Система управления микроклиматом. Микропроцессорное управление микроклиматом теплицы

III. Требования к организации системы обращения с медицинскими отходами

Oсoбеннoсти и прoблемы функциoнирoвaния вaлютнoй системы Республики Белaрусь

VI. Педагогические технологии на основе эффективности управления и организации учебного процесса

В отечественной и зарубежной практике используют автомати­ческие СУ только температурными режимами в овощехранилище. Автоматическое регулирование влажности применяют редко из-за отсутствия датчиков, работающих при относительной влажности воздуха более 90 %. При необходимости влажностью управляют вручную, включая вытяжные вентиляторы.

Рис. 9.1. Технологическая схема авто­матического управления температурным режимом в овощехранилище:

1 - подогреватель; 2, 5- соответственно приточная и вытяжная шахты; 3- смеси­тельный клапан; 4- исполнительный меха­низм.

Для управления микрокли­матом в овощехранилищах ис­пользуют оборудование типа ОРТХ и систему «Среда».

Оборудование для регулиро­вания температуры хранилищ типа ОРТХ обеспечивает тех­нологически обоснованные температурные режимы приточного воздуха, массы хранимой продукции и воздуха верхней зоны без искусственного охлаждения в хранилищах вместимостью до 1000 т с числом вентиляционных камер не более двух.

В оборудование типа ОРТХ входят следующие основные уст­ройства (рис. 9.1): смесительный клапан 3 с подогревателем 1 и исполнительным механизмом 4, приточная 2 и вытяжная 5 шахты, два рециркуляционно-отопительных агрегата б, вентиляционно-распределительный канал 7, вентилятор 8 приточной системы и шкаф автоматического управления системой активного вентили­рования (ШАУ-АВ). В шкафу размещены регуляторы температуры Р1...Р5, программное реле времени КТ, ключи и кнопки управле­ния. В связи с неблагоприятными для работы аппаратуры услови­ями предусмотрен автоматический обогрев шкафа от электропо­догревателя ЕК, действием которого управляет контактное термо­реле SK через промежуточное реле KV1 (рис. 9.2). Температуру контролируют датчики ВК...ВК5 (см. рис. 9.1) - терморезисторы и термометры сопротивления, а замеряет логометр Р. Система ак­тивного вентилирования может работать в режиме ручного дис­танционного или автоматического управления.

В ручном режиме переключатели SA1 и SA2 ставят в положение Р и кнопками SB1 и SB2 управляют вентиляторами и калорифера­ми двух рециркуляционно-отопительных систем, кнопками SB3 и SB4-подогревателем смесительного клапана, кнопками SB5 и SB6- приточной вентиляцией. В этом режиме при помощи регу­лятора Р4 (типа ПТР-2) автоматически может отключиться только приточный вентилятор, когда температура наружного воздуха снизится до минимально допустимого значения. При допустимой температуре контакт Р4 замкнут.

В автоматическом режиме переключатель SA1 переводят в по­ложение А. Последовательность работы схемы зависит от периода хранения.

В режиме «Лечение» переключатель SA2 ставят в положение Л, а переключатель SA3 - в положение N (нейтральное), в результате чего действует только приточный вентилятор, который периоди­чески включается и отключается магнитным пускателем КМ4, уп­равляемым контактами AT программного реле времени и регуля­тора Р4. Программное реле КТ настраивают на шестиразовое включение приточного вентилятора в сутки в каждом случае на 30 мин. Перед этим режимом исполнительный механизм ИМ че­рез контакты КМ4:4 закрывает смесительный клапан полностью,

А вентиляция картофеля осуществляется рециркуляционным воз­духом.

В режиме «Охлаждение» переключатель SA2 ставят в положе­ние 0 и в работу вводится дифференциальный терморегулятор Р1, который при помощи датчиков ВК и ВК1 сравнивает температуры наружного воздуха и в массе хранимого продукта. Если разница между ними больше так называемого дифференциала (2...3 °С), то срабатывает терморегулятор Р1 и включает промежуточное реле KV2. Контактами KV2:1 реле KV2 вводит в работу терморегулятор РЗ (типа ПТР-2), а затем контактом РЗ вводится в работу регуля­тор Р4. В результате этого пускатель КМ4 включает приточный вентилятор. Контактами KV2:2 включается пропорциональный терморегулятор Р5, который посредством датчика ВК5 и исполни­тельного механизма ИМ управляет температурой воздуха в систе­ме вентиляции.

При отклонении этой температуры от заданной терморегулятор Р5 своими замыкающими Р5:2 и размыкающими Р5:1 контакта­ми включает исполнительный механизм, поворачивающий зас­лонку смесительного клапана в такое положение, при котором ус­танавливается необходимая температура смешанного наружного и рециркуляционного воздуха. Охлаждение продолжается до тех пор, пока температура в массе хранимого продукта не достигнет заданного значения, после чего посредством датчика ВКЗ и кон­тактов РЗ терморегулятора РЗ отключается магнитный пускатель КМ4 приточного вентилятора. Если температура наружного возду­ха длительное время превышает температуру в массе продукта, то вентиляция ведется только рециркуляционным воздухом. Сигнал на включение магнитного пускателя КМ4 вентилятора подается от программного реле времени через контакты КТ. В этом случае смесительный клапан закрыт и теплый наружный воздух в храни­лище не поступает.

В режиме «Хранение» переключатель SA2 ставят в положение X. Приточный вентилятор включается контактами AT программ­ного реле времени 4...6 раз в сутки для снятия перепадов темпера­туры в массе продукта. При этом блок-контактами КМ4:3 маг­нитного пускателя через переключатели SA1 и SA2 подключаются терморегулятор Р1, реле KV2 и терморегулятор РЗ. В дальнейшем схема действует так же, как и в режиме охлаждения. Если темпе­ратура в течение заданного при помощи реле времени AT цикла работы не снизилась до нормы, то вентилятор продолжает рабо­тать до тех пор, пока не разомкнутся контакты регулятора РЗ. При отключении вентилятора смесительный клапан автоматически закрывается при помощи блок-контактов КМ4:4, управляющих работой исполнительного механизма ИМ. В том случае, когда тем­пература в верхней части хранилища над продуктом оказывается меньше заданной, что может вызвать выпадение конденсата в продукт, от датчика ВК2 срабатывает терморегулятор Р2 и через магнитные пускатели КМ1 и КМ2 включает рециркуляционно-отопительные агрегаты.

Рециркуляционно-отопительные агрегаты работают только при выключенном приточном вентиляторе (блок-контакты КМ4:1 замкнуты), отключение их осуществляется контактом 1 терморе­гулятора, когда температура верхней зоны равна заданному значе­нию.

Автоматическое управление подогревателем смесительного клапана задают переключателем SA3 (положение А) при сниже­нии наружной температуры до -15 ºС. Он включается магнит­ным пускателем КМЗ или автоматически от реле КТ, или вруч­ную кнопками SB3 и SB4 (SB3 в положении Р). Желательно включение в состав оборудования хранилища холодильной ма­шины.

Схема ШАУ-АВ предусматривает возможность управления температурой в ручном и автоматическом режимах. При этом в случае повышения температуры в массе продукта выше нормы в момент, когда наружная температура высока, одновременно с включением приточного вентилятора включается и холодильная машина. Тогда температура воздуха, поступающего в магистраль­ный канал, регулируется терморегулятором, входящим в комплект холодильной машины.

Микропроцессорная система управления микроклиматом теплиц «Среда» более совершенна, чем оборудование типа ОРТХ. Как и устройство ШАУ-АВ, она обеспечивает автоматическое пропор­циональное регулирование температуры воздуха, направляемого в массу хранимого продукта, двухпозиционное регулирование температуры хранимого продукта и воздуха в верхней зоне хра­нилища, а также ряд технических измерений, сигнализацию от­клонений температуры от заданной в отдельных секциях храни­лища и т. д. Система «Среда» может управлять технологическим процессом в восьми секциях хранилища овощей вместимостью до 5000 т. В каждой секции овощехранилища установлены два рециркуляционно-отопительных агрегата, приточный вентиля­тор, смесительный клапан с приводом от ИМ, обогреватель кла­пана, несколько датчиков температуры воздуха (в верхней зоне и в магистральном канале), датчики температуры в массе хранимо­го продукта.

