ПЗ Автоматическое управление микроклиматом в теплицах

Практическая работа

Тема: Автоматическое управление микроклиматом в теплицах

1. Цель работы

• Изучить принципы автоматического поддержания параметров микроклимата в теплицах.
• Научиться работать с датчиками температуры, влажности и освещённости.
• Настроить простую автоматизированную систему управления микроклиматом с помощью микроконтроллера (Arduino/Raspberry Pi/ESP).
• Разработать алгоритм регулирования параметров микроклимата.

2. Теоретические сведения

2.1. Микроклимат теплицы

Ключевые параметры:

• температура воздуха;
• влажность воздуха;
• влажность почвы;
• уровень освещённости;
• концентрация CO₂;
• движение воздуха (вентиляция).

2.2. Средства автоматизации

Датчики:

• DHT11/DHT22 – температура и влажность;
• DS18B20 – температура;
• BH1750 – освещённость;
• датчики влажности почвы.

Исполнительные устройства:

• вентиляционные клапаны;
• вентиляторы;
• электроподогреватели;
• насосы для полива;
• светодиодные лампы;
• системы туманообразования.

2.3. Принцип работы автоматической системы

1.     Датчики измеряют параметры среды.

2.     Микроконтроллер сравнивает измерения с заданными порогами.

3.     При необходимости включает или выключает оборудование.

4.     Информация выводится на дисплей или отправляется на компьютер/смартфон.

3. Оборудование и материалы

• микроконтроллер (Arduino Uno / ESP8266 / ESP32);
• макетная плата и провода;
• датчик температуры и влажности (DHT11/DHT22);
• датчик освещённости (BH1750) — при наличии;
• реле 5В или транзисторный ключ;
• светодиодная лампа или вентилятор для имитации нагрузки;
• ноутбук с установленной IDE (Arduino IDE или Thonny);
• USB-кабель.

4. Ход выполнения работы

Шаг 1. Подготовка оборудования (10 минут)

1.     Подключить микроконтроллер к компьютеру.

2.     Собрать схему подключения датчика DHT11/DHT22 к одному из цифровых пинов.

3.     Подключить реле и нагрузку (лампу/вентилятор).

Шаг 2. Считывание данных с датчиков (15 минут)

1.     Открыть Arduino IDE.

2.     Загрузить пример считывания данных с DHT (библиотека DHTsensorLibrary).

3.     Проверить отображение значений температуры и влажности в мониторе порта.

Шаг 3. Разработка алгоритма управления (10 минут)

Создать простой алгоритм:

если температура > 28°C → включить вентиляцию 

если температура < 20°C → включить нагреватель 

если влажность < 40% → включить увлажнение 

если освещённость < порога → включить подсветку

Пороговые значения можно изменять преподавателем.

Шаг 4. Программирование автоматической системы (20 минут)

Пример упрощённого кода (Arduino):

#include "DHT.h"

#define DHTPIN 2

#define DHTTYPE DHT22

int relayFan = 8;

int relayLamp = 9;

DHT dht(DHTPIN, DHTTYPE);

void setup() {

  Serial.begin(9600);

  dht.begin();

  pinMode(relayFan, OUTPUT);

  pinMode(relayLamp, OUTPUT);

}

void loop() {

  float t = dht.readTemperature();

  float h = dht.readHumidity();

  Serial.print("T="); Serial.print(t);

  Serial.print(" H="); Serial.println(h);

  // Вентиляция

  if (t > 28) digitalWrite(relayFan, HIGH);

  else digitalWrite(relayFan, LOW);

  // Подсветка

  if (t < 20) digitalWrite(relayLamp, HIGH);

  else digitalWrite(relayLamp, LOW);

  delay(2000);

}

Шаг 5. Тестирование системы (20 минут)

1.     Создать «тепличные условия» (например, нагреть датчик тёплым воздухом).

2.     Убедиться, что оборудование включается/выключается.

3.     Записать результаты в таблицу.

Шаг 6. Оформление отчёта (15 минут)

В отчёте указать:

• цель работы;
• схема подключения;
• фрагмент программы;
• таблица измерений;
• выводы о работе системы.

5. Задания для самостоятельного выполнения

1.     Реализовать алгоритм «умного полива» (включение при низкой влажности почвы).

2.     Добавить гистерезис (например, включать вентилятор при >28°C, а выключать только при <25°C).

3.     Реализовать вывод данных на LCD-экран.

4.     Составить блок-схему работы всей системы.

6. Контрольные вопросы

1.     Какие параметры микроклимата наиболее важны для роста растений?

2.     Какие датчики используются для контроля микроклимата?

3.     Что такое гистерезис и зачем он нужен?

4.     Чем отличается ручное управление микроклиматом от автоматического?

5.     Какие преимущества даёт автоматизация теплицы?

6.     Как реализуется передача данных в IoT-теплицах?

7. Критерии оценивания

Скачано с www.znanio.ru