Автоматический полив с управлением через Интернет.

В данной статье будет рассказано об опыте организации системы автоматического полива на дачном участке с возможностью мониторинга и управления через Интернет.

Введение

В настоящее время системы автоматики всё больше мигрируют из промышленности в бытовую среду. Сейчас вряд ли можно кого-то удивить, рассказав про систему автоматического полива, увиденную на соседском участке, — такие системы появились на рынке уже не один год назад. Однако, в процентном соотношении еще не так много людей пользуются данным чудом техники. Причин много: возможно, это скептическое отношение ко всему новому или трудности с выбором конкретной системы. В любом случае, надеюсь, что данная статья поможет развеять все сомнения и  разобраться в таких системах.

Еще одним важным препятствием перед установкой автоматического полива, для тех кто живет в городе, является невозможность следить за процессом удалённо и при необходимости управлять им прямо из своей городской квартиры.

Конечно, для того чтобы сделать систему полностью автоматической, необходимо подвести силовое питание, оборудовать систему насосом,  управлять им для поддержания необходимого уровня воды в поливочном резервуаре и т.д. Из-за наличия опасных факторов (силовое питание, угроза протечки воды), пользователи просто боятся оставить систему без присмотра.  Но можно отбросить все переживания , если иметь возможность постоянного мониторинга состояния системы, оповещения при неисправностях и наличия защитной автоматики — всё это реализуемо, если подключить систему к Интернет. Кроме мониторинга состояния, подключение к сети позволит управлять системой. Это бывает важно когда, например, пошёл дождь и нужно отменить запланированный по расписанию полив, или менять длительность полива в зависимости от погоды.

Конечно же, далеко не на каждой даче стоит роутер для доступа в сеть. В рассматриваемом ниже примере для подключения к Интернету используется GPRS модем, позволяющий «автополивалке» выходить в сеть точно так же, как это делает обычный мобильный телефон. При этом объём передаваемых данных достаточно мал — поэтому система будет работоспособна в даже местах с очень слабым сигналом.

Думаю вступительных слов уже достаточно, перейдём непосредственно к примеру.

Проектирование системы автоматического полива

Поливальная установка состоит из двух накопительных резервуаров с поплавковыми датчиками уровня, механизма автоматического поддержания уровня воды в баке и управляемого крана блокировки долива,  системы распределения воды по линиям полива с электро-управляемыми клапанами и насосом.

Накопительный резервуар

Резервуары объединены по принципу «сообщающихся сосудов» — поэтому условно можно говорить, что это одна ёмкость для накопления воды. В качестве резервуаров были применены еврокубы.

Для объединения баков в крышки их сливных отверстий были врезаны латунные сгоны с прокладками:Далее сгоны из баков были объединены с помощью полипропиленовых труб. На получившуюся общую выходную трубу установлены фильтр и кран:

Баки установлены на каркас из профильных труб и швеллеров.

Получилось следующее:

Датчики уровня воды в резервуаре

Накопительные баки оборудованы тремя поплавковыми датчиками уровня.

Сигналы от датчиков поступают в систему управления и используются для регистрации трёх различных уровней воды: «полный бак», «уровень воды менее половины» и «почти пустой бак». Эта информация передаётся на сервер для отображения уровня воды в резервуаре через веб-приложение. По двум последним сигналам сервер формирует соответственно предупредительное и аварийное события для оповещения пользователя по смс или электронной почте.

Поскольку баки — это сообщающиеся сосуды, т.е. уровень в них всегда одинаковый, — все датчики для удобства установлены в одном из них.

По той же причине система долива воды подведена только к одному из баков.

Система автоматического долива воды в резервуар

Для автоматического заполнения водой резервуар оборудован механическим поплавковым клапаном:

Этот клапан работает аналогично клапану унитазного бачка, т.е. при понижении уровня жидкости поплавок клапана опускается, открывая подачу воды.

Для блокировки долива на подающую трубу был установлен  электромагнитный клапан нормально-открытого типа.Такой клапан в отсутствии напряжения питания открыт и даёт возможность системе автоматически заполнять накопительный резервуар. Когда пользователю нужно запретить системе доливать воду, он может  закрыть кран, с помощью веб-приложения или переключателя на шкафу управления.

Блокировка автоматического долива нужна из-за того, что работающая поливальная установка снижает давление воды в доме. Поэтому, когда нужно помыть посуду, принять душ или включить стиральную машину, можно временно запретить «поливалке» автодолив.

Когда пользователь даёт команду блокировки долива, система управления запитывает клапан управляющим напряжением 220 В и он закрывается — только в этом состоянии клапан потребляет энергию. Большую часть времени (от общего времени работы системы) клапан находится в открытом состоянии и не тратит энергию, именно поэтому был выбран нормально-открытый тип клапана.

