Проекты

Создание теплицы с автоматическим поливом растений

Работа призёра открытой городской научно-практической конференции «Инженеры будущего» в секции «Приборостроение, микроэлектроника и схемотехника» среди работ учащихся 10−11 классов

Направление работы: Биоинженерия
Авторы работы: ГБОУ Школа № 2010
Предметы: Физика, Биология, Информатика
Классы: 10 класс
Мероприятия: Открытая городская научно-практическая конференция «Инженеры будущего» 2020 года

Актуальность

В современном мире всё большим спросом пользуются «умные» теплицы. Это перспективно в связи с теми возможностями, которые теплицы могут предоставить. Во-первых, возможность выращивания растений более разнообразными способами, (аэропоника, гидропоника или с помощью грунта). Во-вторых, автоматизация рутинных работ. Также уменьшение затрат и выращивание более экологически чистых и насыщенных всеми необходимыми питательными веществами растений. 

Цель

Создать «умную» теплицу автоматического полива. 

Задачи

1. Создание макета теплицы по заданным условиям (лёгкая переноска, возможность добавления в будущем дополнительных датчиков), сборка разработанного макета.

2. Выбор электроники, разработка модели её подключения и установка.

3. Создание программы.

4. Покупка необходимых предметов для растений (горшков, земли, семян или ростков и т. п.).

5. Сборка готовой модели «умной» теплицы.

6. Посадка семян или ростков, проверка работы всей системы (в частности – электроники).

7. Отладка проекта и исправление ошибок, если они есть. 

Оснащение и оборудование, использованное при создании работы

  • Датчик температуры и влажности воздуха DHT11
  • Микрокомпьютер Arduino Nano
  • Дисплей LCD1602A с шиной I2C
  • Датчик влажности почвы FC-28
  • Помпа (или клапан)
  • Бак для воды
  • Ноутбук 

Описание

Проект представляет собой создание автоматической теплицы, с помощью которой возможно выращивание в домашних условиях различных культур растений. В работе рассмотрены принципы построения автоматизированной теплицы на базе микрокомпьютера Arduino Nano. В автоматизированном режиме в теплице возможно изменять количество жидкости, необходимой для полива, просматривать данные: процент влажности почвы, температуру и влажность окружающей среды. В корпусе модуля управления размещены микрокомпьютер Arduino Nano (построенный на микроконтроллере ATmega328), дисплей LCD1602A с шиной I2C (на котором выводятся данные о температуре, влажности почвы и воздуха), модуль MOSFETIRF520 (предназначен для включения/выключения мощной нагрузки, которая питается напряжением постоянного тока). Микрокомпьютер Arduino Nano является центральным вычислительным модулем системы, управляет всеми устройствами системы, производит оцифровку и передаёт показания датчиков. В систему сенсоров входят датчик температуры и влажности воздуха DHT11, датчик влажности почвы FC-28. На основе измеренных данных производится коррекция нормы полива. Питание в теплицу подаётся через сетевой адаптер 9V. Результатом проекта является блок, обеспечивающий автоматизированный интеллектуальный режим полива для растений. В своей работе в качестве опытного образца автор посадил и выращивал томат сорта «Вишня красная». Теплица начинает автоматически поливать почву, когда влажность становится меньше 60 %. На дисплее выводится информация о влажности почвы и воздуха, температуре. Бак с водой необходимо пополнять раз в 2 недели. Теплицу можно легко переносить из одного места в другое. 

Результаты работы/выводы

В результате работы:

  • были созданы автоматическая теплица и работающая программа;
  • исследованы способы выращивания, виды теплиц, датчики и программирование автоматической «умной» теплицы;
  • поставлен эксперимент, в итоге которого было доказано, что теплица не вредит посаженным растениям и в некоторых случаях ускоряет их развитие и созревание;
  • исследована возможность эксперимента с датчиками температуры, влажности и удобрениями (питательными веществами);
  • проведены эксперименты с условиями для выращивания растений (с влажностью, температурой);
  • выведены оптимальные условия для выращивания томата сорта «Вишня красная».

Сделаны следующие выводы:

разработку можно использовать на уроках биологии или во внеурочной деятельности (проводя эксперименты с выращиванием и усовершенствованием теплицы). 

Перспективы использования результатов работы

Разработку можно использовать в домашних условиях для выращивания растений, а также на уроках биологии и/или во внеурочной деятельности.