Система полива для фермерской теплицы.

9 сообщений
Россия
: Задонск
27.08.2015 - 05:22
: 18

Всем доброго времени суток.
Я имею две небольших теплички 100 и 200 м2 и рассадную, совмещенную с котельной 30 м2. Как и большинство владельцев таких теплиц обеспечиваю свою семью свежими домашними огурчиками и помидорчиками, а также имею дополнительный доход от их реализации. Получаю продукцию с марта по декабрь. Третья световая зона. Вода из центрального водопровода(скважина) с ЕС=0.7 мСм/см и 5 ммоль/л бикарбонатов. Постоянно присматривать за теплицей не могу, поэтому «изобретаю» всякую автоматику, которая будет следить за микроклиматом и поливать растения.
Думаю тема будет интересна коллегам, а может кто-то поделится своим решением данного вопроса.
Я понимаю – тема избитая, тысячи раз обсуждаемая, существует множество решений, но они либо дороги для массового применения, либо сложны для самостоятельного изготовления.
В этой теме будем говорить об автоматическом поливе в теплице.
У меня есть кое-какие идей и даже некоторые воплощаю на практике. Буду рад услышать мнение коллег, а также их идеи и решения. Решение должно подходить как для выращивания на грунте, так и для малообъёмной технологии (торфосмеси или собственные) и гидропоники (кокос, перлит, минвата).
Что нужно решить.
1. Автоматический долив воды в накопительную емкость.
2. Автоматическое приготовление питательного раствора в другом баке – миксере с требуемыми рН = 5.5-6 с погрешностью +- 0.2 и ЕС = 1.5- 4 мСм/см +- 0.2.
3. Подогрев раствора до требуемой температуры 18-25С.
4. Автоматический полив по заданному алгоритму – начало первого полива и последнего, количество поливов за день, продолжительность каждого полива.
5. Защита насоса от сухого хода в случае окончания воды, а также невозможность переполнения баков с водой и раствором.

Должна получиться простая система полива, которую можно оставить на пару-тройку дней и наши растюхи при этом бы чувствовали себя хорошо.

Теперь внимание! Самое главное! Чтобы такой автоматический полив был доступен большинству, цена на его комплектующие не должна быть выше одного дозатрона типа МиксРайт, а лучше уложиться в половину от его стоимости:). Это без стоимости баков и насоса, потому что они у каждого уже есть.
Датчики могут быть самопальные или купленные, например в Китае. Таймер полива различной конструкции, а у многих он есть. Понятно, ни о каком управлении с обратной связью по рН и ЕС не будет и речи, только контроль.

Я достаточно разбираюсь в электронике и изучаю программирование микроконтроллеров, поэтому могу воплотить в железо умные идеи, как впрочем и неумные:), которых у меня почему то больше.

Разделю всю систему на составляющие, которые могут работать и по отдельности.
1. Управление доливом воды, контроль за уровнями воды с возможностью аварийного отключения насоса.
2. Подогрев раствора в миксере.
3. Нейтрализация бикарбонатов (подкисление воды) и дозирование маточных растворов (макро, мезо и микроэлементы) в требуемой пропорции.
4. Таймер полива, управляющий одним насосом или клапаном. Может быть механическим или электронным.

Начну с самого простого - подогрев раствора в миксере.
Берём готовый китайский термостат W1209
http://mysku.ru/blog/aliexpress/33350.html

и врезам электрический тэн в бак.
тэн
Китайский тэн за 400р.у меня прослужил 5 месяцев и рассыпался. Поэтому лучше заплатить 1200р. за нормальный.
Тэн врезал так: просверлил перьевым сверлом диаметром на 2 мм меньше диаметра резьбы на тэне и в это отверстие закрутил латунный резьбовой конец, затем нагрел его до 150-200С и оставил остывать до комнатной температуры. После этого выкрутил и в стенке бочки отпечаталась резьба, по которой закрутил тэн, подмотав фум.
Терморегулятор в комплекте с тэном работает грубо на низких температурах, поэтому его отсоединяем и заменяем термостатом W1209. Для нагрузки больше 1 кВт нужно заменить реле на термостате на более мощное или коммутировать нагрузку через контактор. Схема подключения очень простая.
Настроив термостат на нужную температуру и подключив, можно забыть о подогреве воды.

Файлы: 
  • cimg4960.jpg

Россия
: Задонск
27.08.2015 - 05:22
: 18

Нарисовал картинку как примерно выглядит у меня.
Верхний уровень в баке с чистой водой контролируется арматурой от сливного бачка унитаза.
При снижении уровня до V1 отключается доливочный насос.
При повышении до V2 снова включается, если требуется долив в правый бак. Получаем небольшой гистерезис.
При повышении раствора в правом баке до уровня V6 отключается доливочный насос.
При снижении уровня раствора до V5 включается доливочный насос, если есть вода в левом баке.
Этим исключаем сухой ход насоса и перелив в правом баке.
Доливочный насос всегда будет стремиться держать бак с раствором полным.

