1. Repository at ChSTU
  2. Випускні кваліфікаційні роботи
  3. Бакалавр
  4. 174 Автоматизація, комп'ютерно-інтегровані технології та робототехніка (Автоматизація та комп'ютерно-інтегровані системи та компоненти)
Please use this identifier to cite or link to this item: https://er.chdtu.edu.ua/handle/ChSTU/6339
Title: Автоматизація гідропонних та аеропонних ферм
Authors: Нечипоренко, Ольга Володимирівна
Сапицький, Кирило Едуардович
Issue Date: Jun-2024
Abstract: В роботі використано метод порівняння для вибору базових параметрів та об’єктів гідропонних та аеропонних ферм, іх компонентів різних виробників, їх призначень. У кваліфікаційній роботі: дослідженні першоджерела поняття гідропоніка, дослідженні та проаналізовані різні субстрати та добрива; складено перелік існуючих типів і параметрів гідропонних ферм; встановлено оптимальні значення параметрів довколишнього середовища для автоматизації вирощування рослин; порівняно параметри необхідних сенсорів та датчиків; складено критеріальні рівняння комплектуючих на основі визначених критеріїв подібності; розраховано числові значення критеріїв оптимальності для 9-ти параметрів за їх середнім значенням; Використовуючи ці критерії, було змодельовано автоматизовану гідропонну ферму.
URI: https://er.chdtu.edu.ua/handle/ChSTU/6339
Appears in Collections:174 Автоматизація, комп'ютерно-інтегровані технології та робототехніка (Автоматизація та комп'ютерно-інтегровані системи та компоненти)

Files in This Item:
File Description SizeFormat 
Б_151_2024_Сапицкий.pdf
  Restricted Access		1.72 MBAdobe PDFView/Open Request a copy
Show full item record


Items in DSpace are protected by copyright, with all rights reserved, unless otherwise indicated.

Extracted text 
МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ І НАУКИ УКРАЇНИ 
ЧЕРКАСЬКИЙ ДЕРЖАВНИЙ ТЕХНОЛОГІЧНИЙ УНІВЕРСИТЕТ 
ФАКУЛЬТЕТ ІНФОРМАЦІЙНИХ ТЕХНОЛОГІЙ І СИСТЕМ 
КАФЕДРА РОБОТОТЕХНІКИ ТА СПЕЦІАЛІЗОВАНИХ КОМП’ЮТЕРНИХ 
СИСТЕМ 
Пояснювальна записка 
до кваліфікаційної роботи 
освітнього ступеня «бакалавр» 
  
на тему: АВТОМАТИЗАЦІЯ ГІДРОПОННИХ ТА АЕРОПОННИХ  
                   ФЕРМ 
 
 
 
 
 
 
Виконав: студент  4  курсу, групи АКІТ-2009 
 спеціальності  
 Сапицький К.Е. 
 (прізвище та ініціали) 
Керівник Нечипоренко О.В. 
 (прізвище та ініціали) 
Рецензент  
 (прізвище та ініціали) 
 
 
 
 
 
Черкаси 2024 року 
 
 
ЗМІСТ 
 
СПИСОК СКОРОЧЕНЬ І УМОВНИХ ПОЗНАЧЕНЬ .............................................. 3 
ВСТУП .......................................................................................................................... 4 
1 ТЕОРЕТИЧНІ ОСНОВИ ГІДРОПОННИХ ТА АЕРОПОННИХ 
ТЕХНОЛОГІЙ .......................................................................................................... 7 
1.1 РОЗВИТКУ ГІДРОПОННИХ ТА АЕРОПОННИХ ТЕХНОЛОГІЙ ..................................... 7 
1.2 ПРИНЦИП РОБОТИ ГІДРОПОННИХ ТА АЕРОПОННИХ СИСТЕМ ............................. 11 
2 ТЕХНІЧНІ АСПЕКТИ АВТОМАТИЗАЦІЇ ГІДРОПОННИХ ТА 
АЕРОПОННИХ ФЕРМ ......................................................................................... 28 
2.1 СЕНСОРИ ТА ДАТЧИКИ ........................................................................................ 29 
2.2 КОНТРОЛЕРИ ТА СИСТЕМИ УПРАВЛІННЯ ............................................................. 46 
2.3 ІНТЕРНЕТ РЕЧЕЙ (IOT), ХМАРНІ ТЕХНОЛОГІЇ ТА ПОДАЛЬШІ МОЖЛИВОСТІ 
ІНТЕГРУВАННЯ ШТУЧНОГО ІНТЕЛЕКТУ .............................................................. 48 
3 РОЗРОБКА СИСТЕМИ АВТОМАТИЗОВАНОГО УПРАВЛІННЯ 
ГІДРОПОННОЇ ФЕРМИИ .................................................................................... 56 
3.1 ТИП КОНСТРУКЦІЇ ГІДРОПОННОЇ ФЕРМИ ІЇ ОСОБЛИВОСТІ .................................. 56 
3.2   ПРОЕКТУВАННЯ СИСТЕМИ СПОСТЕРЕЖЕННЯ ТА КОНТРОЛЮ(ПІДБІР 
КОМПОНЕНТІВ) ................................................................................................... 57 
3.3 НАПИСАННЯ ПРОГРАМИ КЕРУВАННЯ ТА СПОСТЕРЕЖЕННЯМ ЗА ФЕРМОЮ ......... 64 
ВИСНОВОК ............................................................................................................... 66 
СПИСОК ВИКОРИСТАНИХ ДЖЕРЕЛ .................................................................. 68 
ДОДАТОК А ............................................................................................................... 70 
 
