Скоро откроется дачный сезон, самое время подумать о том, как можно облегчить нелегкий труд дачника и превратить его в наслаждение природой. Одна из трудоемких задач — полив теплиц, которой надо заниматься регулярно. Почему бы не последовать тексту песни «Вкалывают роботы, счастлив человек»?
Ранее мы уже писали о двух объектах, на которых сделана автоматическая система полива. Это бюджетный умный дом за 1000 руб/м² с грунтовыми теплицами и сити-ферма в подвале на гидропонике. Мы вновь обратились к коллегам, чтобы они рассказали о своих системах полива подробнее. Ниже мы поделимся добытой информацией, чтобы вы смогли собрать такую штуку самостоятельно.
Главный компонент в обоих случаях — контроллер на Linux. Контроллер универсальный, его брали для управления умным домом или освещением стеллажных систем, но позднее добавили автоматизацию полива. Если контроллер под рукой есть, то дальнейшие затраты на автоматизацию полива будут минимальными. Они сводятся к покупке дополнительных модулей Modbus и сопутствующих аксессуаров. Остается только сконструировать систему и запрограммировать сценарии.
Теперь перейдем к нашим проектам.
Полив теплицы (грунт)
Здесь мы рассмотрим проект загородного дома Дмитрия около Екатеринбурга. Он автоматизировал не только свой дом, но и сад с теплицами. В теплицах установлены инфракрасные лампы, лампы досвечивания, и автоматизирован полив — всем управляет контроллер умного дома, отвечающий и за другие системы домашней автоматики.
Устанавливать бочки для самотечной системы полива Дмитрию не хотелось — трудоемко, да и выглядит так себе. Он сделал полив напорным, от домашнего водопровода, с подмесом горячей воды в холодную при помощи регулятора температуры прямого действия. Сам регулятор стоил меньше 3 000 руб. Да, на подогрев воды уходит газ, но затраты небольшие. И заодно снимается проблема жесткости поливочной воды — вся вода в доме проходит через ионообменный умягчитель, и подмес горячей мягкой воды в жесткую холодную воду снижает жесткость смеси, что благоприятно для растений.
Дополнительные фото
В теплицах для полива проложены PP-R трубы с отверстиями 0,8 мм (как Дмитрий высчитывал этот диаметр — отдельная история). На каждой трубе установлен соленоидный клапан.
В доме на трубе, идущей на полив, установлен кран с электроприводом и водосчетчик с импульсным выходом. Полив ведется по расписанию. Для каждой грядки задается дата, время начала полива и объем воды. При наступлении этого времени открывается общий кран и соответствующий соленоид. Когда водосчетчик отсчитает нужное количество воды, этот соленоид закрывается, открывается следующий и т.д. После окончания полива закрывается кран с электроприводом. Алгоритм тестировали вручную два сезона: крутили краны вручную, анализировали показания счетчика, результат получился супер.
Предусмотрен и полуавтоматический режим полива. В этом случае вводим в приложении объем воды, нажимаем «Старт». Затем общий кран открывается, водосчетчик отсчитывает заданный объем, общий кран закрывается. Режим очень удобен для ручного полива кустов. И не только кустов.
Полив стеллажной системы (гидропоника)
Сити-ферма — теплица или стеллажная система, которая в городских условиях позволяет круглый год получать экологически чистый урожай. В нашем случае используется стеллажная система, для которой солнце вообще не используется: за облучение растений отвечают светодиодные лампы. Поэтому такую систему можно установить в подвале, на складе, в контейнере. Главное, чтобы было электричество и вода. Сити-ферма работает на гидропонике, когда вместо грунта используется субстрат и питательный раствор с заданной кислотностью и растворенными микроэлементами.
Мы вновь посетили сити-ферму «Реки» в Минске, о которой рассказывали ранее. Теперь она уже была полностью запущена, на стеллажах выращивают разные виды салатов и другую зелень. Кроме того, к стеллажной системе добавили автоматизированную систему полива, смешивания компонентов и перемешивания раствора, которую мы рассмотрим.