Функциональная схема системы «Среда» показана на рисун­ке 9.3. В каждой из восьми секций хранилища устанавливают че­тыре измерительных преобразователя 1: для двухпозиционного регулирования температуры в массе хранимого продукта, надзакромном пространстве и два в магистральном канале (для пропор­ционального регулирования температуры подаваемого воздуха за счет смешивания холодного наружного и теплого рециркуляци­онного воздушных потоков). Блоки измерения и задания 2 фор­мируют 32 аналоговых сигнала, пропорциональных текущему

Рис. 9.3. Блок-схема системы «Среда-1» для управления микроклиматом в хранилище:

1 - измерительные преобразователи; 2 - блоки измерения и задания; 3- блоки переключате­лей; 4 - двухпозиционный регулятор; 5-пропорциональный регулятор; 6- блок синхрони­зации; 7-блоки управления; 8- исполнительный механизм; 9-регулятор разности темпе­ратур; 10, 11 - измерительные преобразователи температуры соответственно наружного и внутреннего воздуха; 12-логометр

значению регулируемого параметра. Эти сигналы через блоки пе­реключателей 3 (коммутаторы) в установленной последовательно­сти подаются на вход двухпозиционного 4 или пропорционально­го 5 регулятора. Также в синхронной последовательности, задавае­мой работой электронного блока 6, через блоки управления 7 осу­ществляется переключение исполнительных цепей регулятора 4 или 5.

Регулятор 9 разности температур наружного 10 и внутреннего 11 датчиков воздуха в случае повышения наружной температуры до заданного уровня переключает систему на вентиляцию продук­та внутренним (рециркуляционным) воздухом. Логометр 12, полу­чающий питание, как и все другие элементы схемы, от блока БП, через переключатель S позволяет проконтролировать температуру в 39 точках по объему хранимого продукта.

Алгоритм функционирования системы «Среда» аналогичен описанному ранее алгоритму функционирования устройства ШАУ-АВ.

• Введение
• 3. Разработка структуры
• 3.2.1 Датчики
• 3.2.2 Устройство управления
• 3.3 Алгоритм работы системы
• 4. Разработка схемы
• 4.1 Выбор микроконтроллера
• 4.2 Структура микроконтроллера ATmega 8535
• 4.3 Описание выводов микроконтроллера ATmega 8535
• 4.5 Выбор датчика влажности
• 4.6 Выбор средств индикации
• 4.7 Выбор ключевых элементов
• Заключение
• Библиографический список
• Приложения

Введение

На значительной территории нашей страны в связи с продолжительной, нередко суровой зимой и коротким, не всегда теплым летом складываются неблагоприятные условия для выращивания теплолюбивых растений в открытом грунте.

Для расширения возможности выращивания растений и снабжения населения свежими продуктами питания, особенно овощами, в неблагоприятные периоды года применяют различные сооружения защищенного грунта, в которых искусственно создаются необходимые условия для роста и развития растений. По степени удовлетворения потребностей растений в комплексе факторов жизнеобеспечения или по технологической сложности сооружения защищенного грунта подразделяют на парники, утепленный грунт и теплицы.

В сооружениях защищенного грунта необходимо стремиться к созданию оптимальных параметров среды выращивания. К сожалению, в простейших теплицах на приусадебных участках в основном на солнечном обогреве не всегда этому уделяется должное внимание. В результате растения в таких теплицах постоянно находятся в стрессовых условиях. Ночью, как правило, растения переохлаждаются, днем в солнечную погоду перегреваются. Особенно усугубляются неблагоприятные воздействия в теплицах, расположенных на садово-огородных участках, значительно удаленных от мест постоянного проживания владельцев. В таких теплицах, посещаемых, как правило, лишь в выходные дни, нет возможности оперативно вмешаться в формирование климата, в результате чего он нередко далек от оптимального. Правильный тепловой режим в теплицах позволяет повысить урожайность в 2-3 раза.

Существуют многочисленные системы автоматизированного управления микроклиматом теплиц. Как правило, такого рода системы, содержат полный комплекс управления микроклиматом:

· температура и влажность воздуха

· инфракрасный термометр листа

· температура и влажность почвы

· температура стекла

· температура зоны плодоношения

· температура в контурах отопления

· концентрация СО2 и т.д.

· ультразвуковой датчик ветра

· бесконтактный датчик осадков

Такие системы, конечно, хороши и эффективны, но обладают вполне ощутимым недостатком - высокой стоимостью. Использование такого рода систем в промышленной агротехнике оправдана: территория теплиц огромна, а такая система позволяет экономить на персонале, получать большой урожай, что позволяет увеличить прибыль, а, следовательно, окупить систему.

Особенностью агротехники нашей страны является то, что 70% населения сами обеспечивают себя овощами в летний и осенний период за счет выращивания культур на приусадебных участках. Естественно, что в таких условиях выращивания человек не может постоянно контролировать микроклимат в теплице, но и покупать дорогостоящую систему тоже нет возможности. Многие из дачников используют подручные, не всегда надежные и эффективные свойства - гидроцилиндры для автоматического открывания форточек при слишком высокой температуре, бочку с небольшим отверстием для полива и прочее. Эти приспособления не дороги, но малоэффективны и не надежны (гидроцилиндры часто выходят строя, течет масло, уплотнительное кольца быстро приходят в негодность, температура, при которой открывается форточка, измеряется эмпирически и т.д.). Поэтому необходимо создать простую систему управления основными параметрами микроклимата: температура и влажность.

1. Формирование требований пользователя к АС

Наша система должна отвечать следующим основным требованиям:

1. должна быть максимально простой и недорогой.

2. иметь понятную систему управления, не требующую особых знаний и навыков.

3. иметь возможность реконфигурирования микроклимата под ту или иную выращиваемую культуру.

4. не должна предъявлять особых требований к конструкции теплицы и максимально от нее не зависеть.

5. обеспечивать надежную и устойчивую работу всех элементов системы

2. Разработка концепции АС

После включения системы производится выбор выращиваемой культуры. Далее считывается температура, выводится на индикатор, анализируется. В случае необходимости - ее корректировка (включение нагревателя или проветривание), потом считывается влажность, анализируется и принимается решение о необходимости полива.

Каждый режим характеризуется своими параметрами, представленными в таблице 1.

Таблица 1.

	Выращиваемая культура	температура	проветривание	влажность
			сквозное
			одностороннее
			одностороннее
			одностороннее
	баклажаны		сквозное

3. Разработка структуры

3.1 Описание функций, которые выполняет система

Для разработки структурной схемы системы контроля микроклимата теплицы, кратко опишем функции, которые должна выполнять разрабатываемая система:

1. Начальный запуск системы

2. Выбор необходимого для поддержания типа микроклимата.

3. Прием данных с датчиков и обработка этих данных в соответствии с алгоритмом.

4. Вывод текущих параметров микроклимата среды.

5. Формирование выходных сигналов для запуска исполнительных устройств проветривания или нагрева, полива.

3.2 Основные модули

Исходя из требований технического задания и функций, которые должна выполнять разрабатываемая система, можно выделить основные модули, из которых должна состоять вычислительная система.

3.2.1 Датчики

Датчики - являются неотъемлемой частью системы, они используются для того, чтобы система могла в реальном времени реагировать на изменения внешних параметров по заранее разработанному алгоритму.

Так как мы проектируем систему, которая будет использоваться в небольших теплицах, поэтому ограничимся одним датчиком температуры и одним - влажности. Однако при выборе устройства управления следует учесть возможность подключения дополнительных датчиков с целью уточнения данных или с целью увеличения функциональных возможностей.

3.2.2 Устройство управления

Устройство управления является главной частью системы, оно необходимо для сбора и обработки информации поступающей с системы датчиков, выработки управляющих сигналов для исполнительных устройств, а также вывода информации на устройство индикации.

3.2.3 Пульт управления и устройство визуальной индикации

Пульт управления и устройство визуальной индикации необходимы для выбора типа микроклимата, для визуального вывода текущей температуры и влажности в теплице.

3.3 Выбор варианта структуры

В соответствии с определенными выше функциями можно определить общую структуру системы. Устройство управления получает от датчиков температуры, влажности и кнопок управления данные, преобразует их в соответствии с алгоритмом работы и выдает данные на индикаторы для отображения температуры и влажности, а также при необходимости сигналы на ключевые элементы. Ключевые элементы позволяют включать/выключать исполнительные устройства в том порядке, в который установлен в алгоритме.

