Архив за Июль, 2011

Автоматизация траншейной теплицы

Суббота, Июль 23rd, 2011

Автоматизация теплицы является ключевым моментом концепции беспроблемного выращивания цитрусовых. Для того, чтобы создать в теплице комфортные для растений условия, я решил автоматизировать некоторые процессы. Этот такие процессы как:
- накопление тепла в грунте;
- извлечение накопленного тепла из грунта когда температура в теплице опускается ниже допустимой;
- охлаждение теплицы когда в ней температура выше допустимой и когда система накопления тепла в грунте не справляется;
- нагрев теплицы теплом наружного воздуха в случае если в теплице холоднее чем снаружи (и такое бывает в траншейной теплице);
- простое проветривание теплицы, которое особенно актуально зимой.

Рассмотрим кратко систему накопления тепла в грунте и извлечения его из грунта (SCHS – английская аббревиатура). Эта система состоит из группы воздуховодов, проложенных в грунте теплицы на глубине 40-50 см. Расстояние между воздуховодами 30-50 см. Диаметр воздуховодов 10-20 см. При разности температура между грунтом и воздухом внутри теплицы более 5 С в пользу теплицы, включается прокачивание воздуха через воздуховоды. Теплый воздух теплицы проходя сквозь воздуховоды отдает тепло для грунта и конденсирует влагу в воздуховодах. Грунт подогревается, воздух осушивается. Все замечательно. Если же температура внутри теплицы (например при значительном ночном заморозке) становится ниже температуры грунта на 2 – 3 С, через воздуховоды снова прокачивается воздух, который отбирает тепло от грунта и подогревает воздух внутри теплицы. При работе SCHS наблюдается еще один положительный эффект – воздух внутри теплицы циркулирует. Соответственно выравнивается температура внутри теплицы, обеспечивается обдув поверхности грунта. Таким образом даже если не учитывать работу воздуховодов, уменьшается разница температур между грунтом и воздухом в теплице, улучшается отбор (отдача) тепла самой поверхностью грунта. Но как я уже сказал выше, такая система (SCHS) должна функционировать отталкиваясь от разности температур грунта и воздуха внутри теплицы. Значит первейшей задачей является измерение температуры. Для этого целесообразно использовать цифровые 3-х проводные датчики температуры DS18B20 фирмы Maxim (Dallas). Стоимость такого датчика около 15 гривен. Подключается датчик по 3-х (и даже 2-х) проводной линии к компьютеру или микроконтроллеру. Погрешность измерения температуры датчиком составляет 0,5 С. Этого вполне достаточно для нашей цели. Но если подключить датчики к компьютеру, мы сможем лишь наблюдать температуру. Для того чтобы включить (отключить) SCHS нам придется выполнять это вручную, постоянно контролируя температуры. Поэтому для этой цели целесообразно использовать микроконтроллер. Я остановил свой выбор на микроконтроллере Atmega16 фирмы AVR. Я не буду здесь детально останавливаться на архитектуре этого микроконтроллера. Скажу лишь что его вполне достаточно для подключения LCD-экрана, кнопок, реле и конечно же датчиков температуры, влажность. Существует возможность подключения микроконтроллера к компьютера для передачи данных таких как минимальная, максимальная температура грунта, воздуха и т.д.
Вкратце алгоритм работы SCHS следующий:
- если Тгрунта – Ттеплицы >2 C то включаем SCHS для извлечения тепла из грунта для подогрева воздуха внутри теплицы;
- е сли Ттеплицы – Тгрунта >5 C то включаем SCHS для аккумуляции тепла в грунте теплицы.
Значения уставок по разности температур грунта и теплицы должны меняться и приниматься исходя из оптимальности условий работы. Для успешной работы SCHS необходимо измерять как минимум температуру внутри теплицы, в грунте на глубине залегания горизонтальной части воздуховода и для большей информативности на выходе воздуховода. Тогда можно будет оценить эффективность работы воздуховода по разности температур на входе и выходе воздуховода.