Все начинается с системы водоподготовки. В воде довольно много железа и других примесей, поэтому на первом этапе очистки используют ионообменную смолу. Второй этап — мембрана обратного осмоса. Кроме того, подобное двойное решение экономит ресурс дорогой мембраны. Затем из очищенной воды нужно приготовить раствор, то есть добавить питательные вещества. Для этого в отдельных емкостях по 50 л замешивают два концентрата A и B — хватает их на две недели. Смешивать концентраты заранее нельзя, так как появляется осадок.
Дополнительные фото
Четыре линии стеллажей для взрослых растений, а также линия для рассады оснащены баками, где хранится уже смешанный раствор для полива. Полив выполняется четыре раза в день. Каждый день в шесть утра идет доливание в баки раствора. Как раз успевают пополнить баки к первому поливу в восемь утра.
Включается насос — он прокачивает подготовленную воду через модули Dosatron, которые подмешивают концентрированный раствор. Поочередно открываются клапаны нужной линии. Когда клапан линии открыт, в ее бак поступает раствор. Внутри есть поплавок, он поднимается по мере наполнения бака и при полном уровне блокирует поступление раствора, насос останавливается (своя автоматика). Клапан этой линии закрывается, открывается клапан следующей и так по всем линиям.
У каждой линии тоже есть насос. Сначала он работает какое-то время по внутреннему контуру, то есть размешивает раствор в баке. Когда наступает время полива, открывается внешний контур линии, раствор проливается через лотки.
Дополнительные фото
Кроме того, в каждом баке вручную контролируется уровень pH и TDS: если концентрацию нужно снизить, то подмешивается вода. Конечно, можно добавить автоматизацию и здесь. Например, установить прибор поддержания концентрации солей и pH раствора. В итоге можно более точно поддерживать состав раствора и повысить урожайность. Мы уже получили приглашение посетить сити-ферму, где сделана подобная автоматизация, и расскажем о ней в одной из будущих статей.
Электрические клапаны и насосы подключены к 6-канальным модулям реле WB-MR6CU v.2. За автоматизацию отвечает контроллер Wiren Board, сценарии полива и смешивания растворов написаны на wb-rules.
Небольшой совет: при работе с гидропоникой не помешают датчики протечки. Достаточно докупить модуль WB-MWAC V.2, после чего интегрировать в сценарии.
Дополнительные фото
Заключение
В статье мы рассказали о двух работающих решениях автоматизации полива в частном доме и сити-ферме. В первом случае используется грунт и вода, во втором — гидропоника и питательный раствор.
В обоих проектах установлен контроллер Wiren Board на Linux. Причем изначально его покупали для других задач: управление умным домом или управление освещением стеллажной системы. Но поскольку контроллер универсальный, позднее добавили к нему автоматизацию полива и смешивания растворов. Конечно, он может решать и другие задачи, которые могут появиться в будущем.
Рецепт прост: подбираем контроллер и модули, собираем систему полива, пишем сценарии. Мы надеемся, статья была для вас полезной. Если у вас есть свои проекты автоматизации полива, пишите в комментариях.
Приходите 25 и 26 апреля к нам на ежегодную выставку и конференцию WBCE. Там можно пообщаться с разработчиками оборудования Wiren Board, посетить производство с экскурсией, пощупать устройства и посмотреть готовые решения партнеров из самых разных отраслей.
Комментарии (40)
CityFarmSpb
04.04.2024 07:12+1Вы усложнили систему на порядок, непонятно в чем смысл такого нагромождения, если можно убрать половину
Dmitrii43 Автор
04.04.2024 07:12Поясните, что можно убрать?
CityFarmSpb
04.04.2024 07:12Баки после дозаторы не нужны, счетчики воды тоже не нужны, управление насосом не нужно, расписание на дни недели не нужно, насоса хватит 1 на всю ферму.
Ledfarm
04.04.2024 07:12+3Баки после дозаторов нужны. Это местные баки под каждой линией полива. Первый бак в схеме- это бак с отчищенной водой. Баки на линиях нужны для того, чтобы там хранить уже готовый раствор. Почему под каждой линией должен быть свой бак? Состав и насыщенность раствора надо менять относительно культуры, которая там выращивается. Это сильно влияет на качество готового продукта и расход концентратов. Плюс помогает локализовать некоторые болезни, менять раствор локально в линии, более гибко управлять фермой
Счётчики воды- не самая обязательная тема, но нам важно следить за количеством потребляемого раствора растениями в сутки. Это даёт статистику и понимание процесса относительно изменения разных факторов.
