Этот проект я выполнил в прошлом году. Он подходит, как школьный проект 8 - 9 класс. Я расскажу вам свою историю создания, основываясь на которую, вы можете создать свою версию проекта, которая будет намного лучше моей!
ВВЕДЕНИЕ
Скоро начнётся сезон посадок и многие люди будут выращивать рассаду. Специально для этого я решил создать автоматическую теплицу на основе платы ардуино.
Цель: создать автоматическую теплицу, в которой будет удобно выращивать рассаду.
Автоматическая теплица — это теплица, которая может, практически без человека вырастить растение, а также имеет отображение данных. Для этого используется микроконтроллер, который действует по заданной программе.
Многим людям становится тяжело ухаживать за культурами, для них я и делаю умную теплицу. Для демонстрационного рабочего варианта она будет направлена на выращивание рассады.
Также благодаря тому, что теплица не забудет полить растения, рассада выращиваемая в ней, будет более здоровая и крепкая. И как в следствии, даст более хороший урожай.
Теплица позволит дать человеку больше свободного времени и сэкономит нервы. Ведь благодаря автопилоту не нужно будет нервничать о забытом поливе рассады.
Зачем нужна автоматическая теплица?
Автоматическая теплица, как и обыкновенная нужна для того, чтобы выращивать растения. Но в отличии от обыкновенной теплицы, автоматическая будет следить за вашими растениями сама.
Давайте рассмотрим какие же функции выполняет моё устройство:
- Управление светом;
- Отображение данных: температура, влажность воздуха, настройка времени полива;
- Автоматический полив растений, через заданный промежуток времени;
- Настройка всех параметров с помощью кнопок;
ГЛАВА 1
ПЛАНИРОВАНИЕ ТЕПЛИЦЫ
Для начала нужно найти подходящий контейнер для теплицы. Поскольку это домашняя версия теплицы, то контейнер не должен быть слишком большим или маленьким. Я остановился на размерах 360*233*156.
Это оптимальный размер для моего устройства. Такой контейнер подойдёт для рассады или выращивания зелени.
Далее, я взял то, что будет управлять всей теплицей, а именно плату ардуино на базе микроконтроллера Atmega328. Далее нам понадобятся детали автополива: реле, помпа (воздушная или водная), пару трубочек и ёмкость для воды. Ещё понадобятся: лампа для освещения, датчик температуры и влажности, понижающий преобразователь. Также я нашёл детали для корпуса блока управления (крышка от счётчика), корпус для помпы и лампы и многое другое. (еще добавим)
Блок управления связан с теплицей. Компоненты находятся на самой крышке и закрываются подвижным корпусом. На котором расположены дисплей и элементы управления (кнопки).
Под корпусом помещена плата ардуино, реле, понижающий преобразователь, датчик температуры и влажности. В отдельном корпусе будет находится помпа и лампа. Так же к стенке теплицы будет прикреплена ёмкость для воды.
Правильное подключение компонентов очень важная часть работы, для её успешного выполнения нужно составить схему подключения. На плате ардуино есть контакты для питания устройства, но с питанием всех вышеперечисленных компонентов она не справится. Чтобы устройство работало реле будет подключено отдельно через понижающий преобразователь. Так как ардуино питается от 9 вольт, а реле от пяти, то нам нужно понизить напряжение с 9 вольт до 5 вольт. Для этого мы и берём понижающий преобразователь.
ГЛАВА 2
Программа
И так, я начал писать свою программу с эксперимента с реле. В ходе этого эксперимента реле должно было включаться по заданному времени. В качестве счётчика времени, я использовал новую для себя команду таймера millis.
После того как эксперимент себя оправдал, я начал добавлять в программу дисплей. Для этого я использовал библиотеку с поддержкой русского языка. Сначала было написано «Приветствие теплицы», этот алгоритм выполняется только один раз после включения прибора. Далее я начал делать отображение данных на дисплее. Планировалось также сделать меню, по которому можно было бы перемещаться с помощью кнопок, но от этой идеи пришлось отказаться, так как в этом проекте меню пока что не требуется. И так, для того чтобы вывести какие-то данные их нужно получить. Для этого я добавил 2 кнопки, которыми можно устанавливать время до следующего полива. Алгоритм обработки кнопок выглядит следующим образом: если 1 кнопка нажата, то мы прибавляем её значение на единицу, если нажата кнопка 2, то мы вычитаем единицу. Если значение кнопки 1 больше 20, то оно приравнивается к нулю, а если значение кнопки 2 меньше нуля, то оно приравнивается к 20. Теперь мы можем отображать значение кнопок, это и будут дни до полива.
