время и дату, а также мощность освещения.

Эта информация понадобится для того, чтобы рассчитать расход электроэнергии на весь период выращивания растений.

Ну и вот как выглядит главный экран. В первой строке — дата и время, далее — суммарный расход воды и электричества. Строчкой ниже — количество оставшихся дней, и шкала, заполняющаяся по мере роста.

Как только число дней подойдёт к концу, надпись сменится на Готово.

Сбросить статистику по расходу воды и электричества можно, если установить число дней в меню Посадка, равным 0.

В начале скетча вы найдёте дополнительные настройки, которые можете изменить при необходимости.

Навигация по экранам выглядит следующим образом:

Скетч

Особенности загрузки

Перед загрузкой программы в контроллер, необходимо раскомментировать строку с установкой времени в RTC-модуль watch.settime(i[0],i[1],i[2],i[3],i[4],i[5]); (находится в начале блока setup()). После загрузки необходимо закомментировать эту строку и снова загрузить прошивку. Это необходимо для корректной установки времени в RTC-модуль. В противном случае, отсчёт времени начнётся заново при возобновлении питания после его отключения.

Эту операцию можно выполнить только один раз, даже если вы будете менять скетч и несколько раз загружать код программы.

Источник