Система вентиляции (VS – venting system) может использоваться различных режимах работы. Самое простое применение такой системы это охлаждение теплицы при превышении температуры внутри теплицы значения 35 С. В этом случае осуществляется забор воздуха извне внутрь теплицы а горячий воздух удаляется наружу. Хочу отметить что в этом случае также будет автоматически включаться в работу система SCHS. Но по опыту могу сказать что в этом случае работы одной системы SCHS будет недостаточно.
Также одним из способов применения VS является подогрев воздуха внутри теплицы поздней осенью, зимой и в начале весны. Траншейная теплица работает по принципу термоса и в холодное время года вследствие инертности теплицы и остывания грунта, внутри теплицы может быть холоднее чем снаружи (при резких и редких потеплениях). Такие моменты можно использовать для подогрева теплицы и проветривания, удаляя при этом лишнюю влагу. Алгоритм работы в этом случае будет следующий:
если Tнар – Ттепл > 0,5 C то включаем VS для подогрева воздуха в теплице.
Зимой бывает обидно, когда в укрытой пенопластом теплице +3 С, на улице +8 С а я на работе и не могу проветрить теплицу. Когда же я прихожу домой с работы, на улице уже как правило холоднее чем в теплице. И к тому же неудобно открывать теплицу, укрытую слоем утеплителя и снега. И в такой момент было бы очень неплохо проветрить теплицу, но нет возможности. В этом может помочь автоматика. Микроконтроллер определит что на улице теплее чем в теплице и включит вентиляцию теплицы.
Даже когда на улице отрицательная температура, всеравно зачастую днем может быть выше чем -5 С. При такой температуре можно принудительно проветрить теплицу в течении короткого промежутка времени – час а то и полчаса. Этого будет достаточно для того, чтобы внутри теплицы понизить влажность и избежать загнивания листьев.

Концепция беспроблемного выращивания цитрусовых

Четверг, Июль 7th, 2011

Я люблю в своей жизни все упрощать. Зачем что-то делать сложно если его можно сделать проще. Я наблюдаю за тем, как народ выращивает цитрусовые и мне становится муторно – подсветки, досветки, протирание листиков, составление программ подкормок, перемещение растений на лоджию (балкон) и затем обратно в комнату. Понятное дело что мы живем в суровых климатических условиях и нам приходится идти на определенные ухищрения, без которых цитрусовые могут погибнуть. Но умело используя некоторые биологические особенности цитрусовых и халявные источники тепла – тепло солнца и земли, можно свести к минимуму заботу о цитрусовых, предоставив им условия обитания, которые будут лучше комнатных. При использовании автоматики, условия обитания можно сделать намного лучше комнатных.
Моя идея заключается в использовании траншейного способа выращивания цитрусовых, основанного на следующих особенностях:
- зимой, будучи хорошо утепленной, траншейная теплица не промерзает. В ней устанавливается комфортная для зимовки цитрусовых температура – около +3 +5 С, которая постепенно уменьшается с приближением весны из-за остывания грунта;
- цитрусовые способны при температуре +3 +5 С без проблем – без потери листьев и даже потери плодов, вынести 3-4 и даже 5 месяцев в условиях полной темноты. Главное при этом побороть излишнюю влажность воздуха и стараться не уронить температуру ниже +2 С. С этим нам поможет справиться хорошое утепление теплицы и умная вентиляция.
А теперь касательно «беспроблемности» выращивания цитрусовых.
Зима:
- отсутствие необходимости полива;
- умная автоматика контролирует температуру и влажность внутри теплицы, проветривает теплицу;
- растения не нуждаются в дополнительном (и вообще в никаком) освещении;
- за зиму в теплице погибают все насекомые-вредители.
Весна:
- нет необходимости в частых поливах растений;
- теплица легко держит положительные температуры при заморозках;
- растения находятся в условиях хорошей освещенности и влажности, отлично вегетируют и цветут.
- автоматика легко справляется с перегревом теплицы;
- траншейная теплица даже без участия автоматики хорошо справляется с перегревом;
- избыточное тепло закачивается в грунт при помощи воздуховодов.