Расписание полива посуточное. Но, честно говоря, было бы полезно сделать его цикличным относительно культур тк в разный период нужно разное количество поливов.
Схем включения насосов есть огромное количество. Мы остановились на этом решении, посчитав его самым оптимальным. Это дополнительная функция с минимальными затратами, так почему нет?CityFarmSpb
04.04.2024 07:12У вас в системе два дозатора к тому же механических, вы разный состав раствора не сделаете, а концентрацию изменить можно только вручную. А если уж надо разный состав, то либо дозаторы на каждую линию, либо без дозаторов замешивать в каждой бочке.
Можно убрать полностью бочки и оставить клапана, ими и поливать, смысл будет тот же самый, а система станет проще и дешевле в 10 раз.
Никакие болезни это не предотвратит,Если вы делаете возврат дренажа.
Количество вылева считается по компенсированым капельницам/ ленте, а не по счетчику, который подсчитает общее количество, а не количество на растение
Ledfarm
04.04.2024 07:12+1Вы путаете систему питания на матах и годропонику. Это разные системы питания. Да, на матах система полива, дренажа и вылева будет строиться и рассчитываться так, как Вы описываете. В нашем случае надо учитывать расход не на одно растение, а на линию в целом. Для этого и нужен счётчик. Локализовать болезни получается внутри линии. В нашем случае их 4 + рассадник.
Гидропонная система полива подразумевает под собой замкнутый цикл, где надо распределить раствор по всем поддонам. При каждом поливе цикл подачи и возврата должен замкнуться. При этом надо подать раствор на 8 верхних поддонов (есть линии с 24 верхними поддонами), выставить скорость подачи большую, чем скорость слива и меньшую, чем перелив. На одной линии надо заполнить 32 поддона. Это больше 100л раствора в моменте, а остатки вернуть в бак. В поддонах раствор не остаётся (такая технология). Этот цикл должен замкнуться примерно за 5 минут + какое-то время устойчиво работать до отключения. Учитывая количество необходимого раствора на всю ферму, 1 поддон будет или слишком высокий или занимать большую площадь. Площадь под линиями- техническая. Так почему не использовать её? Деление на локальные растворные узлы имеет ряд преимуществ. Да, затратная часть, при строительстве, выше, но плюсов от такого решения явно больше. Задача же не сделать "как можно дешевле", а сделать "лучше". Я перечислил не все моменты, но многие, которые говорят в пользу разделения растворных узлов.
Концентрация меняется легко. Можно вручную переключать или зная суточный расход и пропускную способность, подмешивать нужное количество воды. Это можно автоматизировать временем подачи либо счётчиком. В нашем случае- первое. Да, состав не получится менять автоматически, но можно менять, меняя ёмкости с концетратами А и Б.
CityFarmSpb
04.04.2024 07:12Нет, не путаю, точно так же есть ограничители вылева и для подтопления. И вам в этом случае вообще не надо знать количество на счетчике, если вы знаете объем заполнения каждого поддона и делая запас. Счетчик в этом случае никакой вообще инфы не дает, ну прошло через него 500л, какую инфу это даст? Даже если 2 счетчика на вход и выход будут стоять, не даст какой то закономерной информации.
Раздельные баки не дают преимуществ, дело даже не в цене, вы усложняете работу и добавляете места для возможных ошибок и сбоев. У вас там культура одна( салаты), ну может зелень еще, в любом случае не будет отличий в питании, и вов ремень полива тоже отличий не будет, даже на разных фазах, а инфекции в принципе маловероятны, если с агротехникой все в порядке.
Конечно, я в принципе против таких возвратных решений для дренажа, по крайней мере не более 10-15%, поэтому могу быть предвзят. Настраивать систему надо так что бы у вас дренаж был минимальный, при этом полива хватало.
Ledfarm
04.04.2024 07:12+1Счётчики стоят на подаче раствора в бак. Бак пополняется раз в сутки до полного. Если через сутки бак наполнился на 20л, то счётчик покажет 20л. Это и будет расходом раствора в сутки на линию.
Я буквально сегодня общался с Краснорском по поводу системы питания и агроном подтвердил, что на разных фазах роста растений действительно разное количество полива. У них технология купленная у ifarm.