Далее нужно сделать алгоритм, который будет включать полив в назначенное время. Для этого используется всё тот-же алгоритм, что и в эксперименте с реле. Но нужно учитывать тот факт, что микроконтроллер измеряет время в миллисекундах, поэтому нужно перевести 1 день в миллисекунды. 1 день = 86400000 миллисекунд. И это значение нужно умножить на значение кнопок, то есть на некоторое количество дней. Если проходит указанное время, то мы поднимаем флаг[1] (он равняется 1). Дальше идёт проверка условия: если флаг равен 1, то включается помпа. Дальше идёт снова счётчик времени, который считает время полива, если время полива вышло, то флаг будет равен нулю. И снова проверка условия: если флаг равен 0, то выключить помпу.
[1] Флаг – булевское значение, которое может быть равно 1 или 0.
Программа получилась сыроватая, но рабочая. Меня в целом устраивает. Если кто-то захочет повторить, то ниже я вставил скетч.
ГЛАВА 3
СБОРКА ТЕПЛИЦЫ
Я начал сборку теплицы с блока управления. Для этого, я разместил корпус Б.У. (Блок Управления) из старого счётчика на крышку контейнера, разметил внутренние границы и принялся делать крепления. Для крепления корпуса Б.У. нам потребуется ось и деталь из железного конструктора, в которой будет вращается данная ось. Продеваем ось в деталь и, слегка закрепляем гайками. Далее приклеиваем концы оси к корпусу, а деталь прокручиваем к крышке контейнера. Получился открывающейся корпус Б.У.
Теперь смотрим, как будут располагаться компоненты схемы в корпусе и присоединяем их . Для дисплея и кнопок понадобятся отверстия. Для дисплея вырезаем прямоугольное отверстие по его размерам, так же вырезаем в корпусе круглые отверстия для кнопок. Теперь сверлим отверстия для болтов в крышке контейнера и вырезаем отверстие под датчик. Наконец-то всё что нужно вырезать мы вырезали и можно приступать к монтажу компонентов схемы. Прикручиваем на свои места компоненты и спаиваем их по схеме. После того как я всё спаял, загружаем программу в плату и проверяем работоспособность. Всё работает, дисплей отображает данные, реле щёлкает.
Далее, я приступаю к сборке модулей лампы и помпы. Для этого я беру 2 сантехнические муфты и 3 заглушки. Чтобы собрать корпус помпы нужно просверлить отверстие в заглушке и вставить в него носик помпы. Теперь помпа заматывается в слой поролона и помещается в муфту, после чего выводятся провода и вставляется вторая заглушка. А для сбора модуля лампы нужно, поместить лампу в муфту и приклеить термоклеем, просверлить отверстие для вывода проводов и поставить заглушку. Теперь присоединяем модули к крышке контейнера и подключаем их по схеме. Берём ёмкость, в крышку которой вставляем две трубки, одна трубка должна быть у самого дна ёмкости, а вторая у крышки. Подсоединяем малую трубку к помпе, а большую помещаем внутрь теплицы. На этом сборка завершена.
ГЛАВА 3
ЭКСПИРИМЕНТ С ВЫРАЩИВАНИЕМ РАССАДЫ
После сборки, мне захотелось проверить, сможет-ли моя машина вырастить хоть что-то. Я решил начать с выращивания салата. Я взял небольшую ёмкость, насыпал туда земли и посадил семена. После положил вдоль всей ёмкости трубку автополива и включил устройство, выставив полив каждый день.
В итоге эксперимент оправдался успехом и я смог вырастить вот такой салатик. Из эксперимента видно, что салат вырос гуще в середине, это связанно с недостатком автополива. Для лучшей роботы вода должна разливаться по всему периметру ёмкости, а не только в середине.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
В этой статье я рассказал о том как можно собрать бюджетную и простую версию теплицы. Естественно её можно улучшать, модернизировать скетч и т.д.
В моей версии много недостатков. Например: воздушная помпа(из-за этого полив работает немного не правильно, лучше использовать погружную водную помпу. Так же можно оптимизировать скетч.
Но при всех недостатках, работой я доволен. А на этом всё.