  
 
  
 
ЧДТУ.242021.001 ПЗ 
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата  
 Розроб. Сапицький Літ. Лист. Листів 
 Перевір. Нечипоренко Автоматизація гідропонних  2 69 
 Реценз.   та аеропонних ферм 
Пояснювальна записка  
 Н. Контр.   ЧДТУ, АКІТ-2009 
 Затверд. Лукашенко 
 
СПИСОК СКОРОЧЕНЬ І УМОВНИХ ПОЗНАЧЕНЬ 
AI - Artificial Intelligence – штучний інтелект. 
AWS - Amazon Web Services – амазон веб сервіс 
CELSS -  Controlled Ecological Life Support System - Контрольована 
екологічна система життєзабезпечення 
DWC - Deep Water Culture - глубоководная культура 
GCP  - Google Cloud Platform -  хмарна платформа від Google 
IoT - Internet of Things – інтернет речей. 
LCC - Local C Compiler – локальний малий компілятор 
LED - Light-emitting diode – мвітловипромінюючий діод. 
MEMS - Micro-Electro-Mechanical Systems – мікро електомеханічна система 
NFT - Nutrient Film Technique - техніка спожтвнього шару 
NTC - Negative Temperature Coefficient – від’ємний температурний 
коєффіцієнт 
PTC - Positive Temperature Coefficient – позитивний температурний 
коєффіцієнт 
PWM - pulse-width modulation – ШІМ - Широтно-імпульсна 
модуляці 
RGB та RGBW - аббревіатура англійских слів red, green, blue, white — 
червоний, зелений, синій, білий. 
RTD - Resistance Temperature Detectors – детектори температури на 
супротиву 
Wi-Fi - Wireless Fidelity – безпровідна точність. 
 
 
 
 
 
 
 
Лист 
ЧДТУ.242021.001 ПЗ 3 
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата  
 
ВСТУП 
 
Актуальнiсть дослiдження. У сучасному світі зростання населення, 
урбанізація та зміни клімату створюють значні виклики для сільського 
господарства та продовольчої безпеки. Традиційні методи землеробства 
стикаються з низкою проблем, таких як деградація ґрунтів, нестача водних 
ресурсів та залежність від погодних умов. У відповідь на ці виклики розвиваються 
інноваційні методи вирощування рослин, серед яких особливе місце займають 
гідропонні та аеропонні ферми. 
Автоматизовані гідропонні та аеропонні ферми мають потенціал стати 
революційним рішенням у сільському господарстві, забезпечуючи ефективне та 
стійке виробництво харчових продуктів у міських умовах, на малих площах та 
навіть у важкодоступних регіонах. Ці системи можуть працювати в замкнених 
циклах, мінімізуючи втрати води та поживних речовин, а також знижуючи вплив 
на навколишнє середовище. 
Актуальність теми дослідження обумовлена необхідністю пошуку нових 
підходів до виробництва продовольства в умовах обмежених ресурсів та 
глобальних екологічних змін. Автоматизовані гідропонні та аеропонні ферми 
пропонують низку переваг, які можуть зробити суттєвий вплив на сільське 
господарство та забезпечити стійке виробництво харчових продуктів у 
майбутньому. 
У процесі дослідження будуть розглянуті такі аспекти, як використання 
сенсорних технологій для моніторингу та управління умовами росту, роль 
Інтернету речей (IoT) та штучного інтелекту (AI) у автоматизації, а також 
економічні та екологічні переваги автоматизованих систем.  
Особливо важливим аспектом є економічна ефективність автоматизованих 
гідропонних та аеропонних систем. Завдяки зменшенню витрат на воду, добрива 
та пестициди, а також підвищенню врожайності на одиницю площі, такі системи 
можуть значно знизити вартість виробництва харчових продуктів. Крім того, 
Лист 
ЧДТУ.242021.001 ПЗ 4 
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата  
 