У "urban farm" немного другая технология, но принцип одинаковый. И те и другие используют разделение растворных узлов на сити фермах. Только у ifarm он на стеллажной системе, а у urban farm он под стелажем. Честно говоря ни разу не слышал и не видел, чтобы кто-то, имея довольно большие линии, использовал единый растворный узел (без локальных) в протичной гидропонике.
Минимальный дренаж важен при выращивании на матах. Это 100%. Но в случае проточной гидропоники, раствор циркулируе или постоянно или какое-то количество раз в сутки.
Это же не капельный полив. Тут не получится поставить капельницы в каждое растение (можно, но не целесообразно). Тут надо напитывать раствором снизу, а это большой объём раствора и его постоянный поток, который проходит через каждый поддон. Сливать его в утиль не рационально. Это сугубо специфика технологии проточной гидропоники. Как и метода питания- подтоплением...
CityFarmSpb
04.04.2024 07:12+1Ну вот стало у вас на 20 л раствора меньше, о чем это говорит? Испарилось, осушилось, потребилось? Айфарм это очень плохой пример, их технологии не работают, экономика не сходится.
Крупные производители вообще не использую такие системы, там либо капельный полив( 1 капельница на линию растений работающая постоянно) либо наливные бассейны и с плавучими столами. Полный оборот дренажа используют на запрещенных культурах, но и даже там стараются этого избегать.
Подтопление тоже может быть с очень небольшим дренажом, расчетное количество воды подается в поддон, столько, сколько нужно, не прогоняя лишнее.
Ledfarm
04.04.2024 07:12+1Если бы технологии айфарм не работали, то ребята бы не строили новый комплекс верно? Плюс в СФУ есть математическое моделирование фермы, которое показывает, что технологии работают. Можно и эффективнее, но работают. Вот как раз крупные производители такую технологию и используют. Как пример: Минская овощная фабрика, и многие другие крупные фермы по всему миру. Систему с плавучими столами знаю. Был на экскурсии на фабрике.
На запрещённых культурах, как раз, используют капельный полив, когда выращивают в сити-фермах, тк их выращивают в грунте.
Подавая расчётное количество раствора в лотки вы сильно усложняете систему. Как вы собираетесь менять раствор в лотках раз 4-6 в сутки без дренажа?
CityFarmSpb
04.04.2024 07:12Ага строят, на деньги инвесторов, которые эти деньги никогда не вернут.
Не совсем понял какую систему используют в Минске? Насколько мне известно, там как раз голландские лотки с подачей с одной стороны.
Без дренажа было бы отлично, но пока вряд ли, поэтому и написал про 10-15% можно вернуть в полив. Но и менять ничего не надо, с одного конца подается 100л, по пути впитывается допустим 80, 20 л в дренаж. В новых 100 литрах может быть эти самые 10-15 из старых 100л и тд
Ledfarm
04.04.2024 07:12+3Я открою большой секрет: больше 50% всех проектов строятся с привлечением денег инвесторов. Всегда! И, для получения этих инвестиций, проекты проходят экспертизу и защиту. То, что инвесторы деньги не вернут- миф.
Там горизонтальные лотки с подачей раствора с одной стороны. Раствор протекает через лоток, вытекает с другой и возвращается в бак. Принцип одинаковый, как и со стеллажами
Я понимаю, к чему вы ведёте и, чисто теоретически, это можно реализовать, как технологию выращивания. Но по многим факторам она не пройдёт. Это, как минимум, бесконечная паутина из капельниц и обслуживать поддоны нереально. Опять же, повторюсь, это вопрос технологии и спорить тут нету никакого смысла. Можете сделать дешевле, лучше и эффективнее? Сделайте проект, защитите и постройте (обслужите), напишите статью.
В нашем случае:
Помещение- 100 м2
Площадь выращивания- 115 м2
+ растворный узел
+ операторский узел
+ помывочная
+ холодильник
+ микроклимат
Я с большой радостью почитаю и изучу ваш опыт. Но на данном этапе, я считаю, при выращивании салатов на стеллажных системах, использование единого растворного узла и использование капельниц- не целесообразно от слова "совсем". Действуйте!
CityFarmSpb
04.04.2024 07:12Вы фанат айфарм?) почитайте про них подробнее, думаю перестанете им быть.