3.4 Алгоритм работы системы

Алгоритм работы системы позволяет устанавливать критические параметры в соответствии с выбранным режимом, регулирует температуру и влажность в теплице, учитывая особенности каждой культуры.

микропроцессорное управление микроклимат теплица

Рисунок 1 - Алгоритм работы системы

4. Разработка схемы

4.1 Выбор микроконтроллера

Ориентировочно требуется 25 выводов: 12 для организации матрицы индикации на основе двух 7-ми сегментных индикаторов (двухразрядный и трехразрядный), 3 для подключения датчиков, 5 для подключения кнопок управления, 5 для управления исполнительных устройств.

Таким образом, выбор микроконтроллера будет осуществляться из серии "mega". Согласно табл. 1, оптимальным решением будет микроконтроллер ATmega8535, т.к. он обладает достаточным объемом памяти, необходимым количеством выводов, высоким быстродействием и хорошим набором периферии (АЦП, таймеры, внутренний RC-генератор TWI-интерфейс.).

4.2 Структура микроконтроллера ATmega8535

В данном микроконтроллере АЛУ подключено непосредственно к 32-м рабочим регистрам, объединенным в регистровый файл. Благодаря этому АЛУ выполняет одну операцию (чтение содержимого регистров, выполнение операции и запись результата обратно в регистровый файл) за один машинный цикл.

В микроконтроллерах AVR реализована Гарвардская архитектура, которая характеризуется раздельной памятью программ и данных, каждая из которых имеет собственные шины доступа к ним. Такая организация позволяет работать одновременно как с памятью программ, так и с памятью данных.

Рисунок 2 - Архитектура микроконтроллера ATmega8535

Счетчик команд.

Размер счетчика команд составляет 12 разрядов. Напрямую (как регистр) счетчик команд из программы недоступен.

При нормальном выполнении программы содержимое счетчика команд автоматически увеличивается на 1 или на 2 (в зависимости от выполняемой команды) в каждом машинном цикле. Этот порядок нарушается при выполнении команд перехода, вызова и возврата из подпрограмм, а также при возникновении прерываний.

После включения питания, а также после сброса микроконтроллера в счетчик программ автоматически загружается значение $000. Как правило, по этому адресу располагается команда перехода (RJMP) к инициализационной части программы.

При возникновении прерывания в счетчик команд загружается адрес соответствующего вектора прерывания ($001. $014). Если прерывания используются в программе, по этим адресам должны размещаться команды относительного перехода к подпрограммам обработки прерываний. В противном случае основная программа может начинаться непосредственно с адреса $001.

Регистры общего назначения (РОН) микроконтроллера.

Все 32 РОН непосредственно доступны АЛУ, в отличие от микроконтроллеров других фирм. Любой РОН может использоваться во всех командах и как операнд-источник, и как операнд-приемник. Исключение составляют лишь пять арифметических и логических команд, выполняющих действия между константой и регистром (SBCI, SUBI, CPI, ANDI, ORI), а также команда загрузки константы в регистр (LDI). Эти команды могут обращаться только ко второй половине регистров (R16…R31).

Два старших регистра общего назначения формируют 16-разрядный индексный регистр Z, который используется в качестве указателя при косвенной адресации памяти программ и памяти данных. Так как объем адресуемой памяти составляет всего 32 байт, при обращении к ней используется только младший байт (регистр R30). Содержимое старшего байта индексного регистра (регистр R31) при косвенной адресации памяти данных автоматически очищается процессором.

Регистры ввода/вывода (РВВ) микроконтроллера.

Регистры ввода/вывода (РВВ) располагаются в так называемом пространстве ввода/вывода размером 64 байт. Все РВВ можно разделить на две группы: служебные регистры микроконтроллера и регистры, относящиеся к периферийным устройствам (в том числе порты ввода/вывода). Размер каждого регистра - 8 бит.

Сторожевой таймер используется для защиты от аппаратных сбоев, например, если программа перешла в бесконечный цикл.

Регистр команд содержит команду, которая выбирается из FLASH-памяти программ для выполнения.

Начальная синхронизация происходит с приходом на вход синхронизатора сигнала RESET.

4.3 Описание выводов микроконтроллера ATmega 8535

Рисунок 3 - Выводы микроконтроллера ATmega 8535

Таблица 3. Описание выводов микроконтроллера ATmega8535

Обозначение	Номер вывода	Тип вывода	Описание
			Вход тактового генератора
			Выход тактового генератора
			Вход сброса
			0-й разряд порта А (0-й вход АЦП)
			1-й разряд порта А (1-й вход АЦП)
			2-й разряд порта А (2-й вход АЦП)
			3-й разряд порта А (3-й вход АЦП)
			4-й разряд порта А (4-й вход АЦП)
			5-й разряд порта А (5-й вход АЦП)
			6-й разряд порта А (6-й вход АЦП)
			7-й разряд порта А (7-й вход АЦП)
			0-й разряд порта В (вход внешнего опорного сигнала для USART/вход внешнего тактового сигнала таймера/счетчика 0)
			1-й разряд порта В (вход внешнего тактового сигнала таймера/счетчика 1)
РВ2 (INТ2/AIN0)			2-й разряд порта В (вход внешнего прерывания 2/положительный вход компаратора)
РВЗ (OC0/AIN1)			3-й разряд порта В (выход сравнения таймера/счетчика 0/отрицательный вход компаратора)
			4-й разряд порта В (Вход выбора ведомого SPI)
			5-й разряд порта В (выход ведущего/вход ведомого SPI)
			6-й разряд порта В (вход ведущего/выход ведомого SPI)
			7-й разряд порта В (опорная частота SPI)
			0-й разряд порта C (линия опорной частоты для Two-wire Serial Bus)
			1-й разряд порта C (линия входа/выхода для Two-wire Serial Bus)
			2.5-й разряды порта C
			6-й разряд порта C (вход внешнего тактового генератора для таймера 2)
			0-й разряд порта D (вход для UART)
			1-й разряд порта D (выход для UART)
Обозначение	Номер вывода	Тип вывода	Описание
			2-й разряд порта D (вход внешнего прерывания 0)
			3-й разряд порта D (вход внешнего прерывания 1)
			4-й разряд порта D (выход сравнения A таймера/счетчика 1)
			5-й разряд порта D (выход сравнения B таймера/счетчика 1)
			6-й разряд порта D (вход захвата таймера/счетчика 1)
			7-й разряд порта D (выход сравнения таймера/счетчика 2)
			Общий вывод
			Вывод источника питания цифровой и аналоговой частей
			Вход эталонного напряжения для ЦАП

4.4 Выбор температурного датчика

В качестве датчика температуры был выбран датчик DS1621.

Основные его свойства:

· Прямое преобразование температуры в цифровой код, без дополнительных АЦП

· Возможность передачи данных через одно-, двух - проводной интерфейс

· Возможность адресации нескольких датчиков на одной шине

· Заводская калибровка и встроенная коррекция нелинейности, не нужно дополнительной подстройки

· Широкий диапазон измерения температуры (-55 … +125°С)

· Высокое быстродействие (время преобразования от 0.5 до 2 с)

· защита от агрессивной среды

4.5 Выбор датчика влажности

В качестве датчика влажности был выбран HIH 4000-003. Он обеспечивает широкий диапазон измерений, высокую надежность и низкую стоимость. Возможно прямое подключение к АЦП микроконтроллера благодаря стандартному размаху выходного сигнала (от 1.0 до 4.0 В).

4.6 Выбор средств индикации

В системе нам необходимо визуально отображать текущую температуру в теплице и выбранный режим работы.

Для этого будем использовать семисегментные индикаторы. Можно предположить, что возникнет такая ситуация, когда в теплице будет отрицательная температура, поэтому для визуализации текущей температуры возьмем трехразрядный семисегментный индикатор. Основных рабочих режимов у нас пять, поэтому для отображения рабочего режима используем одноразрядный семисегментный индикатор. Будем использовать индикаторы BA56-12 и LDD3051.

4.7 Выбор ключевых элементов

В качестве ключевых элементов выберем симистор, который как раз и предназначен для коммутации нагрузки на переменном токе. Так как коммутируем мы силовую высоковольтную цепь, 220 вольт, а контроллер у нас низковольтный, работает на пять вольт.

Поэтому во избежание эксцессов нужно произвести потенциальную развязку. То есть сделать так, чтобы между высоковольтной и низковольтной частью не было прямого электрического соединения.