автоматизація дозволяє скоротити витрати на ручну працю, що є особливо 
актуальним у розвинених країнах з високими витратами на робочу силу. 
Важливим напрямом дослідження є також вивчення впливу автоматизованих 
гідропонних та аеропонних систем на якість вирощуваних продуктів. Завдяки 
точному контролю умов росту можна досягти підвищеної якості та безпеки 
харчових продуктів, що має важливе значення для здоров'я населення. 
Таким чином, дана робота спрямована на внесок у розвиток знань про 
інноваційні методи сільського господарства та надання рекомендацій для їх 
широкого впровадження з метою підвищення продуктивності та стійкості 
агропромислового комплексу. З огляду на глобальні виклики продовольчої безпеки 
та необхідність ефективного використання природних ресурсів, вивчення та 
розвиток автоматизованих гідропонних та аеропонних технологій є надзвичайно 
важливим напрямом сучасних аграрних досліджень і практики. 
Загалом, автоматизовані гідропонні та аеропонні ферми можуть стати 
ключовим елементом у побудові стійкої системи виробництва харчових продуктів, 
яка відповідає викликам XXI століття. Це робить дослідження в цій галузі 
надзвичайно актуальним і перспективним для майбутнього розвитку сільського 
господарства. Оволодіння новітніми технологіями автоматизації, створення умов 
для їх впровадження та популяризація серед аграріїв є важливими кроками на 
шляху до забезпечення стабільного та сталого продовольчого забезпечення нашої 
планети. 
Мета роботи – дослідження принципів роботи різних автоматизованих 
гідропонних та аеропонних систем, аналіз їх переваг та недоліків, а також оцінка 
їх потенціалу для впровадження в різних регіонах та умовах. Розглянення 
можливості іх майбутнього інтегрування зі штучним інтелектом. Моделювання та 
програмування власної системи управоіння фермою. 
Об’єкт дослідження – Гідропонні та аеропонні ферми 
Предмет дослідження – технології та методи автоматизації в гідропонних 
та аеропонних системах. 
 
Лист 
ЧДТУ.242021.001 ПЗ 5 
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата  
 
Для досягнення мети необхідно виконати наступні завдання: 
1. Порівняти та проаналізувати технології та види ферм. 
2. Розглянути та порівняти різні системи автоматичного управління та 
моніторингу. 
3.  Змоделювати програмно апаратний комплекс. 
Методи дослідження – у процесі дослідження застосовувались: 
дослідження та аналіз проектів управління освітленням, та порівняння їх між 
собою.   
  
Лист 
ЧДТУ.242021.001 ПЗ 6 
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата  
 
1 ТЕОРЕТИЧНІ ОСНОВИ ГІДРОПОННИХ ТА АЕРОПОННИХ 
ТЕХНОЛОГІЙ 
1.1 Розвитку гідропонних та аеропонних технологій 
Гідропоніка, як метод вирощування рослин без ґрунту, має давню історію. 
Перші згадки про вирощування рослин у водному середовищі можна знайти ще у 
працях стародавніх цивілізацій.  
Садівники вирощували рослини в гідропонічних садах принаймні 2600 
років, ймовірно, починаючи з легендарних висячих садів Вавилону (рис1.1), 
побудованих близько 600 до н.е. в Вавилонії або Месопотамії і розташованих 
вздовж річки Євфрат. Вважається, що ці сади поливалися за допомогою системи 
підйому ланцюга, яка підіймала воду з річки і дозволяла їй капати на кожному 
сході або майданчику саду. 
 
Рисунок 1.1 – схематичне зображення висячих саді 
 
Єгипетські ієрогліфи, які сягають декількох сотень років до нашої ери, 
показують рослини, які вирощуються в воді вздовж Нілу без ґрунту. 
Дослідження встановило, що грецькі вчені Теофраст (327-287 до н.е.) 
проводили різноманітні експерименти з гідропонікою, а Діоскорід проводив 
Лист 
ЧДТУ.242021.001 ПЗ 
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата  7 
 
ботанічні дослідження, які сягають першого століття нашої ери.У X-XI століттях 
ацтеки створили плаваючі сади на озері Теночтитлан в Мексиці. Для створення 
цих плавучих садів вони брали ґрунт з дна озера - ґрунт, який був багатий на  
поживні речовини. Ґрунт кладуть на верхню частину плотів (зроблених з очерету 
та очерету), а рослини садять в ґрунт. Коріння рослин прокладало шлях через  
ґрунт, через пліт і в живильну воду озера, багату поживними речовинами. Ці 
плоти, які ніколи не тонули, іноді з'єднували разом, щоб утворити плаваючі 
"острови" розміром до 200 футів у довжину.  
Марко Поло бачив схожі "плаваючі сади"(рис1.2), де вирощувалось рис, під 
час візиту в Китай наприкінці XIII століття. 
 