Там горизонтальные лотки, но это совсем иная система и дренаж там не крутят по кругу, там как раз те самые 10-15%, можете у них уточнить.
я занимаюсь выращивание клубники, что немного сложнее чем салаты
Ledfarm
04.04.2024 07:12Я работаю со многими производителями в РБ и РФ. В данный момент у меня на руках документация от 3х не связанных между собой проектов разных производителей. Во всех (и в примере этой статьи) используются горизонтальные лотки. Система питания или подтоплением, или проточной гидропоникой. Во всех проектах используются локальные растворники и циркулирующая система подачи раствора. Нету проектов с капельницами.
При выращивании клубники используют капельницы. При выращивании салата- нет
CityFarmSpb
04.04.2024 07:12Вы разницу не понимаете. У вас что там лоток, что там лоток, значит система одинаковая.
У вас раствор циркулирует, на комбинате который вы скинули не циркулирует, а подмешивается, принципиально разный подход.
Да и в чем тут автоматизация? В времени включения подачи? Ну таймер за 500р решает этот вопрос. Дозаторы меняют концентрацию вручную, воду добавляете вручную, лотки двигаете вручную, контроль раствора тоже ручной.
Ну я кстати сомневаюсь что вы в принципе концентрации меняете, скорее всего у вас 1 раствор на любом этапе.
Вы могли полностью убрать дозаторы и просто добавлять по литру концентрата на 100л воды так же, вручную, вообще бы ничего не изменилось. Ну и к тому же поставить один насос на полив, один на возврат дренажа. Отвечая на ваш вопрос, да, я могу сделать это дешевле раза в 2-3 и не изменится ровным счетом ничего.
А уж логистика растения на вашей ферме по сути мучение а не производство, каждый лоток или даже каждое растение нужно доставать, класть обратно, ползать по лестницам, постоянно в разных местах разный срок созревания, таскать это все через ферму.
может быть для дома и нормально, даже как игрушка будет забавно это всё делать, для производства это очень плохо.
Ledfarm
04.04.2024 07:12+1Пожалуйста. Реализуйте свою идею. Сделайте её лучше и дешевле. Если она действительно дешевле в 2-3 раза, то точно будет востребована на рынке. Удачи
CityFarmSpb
04.04.2024 07:12К сожалению, не будет. Салаты никому не нужны, а их легкость выращивания создает высокую конкуренцию и соответственно низкие цены. Поэтому я клубникой и занимаюсь, тут с этим чуть проще
Ravager
04.04.2024 07:12Скажите, я правильно понимаю что гидропоника сделана по типу nft, но вода гоняется не постоянно, а по расписанию включается насос? Сливается все в бак на каждую линию а не общий? Ультрафиолет используется для устранения заражения в системе?
Ledfarm
04.04.2024 07:12+1Здравствуйте. В данном случае раствор гоняется по расписанию через включение насоса. Это обусловлено технологией выращивания. То есть после полива в лотках не остаётся раствор. Этот метод называется "подтоплением".
Есть и другой метод. Называется "проточная гидропоника". Во втором варианте раствор всегда присутствует в лотках на каком-то уровне и меняется или по расписанию (включение/выключение насоса), или постоянно циркулирует (без отключения насоса).
Да, раствор, который используется на конкретной линии сливается локальный бак именно этой линии. С этого бака и берётся раствор для следующего полива.
По уф обеззараживанию было много разговоров. В данном проекте такой метод не используется, но знаю несколько объектов, где уф применяется. Но это больше исключение, чем правило. Основная проблема- большой поток раствора, низкая проникающая способность излучения в растворе, изменение состава раствора из-за применения уф излучения. Проще всё закрыть от света, постоянно перемешивать и раз в какой-то период обслуживать, чем гемороиться с системой дезинфекции через уф излучение.Ravager
04.04.2024 07:12Хм, я почему спросил про уф - у меня в свое время была проблема с раствором. Мешал на ghe, растил пару салатов дома. Раствор аэрировался очень хорошо. Но каждый раз в растворе образовывалась коричневая слизь(видимо корневая гниль) и корни умирали. А без аэрации, по методу kratky, было даже лучше. Была идея попробовать лампой делать дезинфекцию, потому что перекись хоть и помогала убрать проблему, но корни тоже не щадила.но у меня был классический dwc.
А какой субстрат для подтопления используется обычно?
