Как сделать ардуино своими руками. Умная теплица на Arduino своими руками: подробное руководство по автоматизации

Как создать автоматизированную теплицу на Arduino. Какие датчики и компоненты потребуются. Как настроить полив, вентиляцию и освещение. Пошаговая инструкция по сборке и программированию умной теплицы.

Компоненты для создания умной теплицы на Arduino

Для реализации проекта автоматизированной теплицы на базе Arduino потребуются следующие основные компоненты:

• Плата Arduino (например, Arduino Uno или Mega)
• Датчики температуры и влажности (DHT11/DHT22)
• Датчик освещенности (фоторезистор)
• Датчик влажности почвы
• Реле для управления насосом, вентиляторами, освещением
• Насос для полива
• Вентиляторы для проветривания
• Светодиодная лента для досвечивания растений
• LCD дисплей для отображения информации
• Модуль Wi-Fi ESP8266 для удаленного мониторинга

Дополнительно могут понадобиться резисторы, провода, макетная плата и другие вспомогательные элементы. Выбор конкретных компонентов зависит от размера теплицы и необходимого функционала.

Схема подключения компонентов умной теплицы

Схема подключения основных элементов умной теплицы к Arduino выглядит следующим образом:

• Датчик DHT22 подключается к цифровому пину Arduino
• Датчик влажности почвы — к аналоговому входу
• Фоторезистор — также к аналоговому входу
• Реле для управления насосом и вентиляторами — к цифровым выходам
• LCD дисплей — по шине I2C
• Модуль ESP8266 — к пинам TX/RX Arduino

Важно правильно рассчитать питание для всех компонентов. Мощные потребители (насос, вентиляторы) подключаются через отдельный блок питания и управляются с помощью реле.

Программирование системы управления теплицей

Основной алгоритм работы умной теплицы на Arduino включает следующие этапы:

1. Считывание показаний с датчиков (температура, влажность, освещенность)
2. Сравнение полученных значений с заданными пороговыми уровнями
3. Управление исполнительными устройствами (насос, вентиляторы, освещение) в зависимости от показаний датчиков
4. Отображение текущих параметров на дисплее
5. Отправка данных на сервер через Wi-Fi модуль для удаленного мониторинга

Программный код реализуется на языке Arduino и загружается в микроконтроллер с помощью Arduino IDE. Важно предусмотреть все необходимые проверки и защиты от сбоев.

Настройка системы полива растений

Автоматический полив — одна из ключевых функций умной теплицы. Как правильно его организовать?

• Установите датчик влажности почвы в грунт на нужную глубину
• Подключите погружной насос к системе водоснабжения
• Настройте в программе пороговые значения влажности
• При падении влажности ниже порога Arduino включит насос на заданное время
• Предусмотрите ограничение частоты полива и защиту от «переувлажнения»

Для больших теплиц рекомендуется использовать несколько зон полива с отдельными датчиками и насосами. Это позволит более точно регулировать влажность для разных культур.

Управление микроклиматом в теплице

Поддержание оптимальной температуры и влажности воздуха критически важно для роста растений. Как это реализовать?

• Установите датчик температуры и влажности DHT22 в центре теплицы
• Подключите вентиляторы для проветривания
• При превышении заданной температуры Arduino включит вентиляторы
• Для обогрева можно использовать инфракрасные лампы
• Для повышения влажности применяется система туманообразования

Важно настроить гистерезис, чтобы избежать частого включения/выключения оборудования при колебаниях параметров около пороговых значений.

Организация дополнительного освещения растений

В умной теплице можно реализовать систему досвечивания растений при недостатке естественного света. Как это сделать?

• Установите датчик освещенности (фоторезистор) в теплице
• Подключите светодиодную фитоленту через реле к Arduino
• Настройте пороговый уровень освещенности в программе
• При падении уровня ниже порога включится досвечивание
• Можно задать режим досвечивания по расписанию

Выбирайте светодиодные ленты со спектром, оптимальным для фотосинтеза растений. Расположите их над грядками на оптимальной высоте.

Удаленный мониторинг теплицы через интернет

Для контроля теплицы на расстоянии можно организовать передачу данных через интернет. Как это реализовать?

