Проекты

Автополивочная система для растений в теплицах

Работа призёра открытой городской научно-практической конференции «Курчатовский проект − от знаний к практике, от практики к результату» в секции «Идея» среди работ учащихся 10−11 классов

Направление работы: Робототехника
Авторы работы: ГБОУ "Курчатовская школа"
Предметы: Физика, Биология, Информатика
Классы: 11 класс
Мероприятия: Открытая городская научно-практическая конференция «Курчатовский проект − от знаний к практике, от практики к результату» 17 апреля 2019 года

Актуальность работы

Многие люди, которые покупают дачные участки, делают теплицы для теплолюбивых растений.

В подмосковном климате теплицы позволяют раньше высадить рассаду и до самой осени продлить вегетативный период растений, тем самым увеличить период плодоношения.

В теплице на нашем участке была установлена покупная система, работающая на насосах. Когда понадобилось увеличить длину трубок, насосы перестали справляться со своей работой, что привело к затоплению грядок. В связи с этим у меня возникла идея создания автоматической системы, которая будет работать с помощью клапана по принципу самотёка.

Автоматизированные (с участием оператора) и автоматические системы (работающие без участия человека) управления давно и успешно вошли в нашу жизнь. Первой автоматической системой можно считать изобретённый ещё в XIX веке автоматический центробежный регулятор для паровых машин конструкции Уатта. В состав любой автоматической системы входит центральный управляющий компьютер (контроллер) − модуль, обеспечивающий логику работы устройства. Это «мозг» машины. Принцип его работы заключается в сборе сигналов от датчиков и их обработке прикладной программой пользователя с выдачей управляющих сигналов на исполнительные устройства.

Цель

Автоматизация полива растений без участия человека.

Задачи

1. Понять, как работать с платой Arduino UNO.

2. Собрать прототип автополивочной системы для демонстрации её работы.

Описание работы

Свою установку я собирал на базе платы Arduino UNO. Плата Arduino UNO является центром управления нашей автополивочной системы. С помощью этой платы и программной оболочки Arduino работают и управляются электронные модули, подключённые к плате. Установка программной оболочки Arduino IDE для Windows являлась первым и одним из самых важных шагов в создании нашей автополивочной системы. Для реализации проекта необходимо было установить библиотеки, используемые в программе.

В реле времени имеется 20 таймеров. Один таймер включает одно устройство (канал) на заданный промежуток времени. При отключении питания таймеры реле не сбиваются, так как их настройки хранятся в энергонезависимой памяти платы Arduino.

В контейнере для воды должно быть две трубки: для наполнения водой и для подачи воды по системе. К трубке для подачи подключается соленоидный клапан.

К выходному отверстию клапана присоединяем вторую трубку, к которой будет прикреплена капельница, подающая воду непосредственно в землю под растение.

В назначенное время на клапан подаётся сигнал, силовой ключ замыкает цепь, и напряжение подаётся на клапан, при этом клапан открывается, и вода поступает к растениям по трубкам до времени завершения полива. Затем цепь разомкнётся и клапан закроется, прекратив подачу воды.

Результаты

На основе платы Arduino собран прототип автоматической системы полива.

Программа, загруженная на плату, позволяет:

1) задавать таймеры для включения полива растений: время старта/сброса таймера, номер канала, которым он управляет, повторы таймера по дням недели;

2) по команде таймера включать и отключать полив, т. е. открывать и закрывать соленоидный клапан.

Оснащение и оборудование, использованное в работе

Arduino UNO с платой расширения Trema Shield, часы реального времени, жидкокристаллический дисплей, энкодер и соединительные детали. Питание обеспечивается от батарейки «Крона» 9V. Необходимы также контейнер для хранения воды, входные и выходные трубки с разветвителем, соленоидный клапан и ключ для его подключения.

Награды/достижения

  • НПО «Алмаз», VIII межвузовская студенческая конференция «Научная сессия – современная радиоэлектроника», круглый стол для учащихся профильных старших классов школ инженерно-технической направленности – победитель.
  • 74-е дни науки студентов НИТУ «МИСиС», направление – автоматизированные системы – призёр.

Сотрудничество с вузом при создании работы

Национальный исследовательский технологический университет «МИСиС».

Перспективы развития результатов работы

Прототип системы автополива, реализованный в проекте, предусматривает подключение ещё трёх исполнительных устройств к трём резервным каналам. Эти устройства могут также управляться с помощью таймеров по времени или в зависимости от показаний датчиков.

Для использования в теплицах в уличных условиях необходимо:

· предусмотреть корпус, защищающий устройство от влаги (осадков, росы);

· использовать соленоидный клапан большего размера, с большим диаметром входных и выходных трубок;

· рассчитать ёмкость элементов питания, чтобы их хватало на длительный срок (3−4 месяца) без замены.

Для дальнейшего развития системы можно:

  • автоматизировать включение и выключение дополнительного освещения растений по таймеру;
  • сделать 2-ю ветку полива растений со своим режимом полива;
  • проветривать при определённых показаниях датчика влажности.

Как одно из направлений развития рассматривается автоматизация процесса наполнения ёмкости водой для полива и контроль её температуры.

Особое мнение

«Я очень доволен своим участием в конференции «Курчатовский проект – от знаний к практике, от практики к результату». Я смог представить свою работу, услышать конструктивную критику со стороны ведущих специалистов, что очень поможет мне в подготовке будущих проектов, а также познакомился с результатами работы других учащихся»