Например, сделать оптическое разделение. Для этого существует специальная сборка - симисторный оптодрайвер MOC3041. В качестве симистора взят ВТ 139.

4.8 Выбор исполнительных устройств

В системе микропроцессор должен управлять открытием двери/фрамуг, поливом и обогреванием теплицы.

Для полива будем использовать капельную систему. Электромагнитный клапан предназначен для включения или выключения подачи жидкости, а так же для подачи горячей воды в трубы при отоплении теплицы, при подаче на него соответствующего электрического сигнала. Будем использовать клапан 2W21.

Для проветривания теплицы необходимо на дверь, боковую фрамугу и фрамугу в крыше поставить 3 мотор-редуктора, для открытия или закрытия фрамуг. Будем использовать IG32p-02.

4.9 Выбор дополнительных элементов

Для питания микропроцессора от сети 220 В необходима схема согласования, так как процессор питается от постоянного напряжения в 5В. Будем использовать трансформатор понижающий Б3800.

В качестве диодного моста будем использовать схему DB157.

В качестве стабилизатора напряжения будем использовать LM340K-5.

В схеме необходимо использовать 5 транзисторов в ключевом режиме для управления семисегментными индикаторами. Выберем транзистор КТ315. Для установки и выбора режима нам не обходимы пять кнопочных переключателей. Для этой цели будем использовать переключатели MPS-5802.

4.10 Разработка функциональной схемы

Температурный датчик работает по интерфейсу i2с, который поддерживает микроконтроллер, поэтому дополнительных средств согласования и управления не требуется. Обмен информацией поддерживается программно через выходы РС0, РС1, а при подключении датчика необходимо только поставить 2 резистора по 1кОм. У датчика влажности выход аналоговый, поэтому нужно использовать АЦП, который встроен в Atmega 8535, используя РА2. Передача поддерживается программно. Кнопки управления и ключевые элементы подключаются к порту В, а порт D используется для семисегментной индикации.

5. Описание работы принципиальной схемы

Питание нашей системы будет от стандартной сети 220В, 50 Гц. Будем использовать следующую схему: трансформатор понижает переменное сетевое напряжение до 12 В. Диодный мост VD1…4 выпрямляет сетевое напряжение. Интегральный диодный мост выбранного типа DB157 коммутирует токи до 1 А. В качестве стабилизатора напряжения включена микросхема интегрального стабилизатора U1 - LM340K-5.

Данные с датчика температуры считывается микропроцессором по интерфейсу I2C, а данные с датчика влажности - через АЦП. Переключение каналов АЦП, обработка данных с датчиков температуры, выработка сигналов на исполнительные устройства, вывод информации на устройство индикации осуществляется программно с помощью соответствующих средств микроконтроллера.

Для вывода визуальной информации об установленной влажности и температуре в теплице используем трехразрядный и двухразрядный семисегментные светодиодные индикаторы.

Принцип индикации следующий. Каждую 16 мс загорается одна цифра индикаторов. Для определения номера цифры в программе микроконтроллера есть счетчик (указатель индикатора), который считает от 0 до 2. Восьмиразрядный таймер счетчик запрограммирован так, что через каждые 16 миллисекунд возникает прерывание. Таким образом, каждые 16 миллисекунд горит одна цифра. В следующую миллисекунду загорается следующая цифра, а эта гаснет. Глаз же человека воспринимает это так, как будто горят одновременно все цифры.

При включении питания микроконтроллер принимает сигнал RESET, который определяет начальную синхронизацию встроенного калибруемого генератора. Узел программирования получает сигналы синхронизации от синхронизатора и управляет работой счетчика команд и FLASH-памятью программ.

Регистр команд содержит команду, которая выбирается из FLASH-памяти программ для выполнения. Дешифратор команд по коду операции определяет, какая команда должна выполняться. Далее происходит последовательная выборка и исполнение команд в соответствии с алгоритмом работы.

При нажатии на кнопки управления происходит прерывание и управление предается соответствующему обработчику прерывания, где по алгоритму происходит установка нужного режима.

Таблица 16. Подключение устройств к портам микроконтроллера Atmega8535

№ вывода	Порт: разряд	Подключенное устройство
		Кнопка "режим 1"
		Кнопка "режим 2"
		Кнопка "режим 3"
		Кнопка "режим 4"
		Кнопка "режим 5"
		датчик влажности
		симистор управления клапаном для воды
		младшая цифра двухразрядного индикатора
		первая цифра трехразрядного индикатора
		симистор для обогрева теплицы
		симистор для управления ФК
		симистор для управления ФБ
		симистор для управления дверью
		вторая цифра трехразрядного индикатора
		третья цифра трехразрядного индикатора
		Температурный датчик
		Температурный датчик
		Сегмент индикатора (выход)
		Сегмент индикатора (выход)
		Сегмент индикатора (выход)
		Сегмент индикатора (выход)
		Сегмент индикатора (выход)
		Сегмент индикатора (выход)
		Сегмент индикатора (выход)
		старшая цифра двухразрядного индикатора

6. Программное обеспечение для микроконтроллера

Писать программу для микроконтроллера будем на языке С, так как такая программа более проста в написании, наглядна и не требует специфических знаний ассемблера и особенностей данного микроконтроллера. Программировать будем в CodeVisionAVR. Эта программа бесплатна, создана специально для работы с микроконтроллерами AVR, есть библиотеки для каждого микроконтроллера (в том числе и для Atmega8535), а также есть инструмент начального создания кода. С помощью этого инструмента мы можем настроить порты ввода/вывода, настроить работу по интерфейсу I2C, а также таймер и АЦП преобразователь.

Четыре процедуры являются стандартными: main, read_adc, ds1621_temperature_10 (0), timer0_ovf_isr.

· read_adc - процедура для считывания данных с датчика влажности, поддерживает связь с АЦП.

· ds1621_temperature_10 (0) - стандартная процедура для обмена с датчиком ds1621 по интерфейсу i2c.

· timer0_ovf_isr - прерывание таймера по переполнению. Позволяет отображать режим и температуру на семисегментных индикаторах таким образом, чтобы не возникало мерцаний и пропадений цифр с индикатора.

· main - главная процедура, в нее входит пользовательские процедуры:

· zapoln - процедура, осуществляющая запоминание критических параметров по выбранному режиму.

· indik, otobr_chif - процедуры для отображения данных на семисегментных индикаторах, подавая на выводы A-G и транзисторные ключи соответствующие сигналы.

Заключение

Разработанная микропроцессорная система управления микроклиматом в теплице полностью удовлетворяет поставленным требованиям. Осуществляется мониторинг и индикация температуры и влажности, в соответствии с выбранным режимом работы происходит управление фрамугами, капельным поливом и нагревателем.

Результаты моделирования на персональном компьютере показали, разработанная микропроцессорная система функционирует правильно и выполняет возложенные на нее задачи.

Библиографический список

1) Баранов В.Н. Применение микроконтроллеров AVR: схемы, алгоритмы, программы. - М. Ж Издательский дом "Додэка XXI", 2004

2) Тигранян Р.Э. Микроклимат. Электронные системы обеспечения. - ИП. Радиософт, 2005

3) Гребнев В.В. Микроконтроллеры семейства AVR фирмы Atmel. - М.: ИП РадиоСофт, 2002 - 176с.

4) Datasheet: Atmel 8-bit AVR Microcontroller

5) Datasheet: BT 139 Series.

6) Datasheet: LM340 Series.

