Розробка комп’ютерно-інтегрованої системи управління теплицею

Abstract

Теплиці є важливим досягненням у галузі сільськогосподарської технології, оскільки дозволяють вирощувати рослини в контрольованих умовах незалежно від пори року та кліматичних умов. Це надає можливість підтримувати оптимальні умови для росту рослин, що особливо актуально у регіонах з суворим кліматом або обмеженим доступом до якісних сільськогосподарських земель. Промислові теплиці стали ключовим елементом сільськогосподарської галузі, оскільки забезпечують постачання свіжих овочів і фруктів протягом усього року. Це сприяє поліпшенню харчування населення, забезпечуючи вітаміни та необхідні мікроелементи в раціоні, незалежно від сезону. Вирощування рослин у теплицях дозволяє контролювати основні параметри мікроклімату, такі як температура, вологість, освітлення та аерація, які суттєво впливають на ріст і розвиток рослин. Завдяки такому контролю вдається досягти високої продуктивності та покращеної якості врожаю. У теплицях також можна значно знизити ризик ураження рослин шкідниками та хворобами, оскільки ізольоване середовище полегшує контроль за екосистемою. Крім того, контрольований полив і зменшене використання добрив дозволяють економніше використовувати земельні й водні ресурси. Це робить теплиці особливо привабливими для сталого ведення сільського господарства. Теплиця, де для забезпечення оптимальних умов росту рослин потрібно мінімум втручання з боку оператора, має відповідати ряду вимог: всередині автоматично підтримувати оптимальний температурний режим, забезпечувати своєчасний полив без участі людського фактора, а також передбачати можливість дистанційного керування та моніторингу. Існують дві основні категорії автоматизованих теплиць: автономні та енергозалежні. Енергозалежні теплиці можуть підтримувати майже ідеальні умови для росту овочевих культур завдяки використанню електромережі. Розробка комп’ютерно інтегрованої системи управління теплицею живлення всіх автоматизованих елементів. Проте їхня залежність від електроенергії має суттєві ризики. У разі аварійних відключень електроенергії теплиця може зазнати серйозних збитків через швидке зниження температури та відсутність поливу, особливо взимку, коли критичним може стати навіть кількагодинне вимкнення. Висока вартість обладнання та електроенергії також може стати вагомою перешкодою для встановлення енергозалежних теплиць. Альтернативним варіантом є автономні теплиці, які використовуютьсонячну та теплову енергію, забезпечуючи основні функції навіть за відсутності електромережі. Хоча автономні теплиці реагують на зміни мікроклімату із запізненням, вони зазвичай добре справляються із підтримкою умов, за винятком різких змін температури, що може потребувати додаткових заходів. Об’єктом дослідження є розумна теплиця, що має комплексне автоматичне управління мікрокліматом. Предметом дослідження виступають принципи розробки розумної теплиці, вибір відповідного обладнання та його інтеграція у систему керування. Основною метою є створення системи автоматичного керування обладнанням для розумної теплиці, яка дозволить мінімізувати людське втручання і підвищити продуктивність. Для досягнення цієї мети необхідно виконати такі завдання: розробити алгоритми управління та регулювання кліматичних параметрів, вибрати електрообладнання, а також дослідити функціональну структуру та принципи роботи автоматизованої теплиці. Таким чином, автоматизація теплиць надає можливість створення ефективної та стабільної системи для вирощування рослин з мінімальними витратами ресурсів та часу. Впровадження розумних систем керування дозволяє значно підвищити врожайність і знизити операційні витрати, роблячи сільське господарство більш доступним і стійким навіть у несприятливих кліматичних умовах.