Ledfarm
04.04.2024 07:12На данный момент мы не делаем аэрацию, хотя штука полезная. Лучше всего насыщать раствор микропузырьками воздуха. Мы ещё не применяли эту технологию, но разговоры о ней ведутся. Гниение корней, думаю- это вопрос, скорее, технологии, чем состава. Я сомневаюсь, что в этом случае лампа поможет. Для дезинфекции УФ излучением нужна прямо мощная лампа и надо поток сделать тонким, чтобы успевать обеззараживать весь поток. Но опять же я сомневаюсь, что это поможет от гниения корней.
В качестве субстрата используется агровата. Ещё пробовали использовать губку. Но с агроватой работает кратно бОльшее количество производителейRavager
04.04.2024 07:12а что из ваты посоветуете? и был ли опыт с кокосом? я наслушался историй что кокос это супер субстрат. правда там есть тонкости, что его надо промывать несколько раз из-за солености. + буферизировать раствором. выглядит как куча хлопот. попробовал один раз, на рукколе. по итогу все как-то не очень, постоянно был дефицит не то кальция не то еще чего-то. по итогу решил пока не использовать. на вате у меня тоже нормально вырастает, использую grodan, но дороговато имхо, и купить не везде можно.
Ledfarm
04.04.2024 07:12+1Из агроваты используем пробки эковер грунт
Гродановские маты используем при выращивании огурцов, помидоров, клубники...
Опыт с кокосом был только на микрозелени. Для некоторых видов он подходит, для некоторых нет. Но на производственных линиях, при выращивании салатов, я ни разу его не видел.
aborouhin
Тема автоматизации не раскрыта. А как же хотя бы датчики влажности почвы, чтобы не поливать в дождь? А синхронизация с онлайн прогнозом погоды, чтобы оптимизировать график полива? А датчики PH почвы, чтобы регулировать коэффициент подмеса в установках фертигации?
Dmitrii43 Автор
Там же теплица с грунтом, дождя не бывает, поливать нужно по расписанию всегда
aborouhin
А, точно, невнимательно прочитал, показалось, что в первом случае открытый грунт.
Ну с теплицей ещё интереснее, там и несколько контуров отопления, и вентиляция, и подача CO2 - есть где автоматизатору разгуляться :)
Dmitrii43 Автор
Вы правы, здесь самый простой случай, который можно сделать дома "на коленке". Но в этом и прелесть, что можно потом добавлять датчики и писать сценарии на существующей базе. В открытом грунте погодное регулирование можно добавить. Такое работает, например, при подогреве ступенек в снег. Мы об этом писали. Можно получать информацию по дождю и не поливать в этот день
aborouhin
Да, такое даже в готовых контроллерах полива есть (но это не наш путь :)
Реально интересует тема фертигации (подмеса удобрений), там много нюансов, а готовые решения сто́ят как чугунный мост, и у меня есть впечатление, что самому́ можно собрать и дешевле, и более гибкую систему. Но меня это в масштабе гектаров интересует. Посмотрю на дозаторы, которые Ваш заказчик с сити-фермой использует, любопытно, подойдут ли и что там с ценой на большие площади получится.
CityFarmSpb
Можно поливать дозаторами и гектары, никаких проблем
aborouhin
Да, я посмотрел, что там есть очень производительные модели, и ценник приемлемый. Будем разбираться, чем там ещё готовые растворные узлы напичканы, что стóят по ляму на гектар и выше :)
CityFarmSpb
Там другая система дозации, дозаторов хватит в 99% случаев
CityFarmSpb
Теплицы поливаются от количества солнечной радиации, а не всегда
Mitya78
А какие есть хорошие датчики влажности почвы от нормальных производителей, чтобы на выходе или условный Модбас был или 0-10В?
Ledfarm
Здравствуйте. Честно говоря- это головная боль, с которой мы сталкивались раньше. Мы пробовали китайские по типу вилки с 3мя штырями https://x.alibaba.com/Aw8aPv?ck=pdp. Сложность заключалась в точности и калибровке тк мы накосячили с протоколом при заказе и пришли не совсем те. Откалибровать их, по поверенному прибору, было нереально. Но какие-то значения они показывали. По итогу от них отказались в принципе. Возможно, с нужным протоколом, таких проблем не возникает и он будет отображать корректно.