Рисунок 1.2 – будува ферми на плоту 
 
У 1699 році британський вчений Джон Вудворд (член Королівського 
товариства Англії) змішав воду і ґрунт для використання як кореневу середу - він 
був одним із перших, хто зрозумів, що рослини поглинають поживні речовини з 
ґрунту та вод. Хоча аеропонічні техніки можуть здатися сучасними, їх ідея 
виникла   ще  тоді.   Цей   метод   був   експериментально   використаний   Джоном 
Вудвардом, він використовував розпилений декокт для вирощування рослин. Ці 
дослідження були проведені настільки рано, що він не міг ідентифікувати 
конкретні складові елементи росту - він міг тільки зробити висновок, що 
зростання було результатом певних речовин і мінералів. І хоча це був дуже вдалий  
Лист 
ЧДТУ.242021.001 ПЗ 8 
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата  
 
експеремент, але через відсутність загальних знань з хімії,  біології та 
технологічної обмеженності того часу, подальші відкриття у цій сфері 
припинилися більше ніж на 100 років. 
Доки у 1804 році Ніколя Де Сосуром встановив, що рослини складаються з 
мінеральних і хімічних елементів, які рослини отримували з води, ґрунту і 
повітря. У 1842 році тим самим вченим було визначено список з дев'яти елементів, 
які вважалися необхідними для росту рослин. Цей список став важливим кроком у 
розвитку сучасного розуміння поживних речовин для рослин та вирощування 
сільськогосподарських культур. Елементи, які входили до цього списку, включали: 
Карбон (C); Гідроген (H); Кисень (O); Азот (N); Фосфор (P); Калій (K); Кальцій 
(Ca); Магній (Mg); Сірка (S). 
Цей список став основою для розробки мінеральних добрив та інших 
методів вирощування рослин, що використовуються дотепер. 
Протягом 1850-х років французький вчений Жан Батист Бусенгальт 
проводив експерименти з інертними середовищами для вирощування. Він зміг 
прийти до висновку, що вода необхідна для росту рослин, забезпечуючи водень, і 
що суха рослинна речовина складалася з водню разом з вуглецем і киснем, які 
рослини отримували з повітря. Його дослідження також стверджувало, що 
рослини містять азот та інші мінеральні елементи, і він зміг ідентифікувати ці 
мінеральні елементи та необхідні пропорції для оптимального росту рослин. 
Дослідження Бусенгальта було великим проривом для того, що пізніше було 
названо "гідропонікою" 
До початку 1900-х років вчені, такі як Толленс, Тоттінгем, Шайв, Хоугленд, 
Дойчман, Треліс, Арнон та Роббінс, проаналізували мінерали та інші матеріали, 
які необхідні для  росту рослин, і розробили формули для рідких живильних 
розчинів, які можна було використовувати замість ґрунту - багато з яких досі 
використовуються в лабораторних дослідженнях з рослинною харчуванням та 
фізіологією. 
Проте до 1925 року більшість робіт, проведених з вирощування 
безґрунтовим способом, були обмежені лабораторіями. Це сталося лише в 1925 
Лист 
ЧДТУ.242021.001 ПЗ 9 
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата  
 
році, коли промисловість теплиць почала виявляти інтерес до вирощування 
безґрунтовим способом. Від 1925 до 1930-х років було проведено 
широкомасштабну роботу з використання безґрунтового вирощування для 
виробництва продуктів у великих масштабах. 
У 1938 році вчені Берклі Денніс Хоугленд та Даніель Арнон опублікували 
"Метод культури води для вирощування рослин без ґрунту". Це широко 
вважається одним з найважливіших текстів, коли-небудь опублікованих щодо 
гідропоніки - деякі з розчинів мінеральних поживних речовин (відомих як 
розчини Хоугленда), які вони розробили, досі використовуються здебільшого у 
лабораторіях. 
Під час Другої світової війни (1939-1945) гідропоніка цим "методом гравію" 
використовувалася для вирощування тисяч тонн їжі для військових у віддалених 
місцях, де звичайне вирощування було неможливим. У 1945 році ВПС США 
використовували гідропоніку великого масштабу для забезпечення свого 
персоналу свіжими культурами. Одна з перших великих гідропонічних ферм була 
створена на острові Вознесіння в Південному Атлантичному океані. Цей острів 
використовувався як місце відпочинку і заправки з великою кількістю персоналу, 
який проживав там для обслуговування літаків.  
З того часу військові продовжують використовувати гідропоніку для 
годування своїх військ - у 1952 році в армії США було створено спеціальний 
підрозділ гідропоніки, який зміг виробляти понад 8,000,000 фунтів свіжих 
продуктів. 
Протягом 1950-х років комерційне використання гідропоніки розширилося 
на країни, включаючи Англію, Францію, Німеччину, Ізраїль, Італію, Іспанію та 
СРСР. 
У 1960-х роках гідропоніка стала великою галуззю на світовому рівні, 
ставши популярною в деяких частинах Америки, Австралії, Франції, Німеччини, 
Нідерландів, Японії, Близького Сходу та Південної Африки. 
У останні роки NASA проводила великі дослідження для своєї "Системи 
контрольованої екологічної підтримки життя" або "CELSS". Гідропоніка, 
Лист 
ЧДТУ.242021.001 ПЗ 10 
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата  
 