7) http://www.teplitsa-urojay.ru/rasta/ogurtsy/

8) http://www.zooclub.ru/flora/rouse/14. shtml

9) http://www.greeninfo.ru/vegetables/capsicum_annuum.html/Article/_/aID/3354

10) http://www.sadovod. spb.ru/TextShablon. php? LinkPage=222

11) attachment: /26/ds1621. htm

12) attachment: /15/6. htm

13) http://easyelectronics.ru/

14) http://www.superfilter.ru/manual. htm

15) http://www.ruselectric.ru/info/shop/transformatori/2084

16) http://www.chip-dip.ru/product0/874599444. aspx

17) http://www.elfa. lv/cgi-bin/index. cgi? artnr=73-092-06&lng=rus

18) http://clip2net.com/u/the_ghost/rezus/page-62729-mos3041/

19) http://catalog.compel.ru/triac/info/BT139-600.127%20 (NXP)

20) http://www.pcports.ru/articles/avr4. php

21) http://www.gaw.ru/

Приложения

Приложение А

Листинг программы для микроконтроллера

/*****************************************************

Chip type: Atmega8535

Program type: Application

AVR Core Clock frequency: 1,000000 MHz

Memory model: Small

External RAM size: 0

Data Stack size: 128

*****************************************************/

#include

#include

// I2C Bus functions

Equ __i2c_port=0x15; PORTC

Equ __sda_bit=1

Equ __scl_bit=0

#include

// DS1621 Thermometer/Thermostat functions

#include

#define ADC_VREF_TYPE 0x20

// объявление глобальных переменных

int temp_v,T_max,T_min,buf;

unsigned char V,V_max,V_min;

unsigned char rezim,pr;

// процедура отображение цифры на одном из разряде

void otobr_chif (int buf)

{case 0: PORTD=0xbb;

case 1: PORTD=0x82;

case 2: PORTD=0x3e;

case 3: PORTD=0xae;

case 4: PORTD=0x87;

case 5: PORTD=0xad;

case 6: PORTD=0xbd;

case 7: PORTD=0x22;

case 8: PORTD=0xbf;

case 9: PORTD=0xaf;

// процедура индикации температуры и режима

void indik (void)

// отображение температуры

// отображение знака

if (temp_v<0) {PORTB.1=1;

else {PORTB.1=0; }

// отображение младшей цифры

otobr_chif (buf);

// вывод старшей цифры

buf=temp_v %100;

otobr_chif (buf);

// отображение младшей цифры влажности

otobr_chif (buf);

// вывод старшей цифры влажности

otobr_chif (buf);

// функция выполнения задержки и поддержания индикации

// minut - количество времени по 15 минут

void delay_my (unsigned char minut)

{unsigned char j;

for (j=1; j<=minut; j++)

{for (i=1; i<=10000; i++) {

// считывание с АЦП

unsigned char read_adc (unsigned char adc_input)

ADMUX=adc_input | (ADC_VREF_TYPE & 0xff);

// Delay needed for the stabilization of the ADC input voltage

// Start the AD conversion

// Wait for the AD conversion to complete

while ((ADCSRA & 0x10) ==0);

// процедура заполнения значений max min температуры и влажности

void zapoln (unsigned char rezim)

{ switch (rezim)

{case 1: T_max=22;

case 2: T_max=23;

case 3: T_max=21;

case 4: T_max=24;

case 5: T_max=30;

default: break; }}

// функция работы с термодатчиком

void izm_temp (int temp_v)

// считываем температуру

ds1621_start (0);

temp_v=ds1621_temperature_10 (0);

// температурный датчик переводим в режим пониженного энергопотребления

ds1621_stop (0);

// сравниваем с нормой

if (temp_v>T_max) { // охлаждение теплицы

if (PINB.5==0) {PORTB.5=1; }

else if (PINB.3==0) {PORTB.3=1; }

else {if (rezim==1) {PORTB.4=1; }

if (rezim==5) {PORTB.4=1; }} }

if (temp_v

if (PINB.4==1) {PORTB.4=0; }

else if (PINB.3==1) {PORTB.3=0; }

else if (PINB.5==1) {PORTB.5=0; }

else { PINB.2=1;

delay_my (2); // задержка на 30 минут

// функция прерывания таймера по переполнению

interrupt void timer0_ovf_isr (void)

void main (void)

// инициализация портов

// Port A initialization

// Port B initialization

// Port C initialization

// инициализация таймера 0; частота работы 15,625 КГц

// Analog Comparator initialization

// Analog Comparator: Off

// Analog Comparator Input Capture by Timer/Counter 1: Off

// ADC initialization

// ADC Clock frequency: 500,000 kHz

// ADC Voltage Reference: AREF pin

// ADC High Speed Mode: Off

// ADC Auto Trigger Source: ADC Stopped

// Only the 8 most significant bits of

// the AD conversion result are used

ADMUX=ADC_VREF_TYPE & 0xff;

// инициализация порта i2c

// инициализация термодатчика

ds1621_init (1,0,0,0); // адрес термодатчика 1

// проверяем нажата ли клавиша выбора режима

if (PINA.0==1) {rezim=1; }

if (PINA.1==1) {rezim=2; }

if (PINA.2==1) {rezim=3; }

if (PINA.3==1) {rezim=4; }

if (PINA.4==1) {rezim=5; }

if (rezim! =0) {

// если нет, то считываем температуру

izm_temp (temp_v);

// считываем влажность

if (V

// полив для помидор и перца

if (pr==1) {while (V

for (i=1; i<=900; i++) delay_ms (1000);

// считываем влажность

else { PORTA.6=1;

delay_my (1); // задержка в 15 минут

// задержка на 30 минут

Подобные документы

Обзор системы управления микроклиматом FC-403-65. Разработка структурной схемы системы управления температурным режимом теплицы. Выбор датчиков и исполнительных механизмов, принципиальная схема их подключения. Разработка инструкций по эксплуатации.

дипломная работа , добавлен 10.04.2017


Разработка структурной схемы системы контроля микроклимата теплицы. Формирование выходных сигналов для запуска исполнительных устройств проветривания, нагрева, полива. Выбор температурного датчика. Пульт управления и устройство визуальной индикации.

курсовая работа , добавлен 25.03.2015


Требования к микропроцессорной системе управления. Построение систем управления 6-фазным ТВШД на микропроцессорной логике. Алгоритм работы микропроцессорной СУ ТВШД. Режим форсировки (стабилизация тока) с помощью ШИМ, которая реализована программно.

реферат , добавлен 07.04.2017


Назначение и структура автоматизированной системы, её программное обеспечение и алгоритм функционирования. Анализ систем отопления, вентиляции и кондиционирования как объекта управления. Этапы разработки математической модели теплового режима помещений.

курсовая работа , добавлен 10.11.2014


Алгоритм работы микропроцессорной системы управления барокамерой. Подпрограмма контроля температуры. Разработка схемы сопряжения для подключения датчика уровня воды. Подключение светодиодов "Нагрев" и "Низкий уровень воды". Разработка блока питания МПС.

курсовая работа , добавлен 28.05.2012


Описание алгоритма работы и разработка структурной схемы микропроцессорной системы управления. Разработка принципиальной схемы. Подключение микроконтроллера, ввод цифровых и аналоговых сигналов. Разработка блок-схемы алгоритма главной программы.

курсовая работа , добавлен 26.06.2016


Функциональная схема микропроцессорной системы управления, алгоритм ее работы. Инициализация микроконтроллера и листинг соответствующей программы. Преобразование напряжения от датчика температуры. Обработка прерываний. Расчет электрических параметров.

дипломная работа , добавлен 23.05.2012


Разработка системы управления ультразвуковым локатором автомобильной системы безопасности. Структурная схема микропроцессорной системы: пояснения и алгоритм функционирования, выполняющий поставленную задачу. Код и листинг программы, ее быстродействие.

курсовая работа , добавлен 30.11.2011


Проект структурной схемы микропроцессорной системы управления. Блок-схема алгоритма работы МПС; создание программы, обеспечивающей его выполнение. Распределение области памяти под оперативное и постоянное запоминающие устройства. Оценка ёмкости ПЗУ и ОЗУ.

курсовая работа , добавлен 21.05.2015


Разработка принципиальных схем блоков чтения информации с датчиков. Сопряжение с цифровыми и аналоговыми датчиками. Алгоритм работы блока чтения информации с цифровых датчиков. Расчет электрических параметров микропроцессорной системы управления.

Выращивание в промышленных масштабах тепличной сельхозпродукции в условиях искусственного климата представляет собой непростую технологическую задачу. На урожайность и качество продукции влияет множество факторов. Это температурный режим, освещение, полив, распыление химических реагентов, проветривание. Предлагаемая статья знакомит читателей с работой системы автоматики на базе приборов ОВЕН в тепличном хозяйстве «Нефтекамский».

Отопление теплиц в условиях российского климата - дело не дешевое - энергозатраты на содержание в зимний период значительно превышают затраты на отопление жилых зданий. Поэтому при постройке теплиц весьма актуальны проектировочные решения, позволяющие снизить энергопотребление. В этом вопросе основное место отводится современному автоматическому оборудованию. Для создания оптимальных условий выращивания овощей круглый год в тепличном комбинате «Нефтекамский» была разработана и внедрена в эксплуатацию система автоматизированного регулирования микроклимата теплицы (САР МТ).