• Подключите Wi-Fi модуль ESP8266 к Arduino
• Настройте отправку данных на веб-сервер через заданные интервалы
• Создайте простой веб-интерфейс для отображения параметров
• Реализуйте систему уведомлений о критических ситуациях
• Добавьте возможность удаленного управления оборудованием

Это позволит контролировать состояние теплицы и оперативно реагировать на нештатные ситуации, даже находясь вдали от нее.

Тестирование и отладка системы автоматизации

После сборки и программирования умной теплицы необходимо провести ее тщательное тестирование. На что обратить внимание?

• Проверьте корректность показаний всех датчиков
• Убедитесь в правильной работе исполнительных устройств
• Протестируйте все режимы работы системы
• Проверьте граничные условия и нештатные ситуации
• Оцените энергопотребление и надежность электропитания

По результатам тестирования проведите необходимую отладку программы и доработку конструкции. Это обеспечит стабильную работу умной теплицы в течение длительного времени.

Преимущества и недостатки умной теплицы на Arduino

Рассмотрим основные плюсы и минусы создания автоматизированной теплицы на базе Arduino:

Преимущества:

• Экономия времени на обслуживание теплицы
• Оптимизация расхода воды и электроэнергии
• Поддержание оптимальных условий для растений
• Возможность удаленного мониторинга
• Относительно невысокая стоимость компонентов

Недостатки:

• Необходимость навыков программирования и электроники
• Вероятность сбоев в работе автоматики
• Зависимость от электропитания
• Сложность обслуживания для неподготовленных пользователей

При грамотной реализации преимущества умной теплицы значительно перевешивают возможные недостатки.

Умная теплица на Ардуино своими руками: подробное описание

Автоматизация вездесуща. Различные механизмы создают комфортные температурные условия, помогают при готовке пищи, ухаживают за одеждой, включают и гасят свет, а также поддерживают чистоту помещения. Но использование их не ограничивается бытом человека. Вообще во всем окружении, на улице или производстве, при перевозках чего-либо, в магазинах или сельском хозяйстве — везде работают незримые помощники.

С развитием технологической базы вырастает и уровень автоматизации. Сейчас роботы или механизмы выполняют не просто последовательность заложенных действий. Их устройство теперь позволяет осуществлять своеобразный «выбор», в зависимости от изменившихся внешних условий. Самый простой пример — стиральная машина. Ее внутренняя начинка определяет температуру воды и при необходимости подогревает ее, следит за временем стирки и правильностью текущих циклов выполнения.

Кроме уже описанного, в нашу жизнь вошли «умные» дома, города, кварталы или улицы. Главное отличие их от обычных — присутствие взаимосвязанных между собой систем управления. Каждая из которых контролирует одно устройство из присутствующих в комплексе. Но, работу всех их определяет общая система, отправляя сведения необходимые для функционирования или указывающие команды.

Одной из относительно редко использующихся схем интеллектуального управления можно назвать применение его в сельском хозяйстве, а конкретно для полной автоматизации парников или аппаратуры ухода за растениями. Собственно, как может быть подготовлена и собрана умная теплица на Ардуино своими руками будет рассказано далее. Сделать это вполне по силам и относительно разбирающемуся в электронике человеку.

Общие сведения об управляющих системах

Интеллектуальность современного оборудования обеспечивается микроконтроллерами. Это небольшие и ограниченные по ресурсам полноформатные компьютеры, зачастую размещенные на одной плате или микросхеме. Несмотря на свои маленькие размеры их мощности вполне достаточно для того, чтобы управлять различным оборудованием. Информацию, необходимую для выполнения своих функций, такие микрокомпьютеры получают посредством различных специализированных датчиков. Общее нахождение устройств в единой сети обеспечивается посредством дополнительных присоединяемых к микроконтроллеру модулей.

Выполняя свою программу, интеллектуальные устройства, выдают управляющие импульсы на исполняющие цепи включающие двигатели, насосы, нагреватели или любые другие устройства для управления которыми и создается вся система.

Основой многих из подобных комплексов составляют контроллеры серии Arduino, STM, Ti MSP430, Netduino, Teensy, Particle Photon, ESP8266 или иных распространенных плат такого типа в мире. Кроме того, некоторые специалисты создают свои варианты микро — компьютеров, управляющих оборудованием — на основе устаревших ПК или каких-либо 8 разрядных процессоров, к примеру, Z80.