призначена для проведення на Марсі, використовує світлодіодне(LED) освітлення 
для вирощування в різних кольорових спектрах з меншим нагрівом. 
За останні роки комерційне використання гідропоніки та аеропогніки 
зросло, і протягом того ж періоду фермери почали використовувати гідропонічні 
системи також для вирощування квітів та та інших не продовольчих культур у 
власних домівках, і це продовжує набирати популярності. 
В наші дні гідропоніка стає все більш важливою, оскільки глобальне 
потепління, пустелянізація, нестача нафти та води стають все більш суттєвими. 
Гідропоніка тепер користується більшим попитом серед аматорських городників 
та вирощувачів на малому  масштабі, а  також серед їх комерційних колег.  
Недавні  дослідження  показали,  що  в  США   понад  1,000,000  домогосподарств  
використовують гідропоніку лише для вирощування їжі. 
Концепція аеропоніки почала набирати наукової ваги в другій половині 20-
го століття. Протягом цього періоду вчені проводили дослідження щодо впливу 
розпиленого розчину на здоров'я та зростання рослин. 
Перші комерційні системи аеропоніки з'явилися в середині 20-го століття. 
Вони були використані в переважно наукових дослідженнях та експериментах, а 
не в промисловому масштабі. 
З часом технології аеропоніки стали більш доступними та ефективними. 
Винаходи, такі як дрони та автоматизовані системи розпилення, 
революціонізували спосіб вирощування рослин у повітрі. 
Сьогодні аеропоніка стає все популярнішою в сільському господарстві та 
промисловості. Вона використовується для вирощування різних культур, 
включаючи овочі, зелень, фрукти та квіти, і має потенціал стати важливим 
методом для забезпечення продовольства в умовах обмежених ресурсів та зміни 
клімату. 
1.2 Принцип роботи гідропонних та аеропонних систем 
Гідропоніка, на відміну від традиційного землеробства, не потребує ґрунту 
для вирощування їжі. У цій техніці рослини вирощують або на природних, або на 
Лист 
ЧДТУ.242021.001 ПЗ 11 
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата  
 
штучних субстратах, де коріння легко витягують поживні речовини з 
підготовленого живильного розчину. Існують різні методи вирощування їжі за 
допомогою гідропоніки, і їх застосування залежить від конкретної рослини, 
місцевого клімату та бюджету, серед інших факторів. Більшість систем містять 
резервуар для зберігання живильного розчину та аератор, як показано на рис. 1.3. 
 
Рисунок 1.3 - Різні типи гідропонних систем 
 
 Плаваюча корнева система або глибоководна культура (DWC) 
(рис.1.3 а). У цій системі корінь рослини занурюється в поживний розчин, а решта 
його підтримується над рівнем води за допомогою полістиролу, кори пробки або 
дерева. 
Крапельний полив (рис.1.3 b) - цей спосіб найкраще підходить для томатів 
і перцевих культур. У цьому випадку живильний розчин подається насосом 
безпосередньо до коріння рослин з регульованою подачею. Розчин вводять через 
Лист 
ЧДТУ.242021.001 ПЗ 12 
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата  
 