Тепло, как летом

Оборудование для отопления теплицы включает в себя систему подогрева воздуха и грунта. Прогрев почвы сельскохозяйственных культур уменьшает срок вегетации растений за счет равномерного развития корневой системы (в среднем на две-три недели) и повышает урожайность (на 35-45 %). Сейчас самыми распространенными являются водяные системы, которые обеспечивают равномерное распределение тепла, что положительно сказывается на росте растений. Схема проста - теплоноситель (вода) нагревается в отопительном котле и с помощью циркуляционного насоса прокачивается по системе трубопроводов через трубные радиаторы, отдавая тепло воздуху и почве. Для наиболее эффективного обогрева всего объема теплицы стальные трубы могут быть размещены в нескольких ярусах. В нефтекамских теплицах - два яруса. Нижний - для прогрева грунта - расположен на уровне почвы между рядами растений (шаг укладки труб определяется теплотехническим расчетом и составляет 20-30 см). Верхний - под покрытием. Важно, чтобы была возможность раздельной регуляции отопительных приборов в разных ярусах. Температура теплоносителя в системе подогрева грунта составляет около 40 °С (чтобы не пересушить корневую систему).

Возможности регулировки

Обеспечить теплицу теплом - это полдела, его еще нужно точно дозировать. Температура внутреннего воздуха в теплице должна изменяться в зависимости от культурооборота и вида овощей, а для одних и тех же овощей - в процессе роста и созревания в зависимости от времени суток. Для огурцов, например, температура воздуха в ночное время (около 18 °С) должна быть ниже, чем в дневное время (около 22 °С). Температура корнеобитаемого слоя почвы должна равняться температуре воздуха (или быть несколько выше).

Контролирование микроклимата наиболее эффективно с использованием электронных устройств, обеспечивающих управление температурой. Регуляция осуществляется несколькими способами - например, автоматическим открытием фрамуг, закрытием термостатов, снижением скорости работы циркуляционных насосов. С внедрением автоматизированной системы на комбинате «Нефтекамский» была проведена работа по разделению контуров обогрева на нижний и верхний. В качестве регулирующих органов были использованы имеющиеся трехходовые регулирующие клапаны. Для создания однородного температурного поля в каждом контуре обогрева установлены циркуляционные насосы TP100 фирмы GRUNDFOS.

Распределенная система управления

Распределенная система управления представляет собой двухуровневую сетевую структуру. Структурная схема САР МТ представлена на рис. 1.

Первый уровень объединяет программируемые контроллеры ОВЕН ПЛК100 (по одному на каждую теплицу) с контроллером верхнего уровня (ПЛК100), операторской станцией и модулями дискретного ввода/вывода ОВЕН МДВВ по сети Ethernet. К процессорным модулям можно подключать различные внешние периферийные устройства по последовательному интерфейсу RS-485/RS-232.

Подобная структура обеспечивает большие коммуникационные возможности, позволяющие с помощью стандартных интерфейсов и протоколов подключиться к управляющему устройству верхнего уровня. Второй уровень АСУ реализован на основе модулей ввода/вывода ОВЕН МВА8, операторской панели ОВЕН ИП320, датчиков температуры, других устройств и интерфейса RS-485/RS-232. Полевая сеть построена с несколькими линиями передачи данных.

Операторская станция получает данные с контроллеров по сети Ethernet для ведения журнала событий с регистрацией реального времени, сбоях и нештатных ситуациях. На компьютере отображаются все контролируемые параметры теплицы, задаются новые уставки для регуляторов и фрамуг. В качестве OPC-клиента используется SCADA-система. В рамках системы выполнены все задачи по архивации, сигнализации, протоколированию и организации человеко-машинного интерфейса.

Для обмена данными между контроллерами удобным оказался механизм сетевых переменных, благодаря которым оператор, находясь в удаленной теплице, может видеть на панели оператора ИП320 температуру и влажность наружного воздуха, направление и скорость ветра. Датчики, измеряющие эти физические величины, подключены к ПЛК верхнего уровня и доступны всем контроллерам первого уровня посредством простого и быстрого доступа к сетевым переменным.

Контроллер верхнего уровня обеспечивает работу всего тепличного комбината (без учета особенностей каждой теплицы): регулирует температуру и влажность с учетом состояния наружного воздуха, скорости и направления ветра, а также контролирует температуру и давление теплоносителя на входе и выходе.

В контроллерах теплицы решаются задачи автоматического регулирования температуры по двум контурам обогрева, управления циркуляционными насосами и приводами фрамуг, включением/выключением освещения. В теплице применяется двойная регулировка: один термостат установлен на поверхности пола, второй - в верхней точке, под коньком крыши. Щит управления со встроенными ПЛК100 и панелью оператора ИП320 находится в непосредственной близости от входа в теплицу.

Ввод аналоговых сигналов температуры, влажности, указателей положения регулирующих клапанов и фрамуг осуществлялся с помощью модулей МВА8. Для ввода сигналов состояния оборудования и вывода управляющих сигналов используются каналы контроллера ПЛК100, а также каналы модуля МДВВ. Удобной оказалась и панель оператора ИП320. В результате приобретенного опыта ее эксплуатации пришло решение продублировать на ней все функции местного управления, реализованные с помощью традиционных кнопочных постов.

Развитие проекта носит эволюционный характер

В настоящее время отработаны базовые схемы, обеспечивающие хорошее качество, быстродействие и надежность автоматизированной системы. В дальнейшем алгоритмы и решения будут усложняться для повышения качественных показателей САР МТ. Эта задача решаема - потенциал, заложенный в оборудовании ОВЕН, позволяет на это рассчитывать. Сейчас, например, решается проблема тепловой инерционности теплицы, создаваемой из-за неравномерности температурного поля, зависящего от направления и скорости ветра. Для этого к существующей системе двухконтурного обогрева необходимо будет добавить регулируемые тепловые контуры боковины и торца теплицы.

Отдельная задача - это контроль работы привода фрамуг, которые являются важной и ответственной частью тепличного хозяйства. Механизм привода представляет собой распределенную кинематическую схему, состоящую из электроприводов, валов, редукторов, реечных механизмов. При наличии множества механических сочленений, рассредоточенных под поверхностью прозрачного шатра теплицы, в них нередко появляются повреждения. Из-за этого возникают проблемы автоматического управления. А иметь достоверную информацию работы всех элементов привода фрамуг очень важно.

Заключение

На комбинате «Нефтекамский» с минимальными затратами была создана простая в эксплуатации, надежная, с хорошими рабочими характеристиками система. Анализируя данные, автоматика устанавливает такой климат в теплицах, что смена погоды не оказывает негативного воздействия на растения. Система позволяет снизить издержки при выращивании овощей, экономить энергоресурсы, минимизировать влияние человеческого фактора.

Технологические требования к микроклимату в помещениях. Для нормального течения физиологических процессов в организме животных и птицы необходим чистый воздух в помещении по своим физико-химическим свойствам, близкий к атмосферному.

Крупный рогатый скот, содержащийся в помещениях с нерегулируемым микроклиматом, снижает продуктивность. У молочных коров при температуре выше 23 ос уменьшается УДОЙ, выше 26 ос - содержание жира в молоке, у жи­вотных учащается пульс и дыхание, затрудняется теплоотдача. С понижением температуры до минус 5 ос потребление кормов увеличивается в 1,5-2 раза.

Повышенная влажность воздуха также отрицательно сказывается на продуктивности. Установлено, что при повышении влажности на каж­дые 5% выше 85% у высокопродуктивных коров суточный удой уменьшается на 1,22-1,43 кг. Влияние температуры и влажности воздуха может усиливаться или ослабляться в зависимости от скорости воздуха.

Высокая влажность и повышенная концентрация вредных газов в Поме­щениях снижают резистивность организма. Животные чаще заболевают ту­беркулезом, стригущим лишаем и др.

Молодняк особенно чувствителен к условиям микроклимата. Резкие ко­лебания температуры, сквозняки и сырость в телятниках и родильных отде­лениях животноводческих ферм вызывают большую смертность телят, осо­бенно в первые недели жизни. При температуре выше 25 ос снижаются при­весы, замедляется рост и развитие молодняка. Влажность в помещениях 90% и выше предрасполагает телят к заболеванию легких.