Чего бы хотелось

Наибольшее желание любого огородника — получать максимальный урожай при минимальных затратах труда. Одним из вариантов решения этой проблемы становятся теплицы. Но и в таком случае хочется, чтобы в ней самостоятельно грядки поливались, освещались, и обогревались, когда нужно. Ну и конечно, была организована автоматическая система вентиляции, для минимизации усилий по открыванию и закрыванию форточек.

Если для вас данный функционал слишком большой, то можно собрать автоматический полив в теплице своими руками, тогда вам не придется сильно углубляться в программирование и разработку.

Мониторинг и настройка

Конечно, в первую очередь, требуется система управления всем этим высокоинтеллектуальным хозяйством. Кроме того, желательно получение информации о текущем состоянии напрямую или на домашний компьютер, или на смартфон. С этой целью будет использоваться контроллер для теплицы на Arduino.

Управление

В соответствии с желаниями, необходимо организовать автоматическое управление отоплением пола (как основы подогрева посадок), открытия форточек, увлажнением почвы. Хороша будет система контроля освещения, которая зажигает его, если на улице темно.

Где купить

Приобрести оборудование для умных теплиц можно как в специализированном магазине, так и онлайн в Интернет-магазине. Во втором случае, особого внимания заслуживает бюджетный вариант приобретения изделий на сайте Алиэкспресс. Для некоторых товаров есть вариант отгрузки со склада в РФ, их можно получить максимально быстро, для этого при заказе выберите «Доставка из Российской Федерации»:

Автоматический привод для открытия окна Tuya	Система полива с таймером	Набор автополива для теплицы с таймером
Универсальное умное решения для удаленного мониторинга за теплицей	Светодиодный светильник для выращивания растений 1000/1500Вт	Умный светильник для растений с ДУ

Реализация в «железе»

Ничего сложного в реализации проекта нет. Достаточно применить плату Arduino, в комплексе с несколькими датчиками (влажности, температуры, освещенности, наполнения бака полива и концевых контактов окон проветривания), а также парой двигателей для вентиляции и смонтировать систему «теплый пол».

Но сначала требуется сделать саму теплицу. Для основы была создана такая модель:

Вот ее перенос в реальность:

Мониторинг и настройка

Визуализация информации, а также пункты меню настройки выводятся на LCD1602 дисплей, с конвертором в IIC/I2C UC-146 для подключения его к Arduino.

Для выбора параметров используются 4 клавиши. Все это вместе желательно разместить в общем контрольном ящике.

Кроме визуального, для удаленного контроля будет использоваться модуль WIFI связи ESP8266 LoLin NodeMCU2, с помощью которого информация с использованием UDP протокола будет передаваться на домашний компьютер с настроенным web-сервером и базой данных. Которые впоследствии, можно будет получить на любом устройстве в общей сети — смартфоне, цифровом телевизоре или планшете.

Подключаться модуль к ардуино уно будет через серийный порт (RX/TX). Причем электрический контакт производится напрямую TX(модема)-TX(Arduino) и RX аналогично. Почему это важно — зачастую рекомендуют делать соединение перекрестным RX-TX. В прилагаемой схеме это не нужно.

Полив

Система полива работает на основе физических принципов и насоса, который функционирует определенное время. Периодом и началом которого управляет Ардуино. С утра бак наполняется водой, что ограничивается временем в управляющем скетче и датчиком на прилагаемом чертеже. В течение дня она прогревается воздухом в теплице. Вечером происходит кратковременное включение насоса, который слегка переполнив емкость запускает полив самотеком.

Так он выглядит в реальности (вместе с системой подачи воды на грядки):

Его схема работы:

Ночью бачок стоит пустым, чтобы в случае отключения обогрева и падения температуры воздуха ниже нуля его не сломало замерзшей водой.

Отопление

Подогрев земли сделан предварительной укладкой «теплого» пола под будущие грядки. Включение происходит через специальное реле на 30 А, так как мощности выдаваемой ардуино никогда в жизни бы не хватило для питания такого потребителя.

Кроме него используется обычный бытовой нагнетатель теплого воздуха, который позволяет нагреть внутреннее пространство теплицы. Он также подсоединяется к микроконтроллеру.