При уровне раствора в баке V3 и ниже отключится поливочный насос. Это в случае отключения воды и пустом правом баке.
При уровне раствора в баке V4 и выше поливочный насос включится, если пришло время полива.
Здесь тоже гистерезис, чтобы в отсутствии воды или недостаточном количестве не происходило частое вкл/выкл насоса.

Датчиков уровня у меня таких нет, это только в проекте. По сути это герконы и поплавок с магнитом. Их нужно или покупать или изготавливать самому. Нужные и доступные по цене мне не попадались.
Пока у меня самопал из клавиши от кассового аппарата (внутри геркон и магнит). Обеспечивает гистерезис по уровню около 25 см. Насос подключен через реле.

Дозирование мат.растворов планирую через инжектор Вентури. Это тоже в проекте.

02.06.2016 - 10:50
: 5

Выглядит неплохо

Россия
: Задонск
27.08.2015 - 05:22
: 18

Сделал опытный образец уровнемера и плату коммутации доливочного насоса.
Датчик уровня представляет из себя пластиковую трубку с заглушеным концом, с четырьмя герконами внутри, расположенные на определённом расстоянии. По трубке ходит поплавок с кольцевым магнитом, в зависимости от уровня замыкая соответствующий геркон. Сигнал с герконов обрабатывается схемой, которая замыкает или размыкает контакты реле, включая-выключая насос долива раствора.

Файлы: 
  • datchikpoplav.jpg
  • plataurovnemera.jpg
Россия
: Задонск
27.08.2015 - 05:22
: 18

Многие готовят питательный раствор в баке, добавляя кислоту и растворяя нужное количество простых или комплексных удобрений.
Недостатки такого способа:
--нужно иметь бак большого объёма, чтобы раствора хватало на пару дней хотя бы. Он занимает много места и дорогой.
--нужно готовить новый раствор, когда закончится старый, иначе нужно пересчитывать количество удобрений на неполный объём бака.

Сделал и протестировал систему приготовления питательного раствора на трёх инжекторах Вентури. Получилось очень просто и доступно для повторения.
Выглядит так.

Файлы: 
  • cimg5065.jpg
  • cimg5072.jpg
Россия
: Задонск
27.08.2015 - 05:22
: 18

Узел дозирования может готовить раствор в количестве от сотен л/час до десятков м*3/час и даже более при соответствующем подборе комплектующих.
Пропорция дозирования (МР/раствор) может составлять от 1/10 до примерно 1/500. Для нашего случая пропорция 1/200 -- 1/350 позволит использовать баки с МР небольшого объёма.

Для составления МР используются только простые соли (хелаты МЭ содержащие в комплексных удобрениях выпадут в осадок в данном случае), азотная кислота и хелаты МЭ:
Микровит К-1 хелат железа 3% DTPA
Микровит К – высококонцентрированный водный раствор хелатов микроэлементов Mn, Zn, Cu, Mo на основе ОЭДФ
Органо-Бор – высококонцентрированное удобрение бора.

В баке А кальциевая и калийная селитры и азотная кислота. рН очень низкий, ЕС очень высокая.
В баке Б сульфаты, фосфаты, нитраты и азотная кислота. рН очень низкий, ЕС очень высокая.
В баке М (микроэлементы) три вышеназванных раствора МЭ. рН = около 5, ЕС = 1-4 мСм/см2.(зависит от ЕС воды и пропорции дозирования). При таких условиях МЭ очень стабильны и выпадения в осадок не наблюдается.

Баки А и Б и трубки подачи этих мат. растворов могут быть прозрачными - при таких значениях рН и ЕС "цветения" не будет и от солнечного света там разрушаться нечему.
Бак М и трубка подачи обязательно непрозрачные.
В моём случае все баки по 20 л.

Файлы: 
  • cimg5070.jpg
Россия
: Задонск
27.08.2015 - 05:22
: 18

Теперь нам нужно расчитать сколько каких удобрений в каком баке с МР растворить, чтобы в баке 2 (бак с раствором) получился раствор с нужным нам содержанием элементов, рН и ЕС при доливе из бака 1.
Из измерительных приборов нужно иметь рНметр, кондуктометр и весы с разрешением до 5 г.
Нужно знать количество кислоты и удобрений на бак 2 (у меня 200л).
Нужно знать пропорцию дозирования ИВ (инжектор Вентури).
По этим данным расчитать концентрацию в баках с МР.