В одинаковых условиях кормления, но при пониженной температуре, высокой влажности и большой скорости движения воздуха привесы молод­няка снижаются на 15-20%.

Температура воздуха в помещении - важнейший фактор, определяю­щий физиологическое состояние свиней. При снижении температуры в сви­нарниках на 8-1О о С ниже оптимальной, среднесуточные привесы откормоч­ного поголовья уменьшаются на 40-60 г, а расход корма повышается на0,3-0,5 корм. ед. Неблагоприятна для взрослых свиней и высокая температу­ра. Если в помещении выше 21 о с, снижается темп роста, а выше 32 о с ­

животные резко худеют. Поэтому летом, особенно в жаркие дни, следует ув­лажнять полы и кожный покров свиней, усиливать в помещении скорость движения воздуха дополнительным вентилятором. Поросята, наоборот, очень нуждаются в тепле. В первую неделю их жизни температура должна поддер­живаться на уровне плюс 30 о с, ВО вторую - плюс 26 о с, в третью - плюс24 о с, в четвертую - плюс 22 о с.

Если не соблюдать правильный температурный режим в промышленных комплексах на 100 тысяч откармливаемых свиней в год, потери могут дости­гать 12-15 т в сутки, что составляет ежегодно более 4 000 т мяса.

Другой параметр микроклимата - влажность воздуха. Зимой при содержа­нии в неблагоприятных сырых помещениях свиньи заболевают бронхитами, вос­палением легких, мышечным ревматизмом, расстройством пищеварения, осо­бенно страдают молодые и ослабленные животные. При большой влажности воздуха в свинарниках увеличивается число патогенных микроорганизмов, гриб­ков, плесени. Поверхность тела свиней бывает мокрой и грязной.

Очень важно соотношение между температурой воздуха в помещении и скоростью его движения. Воздух одной и той же температуры ощущается хо­лодным, если он движется со скоростью более 1 м/с и нормальным при ско­рости движения 0,2-0,25 м/с.

В помещениях для свиней содержание в воздухе углекислоты, аммиака,

сероводорода не должно превышать максимально допустимых концентраций. Птица отличается от животных более интенсивным обменом веществ.

Цыплята на 1 -кг массы выделяют теплоты и поглощают кислорода примерно в 5-6 раз больше, чем крупный рогатый скот. В помещениях с неудовлетворительным микроклиматом привесы бройлеров уменьшаются на 6-7%, возникают заболевания органов дыхания, зрения, сердца, печени, крови и птица гибнет. Продуктивность кур снижается до 40-50%, расход кормов на единицу продукции повышается на 30-40%, за­болеваемость, особенно молодняка, увеличивается в 3-4 раза.

Благоприятное или неблагоприятное действие температуры на орга­низм зависит от ее интенсивности, длительности, а также от сочетания с другими факторами внешней среды.

При клеточном содержании кур в птицеводческих хозяйствах на про­мышленной основе особенно нежелательны резкие колебания температуры.

Источником повышения влажности в птичниках являются: легочное ды­хание птицы, испарение влаги с поверхности поилок, мокрого пола, корму­шек и других конструкций помещения.

Поскольку влажность воздуха как фактор микроклимата неразрывно связана с температурой и движением воздуха, то и влажность в птичниках может повышаться или понижаться. С повышением влажности воздуха испа­рение влаги органами дыхания птицы уменьшается. Кроме того, влага, на­сыщая воздух птичника, изменяет его теплоемкость и теплопроводность.

Высокая влажность воздуха в птичнике способствует снижению перева­риваемости питательных веществ корма, понижению отложения азота и уменьшению содержания гемоглобина в крови. Поэтому пребывание птицы в помещениях с высокой влажностью и низкой температурой часто вызывает простудные заболевания. При высокой влажности и температуре теплоотдача у птиц сильно затруднена, вследствие чего наступает перегревание организма и тепловой удар.

Воздух влажностью 50% считается сухим, вызывает раздражение слизи­стых оболочек дыхательных путей и глаз птицы, повышает хрупкость пера, усиливает потерю влаги организмом.

Синтез системы управления микроклимата в животноводческих помещениях и птичниках

К системам вентиляции предъявляются определенные требования - они должны создавать в различные периоды года, необходимый воздухообмен на единицу живой массы, животных (птицы) и обеспечивать равномерное распределение и циркуляцию воздуха внутри помещения, чтобы не было мест застоя и скопления влажного запрещенного воздуха («мертвых зон»).

Режимы работы вентиляционно-отопительного оборудования на протяжении всего года принято условно делить на три периода.

Холодный период охватывает сезон, когда вследствие низкой температуры наружного воздуха, тепла, вырабатываемого животными и птицей, не хватает для поддержания в помещениях необходимой температуры воздуха. С целью экономии тепла воздухообмен должен быть минимальным. Вследствие низкого влагосодержания холодного наружного воздуха в помещении наблюдается малая относительная, влажность. Воздухообмен определяется по условию удаления углекислоты, и лишь при небольших холодах - избытков влаги.

Переходный период охватывает весенний и осенний сезоны, в течение которых относительная влажность воздуха увеличивается по сравнению с холодным периодом. Температура принимает значение в промежутках от 0 до плюс 10°С. В этот период в зависимости от вида и возраста животных и птицы может наблюдаться как дефицит, так и избыток тепла, следовательно, действие дополнительного обогрева может иметь как регулярный, так и непостоянный характер, или отопительная система может не использоваться вовсе. Вследствие увеличенного влагосодержания наружного воздуха воздухообмен в переходный период определяется из условий удаления избыточной влаги или излишков тепла.

Теплый период соответствует летнему сезону, когда помещение не требует дополнительного обогрева, а, наоборот, в таких помещениях образуются излишки тепла, которые необходимо удалять при помощи резкого увеличения воздухообмена.

В дополнение к сказанному в таблице 11 приведены данные по воздухообмену в птичнике на 12 тысяч кур несушек.

Из чего следует, что при температуре наружного воздуха ниже 0 °С воздухообмен в животноводческих помещениях и птичниках минимальный, постоянный и определяется из условий удаления углекислоты. В переходный период воздухообмен плавно увеличивается и в начале периода определяется из условий удаления влаги, а в конце - из условий удаления тепла. В теплый период года воздухообмен резко увеличивается и определяется по температурному режиму внутри помещений. Так, увеличение воздухообмена для птичников по сравнению с зимним периодом 6-8. кратное, для свинарников 2,5-3 кратное.

Исходя из вышесказанного, оптимальная по технологическим и экономическим критериям будет являться САУ, представленная на рисунке 22, где воздухообмен в помещениях обеспечивается: в зимний период посредством датчика QE и регулирующего прибораQ C концентрации СО 2 в помещениях; в переходный период посредством датчикаME и регулирующим приборомMC влажности воздуха и в летний период посредством датчикаТЕ и регулирующего прибора температурыТС .

Рисунок 22 – САУ микроклимата

Способ регулирования (позиционное или непрерывное) определяется:

– технологическими требованиями к качеству регулирования;

– динамическими характеристиками ОУ;

– типом управляющего; устройства, допускающим позиционное или плавное управление регулирующим органом (РО).

Позиционные регуляторы являются наиболее простыми и удобными, поэтому им отдается предпочтение в случаях, если они удовлетворяют качеству регулирования.

Комплекты вентиляционного оборудования «Климат-2» и «Климат-З»

предназначены для систем воздушного обогрева и вентиляции жи­вотноводческих и птицеводческих помещений.

В состав комплекта оборудования входят две приточные отопительные вентиляционно-увлажнительные установки ПОВУ А 76-8 (ПОВУ А 76-1 О) или две приточные отопительно-вентиляционных установки ПОВА76-8 (по­ВА76-10) регулирующие клапаны (только для «Климат») 25ч931нж с приво­дом от электрического исполнительного механизма ПР-IМ для автоматиза­ции регулирования подачи воды в водяные калориферы.

Водяные калориферы подбирают по пpoeкту системы регулирования мик­роклимата конкретного помещения.

Калорифер от замерзания защищают входящим в комплект датчиком ТУ-Э-2 с пределами регулирования от О до 100 ос. Датчик монтируют на трубопроводе обратной воды. Наружный воздух проходит последователь­но секцию нагрева, жалюзийный клапан и увлажнитель. На нагнетании вентилятора установлен каплеуловитель.

Увлажнение воздуха осуществляется путем распыления воды, подавае­мой из напорного бака самотёком через электромагнитный клапан СВМ-25 на диск, приводимый во вращение с частотой 3000 мин -1.