Вентиляция

Для обеспечения движения воздуха предусмотрены два поворотных окна, процесс открытия и закрытия которых выполняется двигателями от автомобильных дворников. В свою очередь, подключённых к Arduino.

Освещение

Чтобы обеспечить растения постоянным притоком света, используются китайские светодиодные ленты, которые включаются в зависимости от таймера и уровня освещенности.

На приведенной ниже схеме оно подключается к выводам резерв (освещение).

Управляющая электрическая схема

Ну и конечно самая главная часть — принципиальная схема «мозгов» всей этой конструкции.

Маленькое примечание: мощности для обогревателей (воздуха и почвы) у реле Arduino не хватает. Дополнительно к ним используются в качестве посредников токовые, высокоамперные варианты, подключаемые уже непосредственно к потребителям.

Программная часть

С оборудованием все понятно. Осталось разобраться с программами, которые им управляют и контролируют состояние всей системы. Так как в комплексе есть два высокоинтеллектуальных устройства — ESS8266 и сам Arduino. Соответственно для обоих нужны свои программы. Помещение их в память устройств, в обоих случаях производится через Arduino IDE.

Мониторинг

Скетч, который необходимо выгрузить в ESP8266 LoLin NodeMCU, для обеспечения его связи с Arduino и WiFi роутером.

Скачать скетч

Управление

Ну и в финале, большой скетч управления самой теплицей, который выгружается в Arduino.

Скачать скетч

Замечания по конструкции

Датчик DN11 желательно заменить на DN22, который хоть и стоит дороже, но более точен и функционирует без проблем свойственных своему младшему тезке. Для питания контуров управления можно использовать компьютерный блок питания, желательно форм-фактора AT.

Советуем прочитать: переходите по ссылке, если хотите узнать как подключить датчик влажности почвы к Arduino.

Заключение

Как видно из всего выше сказанного создать у себя на участке умную теплицу не так уж и сложно. Какие-то элементы можно убрать, что-то можно добавить, но после проделанной работы важно одно — вы получите у себя на участке функциональную теплицу, которая будет вас радовать урожаем и сама за собой следить, вам останется только провести посадку и ждать урожая.

Видео по теме

Ардуино | Лучшие самоделки своими руками

Предлагаю вам сделать своими руками светодиодные часы-пропеллер на Arduino NANO, это улучшенный вариант предыдущих вращающихся часов,

Опубликованно: Alex 4/10/2021

1

Эта самодельная лампа-ночник (DIY keyboard lamp) понравится многим гикам так как сделана она из старой ненужной

Опубликованно: Alex 20/9/2020

0

Сегодня будем делать компактный 3D светодиодный куб (LED cube) 4х4х4 с красивыми световыми трёхмерными эффектами, эта

Опубликованно: Alex 21/7/2020

0

Эта самоделка думаю понравится многим, так как каждый из нас иногда хочет побыть в роли шпиона

Опубликованно: Alex 3/1/2020

0

Давно хотел себе сделать большие цифровые часы которые можно было как поставить на стол так и

Опубликованно: Alex 25/7/2019

0

Если Вам вдруг захотелось дома иметь какие-нибудь интересные и необычные часы и на обычные цифровые или

Опубликованно: Alex 2/7/2019

0

Сегодня я буду делать замечательное устройство, которое приковывает взгляд людей своим магическим светодиодным свечением, это –

Опубликованно: Alex 2/4/2019

13

Благодаря очень дешёвому китайскому радиомодулю JDY-40 c Алиэкспресс который работает на частоте 2,4 ГГц сейчас можно

Опубликованно: Alex 13/2/2019

7

Смарт-часы это замечательное устройство, в своём маленьком корпусе он таит большие возможности и функционал, который ограничен

Опубликованно: Alex 27/11/2018

0

В прошлой статье мы учились пользоваться GSM модулем SIM800L и сделали простенькую конструкцию управления нагрузкой удалённо,

Опубликованно: Alex 18/11/2018

0

Рассмотрим простой пример работы с недорогим GSM модулем SIM800L управляя с помощью SMS сообщений нагрузкой, данный

Опубликованно: Alex 16/11/2018

0

Очень простой и тем не менее качественный цифровой FM радиоприёмник можно собрать на китайском модуле RDA5807M

Опубликованно: Alex 17/10/2018

0

Arduino Workshop, 2-е издание Практическое введение с 65 проектами Джона Боксалла

Arduino — это недорогая, гибкая платформа микроконтроллера, которая позволяет любителям легко использовать электронику в проектах «сделай сам».