заздалегідь визначені інтервали часу, а для закритих систем залишковий розчин 
повертають у резервуар для зберігання. 
Аеропоніка (рис.1.3 с) - бульби та коріння ідеально підходять для 
вирощування  за  допомогою  аеропоніки. У цій конфігурації рослини  з  корінням, 
що   звисає   в   повітрі,  отримують   поживні   речовини   завдяки    періодичному  
обприскуванню за допомогою системи дощування і розпилення. Основна перевага 
цієї техніки полягає в тому, що вона не потребує системи вентиляції, оскільки 
кисень переноситься разом із розпиленим поживним розчином. 
Техніка поживної плівки(NFT) (рис.1.3 d) -  цей метод, також відомий як 
NFT, схожий на плаваючу кореневу систему, за винятком того, що коріння рослини 
не повністю занурене в живильний розчин, а в потік рідини, що тече через 
систему трубопроводів. Хоча NFT потребує меншої кількості поживного розчину, 
ніж плаваюча коренева система, вона потребує додаткової енергії та компонентів 
для роботи. Надлишок розчину повертається в резервуар для зберігання 
самопливом, і потік живильного розчину може бути безперервним або 
періодичним. 
Припливи та відпливи (рис.1.3 e)  Рослини поміщають у піддон, який 
періодично наповнюють багатою на поживчі речовини водою, що подається з 
резервуара знизу. Система використовує силу тяжіння для повернення води в 
резервуар і повторного її використання. 
 Аквапоніка (рис.1.3 f) Ця техніка використовує симбіоз флори та фауни 
для досягнення ефективної системи, в якій фекалії риб задовольняють поживні 
потреби рослин. Поглинання рослинами поживних речовин у поєднанні з 
мікробним процесом нітрифікації та денітрифікації дозволяє рециркулювати воду 
з акваріуму, утворюючи збалансовану мікроекосистему. З екологічної точки зоро 
це найсовершенніша гібридна система. 
Як показано на  Рис. 1.3 , гідропоніка пропонує багато можливостей для 
вирощування їжі, але не є панацеєю. Як і будь-яка інша сільськогосподарська 
техніка, вона створює можливості та недоліки, які варто розглянути, щоб 
визначити сфери можливостей для розвитку придатних технологій. 
Лист 
ЧДТУ.242021.001 ПЗ 13 
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата  
 
Гідропоніка, як і будь-яка інша сільськогосподарська техніка, має як 
можливості, так і недоліки. Їх варто переглянути, щоб визначити сфери, де 
технологія може мати позитивний вплив. 
   Переваги 
• Повсюдність і ефективність простору. Гідропоніка дає змогу вирощувати 
їжу всюди, де можна створити контрольоване середовище. Дійсно, навіть 
дослідники далекого космосу вважають гідропоніку основним джерелом їжі для 
екіпажів космічних кораблів. Крім того, залежно від типу заводу, можна розробити 
вертикальне розташування для збільшення виробництва продукції. 
• Гарантія кількості та якості. У традиційному землеробстві сівозміна 
необхідна для збереження родючості ґрунту; однак гідропонні посіви можна 
повторювати скільки завгодно разів, збільшуючи врожайність за цикл кожної 
культури. Крім того, оскільки підгодівля вводиться відповідно до фізіологічних 
потреб рослини, якість продукції забезпечується. Однак слід пам’ятати, що в 
високоавтоматизованих теплицях невеликі зміни умов експлуатації викликають 
швидку реакцію врожаю. 
• Стійкість. Оскільки продукція не контактує з ґрунтом, а живильний розчин 
переробляється, такі фактори, як випаровування води, просочування або 
забруднення, зведені до мінімуму, і вода для промивання не потрібна. Крім того, 
завдяки контрольованому середовищу забезпечуються оптимальні умови росту та 
захист рослин від поразок і хвороб, що усуває потребу в хімікатах і пестицидах і 
економить такі важливі природні ресурси, як ґрунт і вода. 
• Економіка. У деяких звичайних кроках операції на гідропоніці простіші, ніж 
ті, які потрібні в традиційному сільському господарстві. У цьому сенсі звичайна 
практика вимагає багато важкої підготовки перед посівом, включаючи вартість 
важкої техніки та спеціалізованого обладнання, яке врешті-решт може бути 
отримано через оренду того самого. В інших аспектах гідропоніка може вимагати 
більшої відданості, зазвичай потрібен набір датчиків і пристроїв для точного 
спостереження за станом культури. 
Лист 
ЧДТУ.242021.001 ПЗ 14 
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата  
 
   Недоліки 
• Висока початкова вартість. Початкові інвестиції в гідропонну систему є 
відносно високими через вартість необхідної сировини та обладнання для роботи. 
• Висококваліфікована робоча сила. Для великомасштабних гідропонних 
робіт потрібен персонал із глибокими знаннями сільського господарства, 
фізіології рослин, хімії та складних систем керування та інформації. 
• Забруднення навколишнього середовища. Якщо залишки поживного 
розчину не утилізувати належним чином, скинутий розчин, збагачений фосфором 
і нітратами, може призвести до надмірного росту водоростей та інших 
мікроорганізмів у водоймах і стічних водах, створюючи серйозні екологічні 
проблеми. 
Субстрат — це фізичне середовище, яке підтримує рослини за стебло та 
підтримує їх у відповідних умовах вирощування, забезпечуючи асептичне 
середовище з хорошою оксигенацією та адекватним потоком поживного розчину 
[1]. Таблиця 1.1 є збіркою типових матеріалів, які використовуються як підкладки, 
і описує їх переваги та недоліки. Згідно з [2 , 3 , 4 ], деякі з найбільш важливих 
факторів, на які слід звернути увагу при виборі субстрату, це:  
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Лист 
ЧДТУ.242021.001 ПЗ 15 
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата  
 