Вентиляционные установки оснащены трёхскоростными электродвигате­лями обеспечивающими изменение воздухопроизводительности.

Частота вращения вентиляторов автоматически устанавливается про­порционально температуре в венmлируемом помещении, причем устрой­ство ТСУ-2-КЛ-УЗ

«Климатика-l» обеспечивает плавное регулирование вы­ходного напряжения в диапазоне

Комбинированные приmочно-вытяжные, установки ПВУ-М объеди­няют в одной конструкции систему удаления загрязненного и систему подог­рева и подачи в помещение чистого воздуха.

Основой конструкции ПВУ -М (рис. 4.77) является вентилятор с рабочим колесом 2, имеющим два ряда лопаток. Внутренние" лопатки обеспечивают удаление загрязненного воздуха по внутреннему воздуховоду 3 (вытяжной ка­нал), а наружные-подачу в помещение наружного воздуха по кольцевому ка­налу между корпусом 5 и внутренним воздуховодом 3 (приточный канал).

Требуемая температура приточного воздуха обеспечивается теплообме­ном между удаляемым и приточным воздухом через гофрированную стенку внутpeннeгo воздуховода и за счет включения электродвигателей 4. Если этого оказывается недостаточно - включается рециркуляция, т.е. подмешивание удаляемого воздуха к нагнетательному в помещение. Рециркуляция осуществ­ляется через клапаны в теле вытяжного воздуховода, причем количество ре­циркуляционного воздуха может устанавливаться в диапазоне - 0-50% с по­мощью специального механизма.

Приточно-вытяжная установка состоит из секций: воздухораспределения, электронагревателей, промежуточных и оголовка.

Секция воздухораспределения (для обслуживания может откидываться на специальных шарнирах) имеет в нижней части 8 каналов распределения при­точного воздуха в радиальном направлении, причем сечение этих каналов мо­жет изменяться с помощью поворотных заслонок.

В корпусе секции электронагревателей, кроме смесительных клапанов и шести электронагревателей, находится флажковый выключатель, отключаю­щий питание нагревателей при выходе из строя вентилятора.

Теплицы, пусть даже архаичные, предельно простые, – отличное место, где человек может почувствовать себя творцом, проявить смекалку, испытать яркие эмоции, укрепить здоровье и вырастить для своей семьи экологически чистые овощи и зелень. Но подходить к тепличному выращиванию овощей и зелени нужно серьезно, применяя научный подход, современные знания, используя доступное оборудование.

Полная система управления микроклиматом в теплице

Управлять микроклиматом теплицы не так просто. Прочное, надежно сконструированное сооружение теплицы – это только начало.

Необходимо создать в ней микроклимат, компонентами которого являются:

• Освещенность теплицы;
• Температура;
• Влажность почвы и воздуха;
• Состав и состояние воздушной среды и почвы.

От интенсивности естественного света, выбранного покрывного материала, степени его прозрачности зависит сила освещенности растений. Теплицу, в которой не установлена автоматическая вентиляционная система, надо затенять, оборудовать под лиственными деревьями, но учитывать, что она должна ежедневно в течение 4 часов освещаться прямыми солнечными лучами. Для дополнительного освещения приобретается осветительная система.

Обычно это светильники, подвешиваемые под потолком. В теплице надо поддерживать высокую температуру. Промерзший грунт непригоден к использованию, он должен быть теплым.

Поэтому для обогрева теплицы нужны печи, отапливаемые углем или дровами, или газовые обогреватели, электрический подогрев. Перед тем как установить в теплице обогревательную систему, определяется, какое количество тепла необходимо, учитывается разница температур между воздухом внутри теплицы и снаружи, подбирается тип системы обогрева. Необходимо постараться сохранить тепло, которое исходило от естественного очага – солнца. Для этого используются солнечная стена, водяной бак. Экономичными являются недорогие водяной и гравийный тепловые аккумуляторы. Температура в теплице зависит от погоды, времени суток, материала, из которого она сооружена. Воздух в пленочных теплицах охлаждается быстрее, чем в остекленных.

Самым качественным и экономичным покрытием, хорошо сохраняющим тепло, является сотовый поликарбонат, который может служить долгое время.

• Гибок;
• Легок;
• Прочен.

Но в любой теплице необходимо следить за тем, чтобы температура воздуха была выше наружной. Так как теплица – это закрытая конструкция, для растущих в ней культур важна влажность, как почвы, так и воздуха. Чем выше процент содержания влаги, тем значительнее количество микрочастиц воды.

В теплице полезно установить гигрометр, прибор, показывающий изменение уровня относительной влажности воздуха. Надо не забывать, что высокий уровень влажности приводит к появлению микроорганизмов, наносящих вред растениям. Разного вида грибки, плесень вызывают инфекции растений, их гибель.

Чтобы избежать появления капелек влаги на покрытиях теплицы , в ней монтируют достаточное количество форточек. Опасна для тепличных культур и недостаточная влажность, так как она приводит к затруднению прорастания корневищ овощей. Когда воздух и почва становятся сухими, затрудняется жизнедеятельность растений. Чтобы легче было увлажнять почву, применяют пористые шланги, которые подсоединяются к домашнему водопроводу и размещаются на небольшой глубине или на поверхности грунта.

Интенсивность увлажнения почвы зависит от:

• Погоды;
• Возраста и состояния растений.

Циркуляция воздуха в теплице осуществляется не только в результате проветривания, но и благодаря использованию вентиляторов. Процесс проветривания, вентиляции тоже необходимо контролировать, так как уходящий из теплицы воздух должен быть заменен свежим, поступившим извне. Особенно важно проветривание теплицы, когда на ее стенках из-за ночного понижения температуры появляется излишняя влага. Но чрезмерное увлечение вентиляцией приводит к снижению концентрации углекислого газа, которым растения «дышат».

Создание микроклимата в теплице

Поддерживать в теплице приемлемый для овощей и зелени режим температуры, влажности, освещенности, то есть создавать как модно более благоприятные условия для растений, комфортный микроклимат, довольно сложно. Например, используя для проветривания поворотные форточки, которые открываются механически, хозяева теплиц одновременно со снижением температуры воздуха снижают и влажность внутри сооружения.

Это приводит к пересыханию почвы, дополнительным поливам. Невыгодна и неудобна подсветка растений лампами, так как их периодически надо то включать, то выключать.

Комплексно решить задачу создания микроклимата в теплице поможет автоматическая система.

Она способствует экономии:

• Времени;
• Усилий;
• Электричества.

Ее использование гарантирует получение желаемого урожая. Но эту задачу могут помочь решить различные средства автоматики.

Параметры микроклимата в теплице

Параметров климата в теплице свыше двадцати.

Среди них:

• Температура воздуха;
• Влажность;
• Концентрация углекислого газа;
• Температура стекла;
• Температура точки росы листа;
• Положение зашторивания и др.

Чтобы поддерживать их в нужном режиме, иногда приходится расходовать большое количество электрической энергии. Поэтому на крупных теплицах разрабатываются стратегии управления, которые основываются на установке определенных коэффициентов на каждое время года.

Ведь в развитии растений есть периоды (например, зимней порой), когда необходимо тщательно придерживаться технологии, но есть и моменты, когда растения не испытывают стрессы.

В это время можно экономнее расходовать энергию.

Создание микроклимата в парнике

Устанавливая на дачном или приусадебном участке парник, нужно учитывать некоторые моменты.

А именно:

• Его ориентацию по сторонам света;
• Уровень освещенности;
• Добиваться герметичности конструкции, так как парник, обдуваемый ветром, не будет удерживать тепло.

Надо подумать о способах вентиляции, возможности искусственного затемнения, чтобы исключить чрезмерное повышение температуры.

В парнике, как и в теплице, внутренняя температура воздуха и грунта более высокая, чем наружная.

Комфорт в нем достигается благодаря отсутствию ветра. Влагу они получают в результате усилий человека. Как полезные, так и вредные насекомые в парник и теплицу попадают редко. При правильной эксплуатации парников можно получить здоровую рассаду и ранний урожай, как зелени, так и овощей.

Обеспечиваем микроклимат в теплице (видео)

Открыв для себя удивительный мир теплиц и парников, вряд ли кто пожелает когда-нибудь с ним расстаться!

Внимание, только СЕГОДНЯ!