Благодаря широкому спектру надстроек ввода и вывода, датчиков, индикаторов, дисплеев и двигателей Arduino предлагает вам бесчисленное количество способов создания интерактивных устройств.

С помощью 65 практических проектов Arduino Workshop  научит вас приемам и принципам проектирования мастера. Это издание было обновлено для последней версии Arduino IDE и пересмотрено с учетом современного оборудования и технологий. Он включает в себя охват общих концепций электроники, а также принципиальные схемы и подробные изображения компонентов. Вы будете экспериментировать с сенсорными экранами и светодиодными дисплеями, изучать робототехнику, использовать датчики с беспроводными каналами передачи данных и удаленно управлять устройствами с помощью мобильного телефона.

На протяжении всей книги практические проекты закрепляют полученные знания и показывают, как применять эти знания. По мере роста вашего понимания проекты усложняются и усложняются. Попутно вы изучите ценные уроки кодирования, в том числе узнаете, как создавать собственные библиотеки Arduino для эффективного повторного использования кода в нескольких проектах.

Создавайте такие проекты, как:

• Электронная версия классической шестигранной матрицы
• Регистратор GPS, записывающий и отображающий данные о путешествиях
• Замок с клавиатурой, который открывается секретным кодом
.
• Бинарная викторина
• Автомобиль с дистанционным управлением и системой обнаружения столкновений

Каким бы ни был ваш уровень мастерства, вы обязательно получите удовольствие, научившись использовать мощь Arduino для своих собственных проектов «сделай сам».

НОВОЕ В ЭТОМ ИЗДАНИИ:

• Глава о создании собственных библиотек Arduino
• Обновлены проекты роботизированных транспортных средств
• Новые экраны, использующие возможности передачи данных GPS, 3G и LoRa
• Глава о цифровых светодиодных дисплеях на базе MAX7219 и светодиодных матричных модулях

Обложки Arduino IDE 2.x

Биография автора

Джон Боксалл более тридцати лет увлекается электроникой, посвятив большую часть этого времени розничной и оптовой торговле электроникой и консультированию. Он также провел несколько лет за написанием руководств, проектов и обзоров комплектов и аксессуаров Arduino на сайте www.tronixstuff.com. Семинар Ардуино  была его первой книгой.

Соглашение

Благодарности
ГЛАВА 1: Начало работы
Глава 2: Изучение доски Arduino и IDE
Глава 3: Первые шаги
Глава 4: Blocks Blocks Blocks Blocks Blocks Blocks . 5: . Работа с функциями.0028 Светодиодные числовые дисплеи и матрицы
Глава 9: Жидкокристаллические дисплеи
Глава 10: Создание собственных библиотеки Arduino
Глава 11: Численные клавиатуры
Глава 12: Принятие пользователя с помощью TouchScrens
.  Познакомьтесь с семейством Arduino
Глава 14:  Двигатели и движение
Глава 15:  Использование GPS с Arduino
Глава 16:  Беспроводная передача данных
ГЛАВА 17: Инфракрасный пульт дистанционного управления
Глава 18: Чтение Tags RFID
Глава 19: Автобусы данных
Глава 20: Часы в режиме реального времени
Глава 21: . Коммуникации

Просмотреть страницу авторских прав
Просмотреть подробное оглавление
Просмотреть индекс

Обзоры 

ключевой момент сосредоточен на конкретном проекте, информацию в этой книге легко усвоить и запомнить».
— Дэйв Рэнкин, About.com Open Source  (Подробнее)

« Arduino Workshop  была первой прочитанной мной книгой, которая помогла мне по-настоящему понять практическое применение Arduino».
— AmateurRadio.com  (Подробнее)

«Очень подробный учебник для тех, кто хочет присоединиться к [Arduino]».
— Кевин Вежбицки, Campus Circle  (Подробнее)

«Я проверил несколько «учебников» Arduino и нашел, что для моих целей лучше всего подходит Семинар по Arduino: практическое введение с 65 проектами Джона Боксолла .»
— Джефф Роу, блог MCADCafe.com  (Подробнее)

«Хорошая книга для начала работы. . . Я настоятельно рекомендую его, если вы думаете о том, чтобы заняться проектами Arduino, и вы новичок в этом деле». , 2-е издание | Пресса без крахмала

Практическое введение с 65 проектами

от John Boxall

май 2021, 432 стр.