Таблиця 1.1 - Основні субстрати, що використовуються в гідропоніці.[11] 
 
• Пористість. Ця властивість впливає на наявність поживних речовин у 
рослині для виконання метаболічних процесів, таких як дихання, транспірація та 
фотосинтез. 
• Капілярність. Через капілярність субстрат вбирає поживні речовини і 
розподіляє їх до кореня рослини. 
Лист 
ЧДТУ.242021.001 ПЗ 16 
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата  
 
• Оксигенація. Структура субстрату повинна забезпечувати надходження 
кисню корінням під час контакту з поживним розчином. 
• Хімічно інертний. Субстрат повинен складатися з матеріалів, які не можуть 
реагувати з хімічними речовинами живильного розчину, щоб уникнути будь-яких 
змін у його складі. 
• Біологічно інертний. Оскільки поживний розчин циркулює серед великої 
щільності коренів кількох рослин, хвороби можуть швидко поширюватися від 
однієї до іншої, якщо не вжити негайно коригувальних заходів. Таким чином, 
субстрат не повинен сприяти будь-якій біологічній активності, оскільки 
мікроорганізми можуть мати шкідливий вплив на культури, наприклад, хвороби, 
недоїдання та інші наслідки. 
Деякі автори розглядали не тільки хімічні, біологічні або фізіологічні аспекти 
субстратів, призначених для гідропонного землеробства, але також їх економічну, 
соціальну та екологічну життєздатність. У своєму дослідженні Gruda [ 4 ] 
критикує використання торфу та кам’яної вати як субстратів, виступаючи за 
використання матеріалів, які є більш екологічними, як-от органічні відходи та 
відновлювана сировина, серед іншого. Так само Роджерс розглядав компост як 
альтернативний субстрат, тоді як Вінчі та Рапа проаналізували оцінку впливу 
життєвого циклу (LCIA) та вартість життєвого циклу (LCC) кам’яної вати, перліту, 
вермикуліту, торфу, кокосового волокна, кори, і пісок, щоб визначити соціальний 
та економічний вплив виробництва цих матеріалів. Крім того, вони розрахували 
вуглецевий слід, щоб виміряти свій вплив на навколишнє середовище. 
Ідеальні культури для гідропоніки 
На гідропоніці доречно вирощувати досить різноманітні фрукти та овочі; 
однак вони повинні відповідати певним критеріям, таким як розмір коренів і 
плодів, цикл збору врожаю, серед іншого. У таблиці 1.2 наведено кілька культур, 
придатних для гідропоніки. 
 
 
 
Лист 
ЧДТУ.242021.001 ПЗ 17 
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата  
 
Таблиця 1.2 - Найбільш придатні рслини для вирощування на гідропоніці [ 9 ]. 
 
 
Лист 
ЧДТУ.242021.001 ПЗ 18 
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата  
 
Продовження таблиці 1.2 
 
 
У гідропоніці всі необхідні поживні речовини надходять до рослини через 
поживний розчин, за винятком вуглецю, водню та кисню, які переносяться 
повітрям. Як джерело поживних речовин використовуються неорганічні добрива, 
за винятком заліза, яке додається у вигляді хелату для підвищення його 
доступності. Більшість добрив, які використовуються в гідропоніці для 
приготування поживних розчинів, є добре розчинними неорганічними солями; 
проте деякі неорганічні кислоти також використовуються [ 2 ]. Харчування рослин 
у гідропоніці було широко вивчено, і задіяні поживні речовини були згруповані в 
три типи: первинні, вторинні та слідові чи мікроелементи, як підсумовано 
у таблиця 1.3.  
 
 
Лист 
ЧДТУ.242021.001 ПЗ 
 19 
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата 
 
Таблиця 1.3. Елементи, що поглинаються рослинами [ ] 
 