Инжектор Вентури (ИВ) дозирует примерно 1/5 -- 1/15 и это значение меняется в зависимости от перепада давления вход/выход на ИВ.
В нашем случае нужно дозировать 1/200 -- 1/350 и обеспечить стабильность этого значения.
Для этого нужно обеспечить стабильное значение давления на входе ИВ и на выходе и ограничить количество засасываемого раствора.
В моём случае воду из БАКА_1 в БАК_2 через ИВ подаёт насос для повышения давления в водопроводе (просто такой у меня оказался) WILO 60 Вт, 35 л/мин, напор 9.5 м. Через три ИВ 1/2" он заполняет бочку 200 л за 18 мин. = 670 л/час. Через один ИВ поток примерно 220л/ч. Такой производительности достаточно для приготовления раствора на 500м*2 теплицу.
При двухдюймовых ИВ можно получить производительность порядка 30 м*3/час.
В качестве ограничителя на подачу МР через ИВ можно использовать капельницы. В моём случае капельница 2л/ч обеспечит пропорцию около 1/335.
Для небольших баков МР можно готовить в ведре и затем переливать в соответствующий бак. Например, опустился уровень МР до 1/4 канистры, навели по ведру, вылили и уровень поднимется до 3/4 от полного.
Для более точных результатов расчёт будем делать на полную бочку 200 л.
Сначало нужно приготовить раствор вручную. Налить в БАК 2 170-180 л воды, добавить измеренное количество азотки до рН=6, развести в ведре расчётное количество удобрений для бака А, вылить в бочку и также развести расчётное количество удобрений для бака Б, вылить в бочку. Далее довести уровень рН раствора в бочке до нужного и добавить расчётное количество МЭ.
Теперь мы знаем объём к-ты, массу всех солей для приготовления бочки раствора с нужными параметрами.

Например возьмём такое содержание удобрений на 200л:
64 мл азотки
NH4NO3 16 g
Ca(NO3)2 147 g
KNO3 42 g
K2SO4 48 g
MgSO4 58 g
KH2PO4 34 g
и МЭ: железо 3% 6 мл
Микровит К 3.2 мл
ОрганоБор 0.2 мл

Бочка наполняется 18 мин. За это время каждый ИВ засасёт через 2л капельницу 2л/ч / 60 * 18 = 0.6 л МР. Это теоретически при идеальной капельнице. В реальности нужно измерять.
Если растворить вышеприведённое количество кислоты, солей и МЭ в трёх баках по 0.6 л, получим нужную концентрацию в баках с МР. Конечно по 0.6л не будем готовить МР, возьмём объём в 15 раз больше 0.6х15 = 9л.
МР для бака А объёмом 9л содержит:
половину всей азотки 64мл/2 *15 = 480мл
кальц.селитру 147г * 15 = 2205г.
KNO3 42г * 15 = 630г
МР для бака Б объёмом 9л содержит:
половину всей азотки 64мл/2 *15 = 480мл
K2SO4 48г * 15 = 720г
и далее по списку...
Воду для бака М нужно подкислить до рН=5-6 и добавить МЭ в нужном количестве (не забывая умножить на 15).

Теперь нужно измерить объём каждого МР засасываемый на 200 л. Если объём измерить нечем, можно взвесить.
Взвешиваем каждый бак с МР. Затем нужно запустить систему дозирования - заполнить пустой бак_2 раствором.
После заполнения бака 2 раствором, снова нужно взвесить каждый бак с МР и посчитать взятое количество каждого МР на бочку.
Получилось что для приготовления 200л пит.раствора
из бака А взято 640мл
из бака Б - 610мл
из бака М - 630мл
Видно, что раствор из бака А расходуется быстрее всех, а из бака Б - медленнее всех.
Чтобы устранить этот непорядок, при заправке бака А нужно готовить больше раствора, а для бака Б - меньше, и тогда уровни МР в баках будут примерно одинаковы (заканчиваться в одно время). А если какого то раствора остаётся больше, значит что-то где-то засорилось. Количество к-ты и солей прежнее, меняется только объём приготовляемого МР.
Для этого для бака А нужно готовить 0.64л * 15 = 9.6л раствора,
для бака Б нужно готовить 0.61л * 15 = 9.15л раствора,
для бака М нужно готовить 0.63л * 15 = 9.45л раствора.

Это пример расчёта. В каждом конкретном случае получатся свои значения.

В итоге получился простой и дешёвый способ приготовления питательного раствора.
Заправляем баки с МР и по мере расхода раствора включаем насос долива - происходит наполнение бака 2 раствором нужного состава.
Конечно можно доливать раствор, включая вручную насос, но я так делать не хочу. Нужно подключать автоматику и пусть она следит за уровнями в баках.
Об этом в следующий раз.

Россия
: Задонск
27.08.2015 - 05:22
: 18

Видео о работе электронного таймера полива и его настройках.
https://www.youtube.com/watch?v=rZQ0NBSuPtg
Количество включений в сутки до 99.
Продолжительность каждого включения от 1 сек до 99мин 59 сек.
Динамическая индикация, поэтому семисегментники на видео мерцают. Для глаз это не заметно.

Россия
: Задонск
27.08.2015 - 05:22
: 18

Доработал узел приготовления питательного раствора (готовит два раствора).