ISBN-13:

9781718500587

ПЕЧАТНА Mobi и ePub), $27,99

Загляните внутрь!

Загрузить Главу 4: СТРОИТЕЛЬНЫЕ БЛОКИ

• Детали, используемые в мастерской Arduino, 2-е издание
• Скачать код для проектов из 2-го издания

Arduino — это недорогая гибкая платформа микроконтроллеров, которая позволяет любителям легко использовать электронику в проектах «сделай сам». Благодаря широкому спектру надстроек ввода и вывода, датчиков, индикаторов, дисплеев и двигателей Arduino предлагает вам бесчисленное количество способов создания интерактивных устройств.

С помощью 65 практических проектов Arduino Workshop научит вас приемам и принципам проектирования настоящего мастера. Это издание было обновлено для последней версии Arduino IDE и пересмотрено с учетом современного оборудования и технологий. Он включает в себя охват общих концепций электроники, а также принципиальные схемы и подробные изображения компонентов. Вы будете экспериментировать с сенсорными экранами и светодиодными дисплеями, изучать робототехнику, использовать датчики с беспроводными каналами передачи данных и удаленно управлять устройствами с помощью мобильного телефона.

На протяжении всей книги практические проекты закрепляют полученные знания и показывают, как применять эти знания. По мере роста вашего понимания проекты усложняются и усложняются. Попутно вы изучите ценные уроки кодирования, в том числе узнаете, как создавать собственные библиотеки Arduino для эффективного повторного использования кода в нескольких проектах.

Создавайте такие проекты, как:

• Электронная версия классической шестигранной кости
• Регистратор GPS, записывающий и отображающий данные о путешествиях
• Замок с клавиатурой, который открывается с помощью секретного кода.
• Бинарная викторина
• Автомобиль с дистанционным управлением и системой обнаружения столкновений

Каким бы ни был ваш уровень мастерства, вы обязательно получите удовольствие, научившись использовать мощь Arduino для своих собственных проектов «сделай сам».

НОВОЕ В ЭТОМ ИЗДАНИИ:

• Глава о создании собственных библиотек Arduino
• Обновленные проекты роботизированных транспортных средств
• Новые экраны, использующие возможности передачи данных GPS, 3G и LoRa
• Глава о цифровых светодиодных дисплеях на базе MAX7219 и светодиодных матричных модулях.

Обложки Arduino IDE 2.x

Биография автора

Джон Боксалл более тридцати лет увлекается электроникой, посвятив большую часть этого времени розничной и оптовой торговле электроникой и консультированию. Он также провел несколько лет за написанием руководств, проектов и обзоров комплектов и аксессуаров Arduino на сайте www.tronixstuff.com. Семинар Ардуино была его первой книгой.

Соглашение

Благодарности
ГЛАВА 1: Начало работы
Глава 2: Изучение доски Arduino и IDE
Глава 3: Первые шаги
Глава 4: Blocks Blocks Blocks Blocks Blocks . 5: Работа с функциями
Глава 6: Числа, переменные и арифметика
Глава 7: Расширение возможностей Arduino
Глава 8: Светодиодные цифровые дисплеи и матрицы
Глава 9: Жидкокристаллические дисплеи
Глава 10: Создание собственных библиотек Arduino
Глава 11: Цифровые клавиатуры
Глава 12: Сенсорный экран 90 Знакомьтесь с семейством Arduino
Глава 14: Двигатели и движение
Глава 15: Использование GPS с Arduino
Глава 16: Беспроводная передача данных
ГЛАВА 17: Инфракрасный пульт дистанционного управления
Глава 18: Чтение Tags RFID
Глава 19: Автобусы данных
Глава 20: Часы в режиме реального времени
Глава 21: . Коммуникации

Просмотреть страницу авторских прав
Просмотреть подробное оглавление
Просмотреть индекс

Обзоры 

ключевой момент сосредоточен на конкретном проекте, информацию в этой книге легко усвоить и запомнить».