Система распределения воды

Система распределения воды по поливочным контурам представляет собой распределительный коллектор с 8-ю отводами, на 7 из которых установлены электромагнитные клапаны, для того чтобы можно было включать/выключать полив электрическим сигналом от системы управления. На 8-ой отвод без клапана установлен быстросъёмный разъём для подключения шланга и полива в ручном режиме.

Используемые электромагнитные клапаны SMART SP61355 управляются подачей на них сигнала 220 В.Данные клапаны нормально-закрытые. Это означает, что в отсутствие сигнала управления они закрыты. Такое состояние наиболее безопасное, т.к. в случае пропадания питания установки клапаны будут закрыты. В противном случае произошло бы вытекание воды из резервуара и затопление участка.

При тестовом опробовании системы выяснилось, что существенным недостатком этих клапанов является узкое внутреннее пропускное отверстие (всего 2,5 мм), поэтому при том давлении, которое создаёт вода, вытекая из резервуара самотёком, расход воды через клапан составляет всего 40 л/час. Согласно паспорту на клапан, для того чтобы обеспечить расход воды 250 л/час нужно создать на нём давление в 1 бар — поэтому в систему был добавлен насос увеличения давления Ksitex CL15GRS-15.О том как он работает и как его правильно выбрать написано в этой статье.

Система управления

Система управления поливальной установкой «собирает» сигналы с датчиков и отправляет из на сервер, а от него получает команды для исполнительных устройств: клапанов и насоса.

Шкаф управления выглядит так:

На передней панели шкафа есть переключатель для аварийного закрытия всех клапанов на случай неисправности контроллера и переключатель для включения клапана блокировки долива.

Кроме рассмотренных выше датчиков, контроллер ещё принимает сигнал от термодатчика, измеряющего уличную температуру.

Подробнее про устройство системы управления мы расскажем в отдельной статье.

Определение количества поливочных контуров

Как известно, разные растения нужно поливать с различной частотой и обильностью. Необходимая температура воды так же может отличаться для разных культур. Поэтому, для того, чтобы система полива была гибкой, — все растения на садовом участке были разделены на группы по режиму полива. Также в отдельные группы были выделены растения с большой площадью посадки, например картофельное поле.

В нашем системе растения были разбиты на следующие группы:

1. Лук, морковь, зелень (укроп, петрушка, салат), горох, баклажаны и кабачки — все эти культуры умещются на трёх 10-ти метровых грядках и одном 2-х метровом парнике.
2. Помидоры (в теплице)
3. Огурцы и перец — тоже тепличные
4. Картофель
5. Клубника
6. Цветы

На следующем рисунке приведён примерный план участка с расположением групп растений:

Капельный полив своими руками

В настоящее время существует множество способов орошения- это всевозможные разбрызгиватели, дождеватели и т.д. Для реализации данного проекта был выбран капельный способ полива. Этот вид орошения отличается существенной экономией воды и не требует высокого давления жидкости в подающей магистрали. Можно установить поливочный резервуар на высоте 2-3 метра, и этого будет достаточно для создания необходимого давления в системе, даже если вода будет вытекать «самотёком».

Существует два основных вида капельного полива: капельная лента и точечные капельницы.

Капельная лента

Представляет собой тонкостенную трубку со специальными устройствами — капельницами. Капельницы обеспечивают постепенное вытекание воды с определённым постоянным расходом (например 1,6 л/час).  Использовать капельную ленту удобно тогда, когда необходимо увлажнить определённую площадь почвы, растения на которой расположены достаточно кучно, рядами.

Капельной лентой «опутаны» грядки и картофель

Присоединение капельной ленты к магистральной трубе

Такой способ хорошо подойдёт для полива грядок с луком, морковью, зеленью, рядов картошки и т.п.

Точечные капельницы

Система полива с точечными капельницами представляет собой магистральный шланг с отходящими от него «усиками» — тонкими трубочками, имеющими капельницы на конце. По своему принципу действия точечные капельницы похожи на капельницы, из которых состоит капельная лента — они так же дозируют воду, поступающую к корням растений.

Такой способ капельного полива хорош тогда, когда растения крупные, посажены на сравнительно большом расстоянии друг от друга и не обязательно рядами (например, томаты, клубника и т.п.).

В данном проекте мы использовали наборы капельного полива «Жук».

Заключение

В этой статье мы рассмотрели общее устройство системы автополива, а уже в следующей мы подробно расскажем о том, что представляет из себя система управления, из каких компонентов она состоит и как работает, а также покажем как выглядит веб-приложение для удалённого управления поливом и мониторинга состояния системы.

Надеемся, что было интересно! До новых встреч на LAZY SMART! Чтобы не пропустить новую статью, вступай в нашу группу Вконтакте, а также подписывайся на наш канал YouTube.