 
Хімічний склад поживного розчину залежить від конкретної культури та фази 
розвитку рослин. Деякі розчинні добрива, які використовуються в гідропоніці, це 
нітрат амонію ( NH 4 NO 3 ), фосфорна кислота ( H 3 PO 4 ), азотна кислота 
( HNO 3 ) тощо [ 10 ]. Незважаючи на те, що ці склади комерційно доступні в 
рідкому або твердому вигляді, також можна приготувати з нуля суміш солей, 
мінералів і добрив. Однак важливо підкреслити, що залежно від стадії росту 
рослини потребують різних композицій; таким чином, під час вегетативного стану 
рослина нарощує листя, поки не буде готове до цвітіння або дозрівання коренів, у 
цей момент рослині потрібний поживний розчин, багатий фосфором, для 
формування міцних коренів. Нарешті, під час дозрівання плодів рослині потрібні 
поживні розчини з низьким вмістом азоту та високим вмістом калію. 
Комерційно доступні розчини кодують вміст макропоживних речовин у 
вигляді тризначної послідовності відповідно до концентрації NPK, вираженої у 
відсотках ваги. Наприклад, рецептура 8-15-36, ідеальна для посівів томатів, 
Лист 
ЧДТУ.242021.001 ПЗ 20 
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата  
 
містить 8% N, 15% P і 36% K. Для посівів салату рекомендується розчин 8-15-16. 
Також можна додати органічні поживні речовини, такі як компост: суміш 
рослинних відходів, сечі, гною та частин мертвих тварин шляхом вилуговування 
розчину перед додаванням його в гідропонну систему. Цей вид чаю є можливою 
альтернативою неорганічним добривам, які зазвичай використовуються в 
гідропоніці. Однак додавання таких матеріалів до рецептури може забруднити 
систему небажаними паразитами або бактеріями, тому її необхідно ретельно 
проаналізувати перед введенням у гідропонну систему. 
Термін служби розчину є надзвичайно важливим і залежатиме від своєчасного 
коригування pH, електропровідності та рівня води. Щоб виключити зміни 
живильного розчину, рівень об’єму в резервуарі для зберігання повинен 
залишатися постійним, заповнюючи воду, поглинену рослинами і втрачену при 
випаровуванні; інакше концентрація солей зміниться, що вплине на здоровий ріст 
рослин. Bosques [ 12 ] рекомендує міняти розчин у резервуарі кожні 2-3 тижні, 
залежно від культури, ретельно очищати та дезінфікувати резервуар. 
Важливою хімічною властивістю поживного розчину є його pH, шкала від 1 
до 14, яка використовується для визначення кислотності або лужності розчину. За 
кімнатної температури вода не є ані основною, ані кислою, тому їй присвоєно рН 
7. Розчини з рН вище 7 є основними, а в інших випадках — кислими. Більшість 
авторів погоджуються з тим, що живильний розчин повинен мати pH між 5 і 7 
[ 13 ], оскільки саме в такому інтервалі поживні речовини залишаються 
розчинними. Однак, якщо pH > 7, розчинність Fe −зменшується, що призводить до 
утворення осадів Ca та Mg, серед інших хімічних реакцій між компонентами 
поживного розчину, що перешкоджає засвоєнню заліза, бору, міді, цинку або 
марганцю. З іншого боку, якщо рН нижче 5, адсорбція азоту, фосфору, калію, 
кальцію, магнію та молібдену пригнічується. Таблиця 1.4 показує оптимальний 
діапазон pH для вирощування деяких з найпопулярніших овочів. У деяких 
випадках доставка деяких мікроелементів, таких як марганець, може призвести до 
небезпечного забруднення [ 7 ]. На рис.1.4 показано доступність деяких поживних 
речовин як функцію pH. 
Лист 
ЧДТУ.242021.001 ПЗ 21 
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата  
 
Таблиця 1.4. - Вплив pH на доступність поживних речовин. За межами 
інтервалу рН 5–7 доступність поживних речовин порушується хімічними 
реакціями між компонентами поживного розчину. [9 ]. 
 
 
 
 
Лист 
ЧДТУ.242021.001 ПЗ 22 
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата  
 
Таблиця 1.5. Оптимальний діапазон електропровідності (EC) і pH для 
деяких популярних гідропонних культур [ 3 ]. 
 
Лист 
ЧДТУ.242021.001 ПЗ 23 
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата  
 
 
Електропровідність 
Електропровідність, EC, є оцінкою загальної концентрації іонів у розчині. У 
цьому випадку низькі значення ЕС свідчать про дефіцит поживних речовин у 
вигляді іонів; з іншого боку, занадто високі значення можуть призвести до 
сольового стресу в рослині [ 16 ]; таким чином, EC слід підтримувати в межах 
цільового діапазону, оскільки це значно впливає на ріст і якість врожаю [ 14 ]. 
Крім того, цей параметр не надає конкретної інформації щодо концентрації 
кожного елемента в живильному розчині; отже, після вимірювання EC важливо 
додавати добрива в такій концентрації, яку рослини можуть засвоїти. Таблиця 
1.5 вказує адекватні діапазони EC і pH для деяких популярних культур. 
Стерилізація поживних розчинів 
Асептичне середовище є надзвичайно важливим у гідропонних системах для 
ефективного виробництва високоякісних продуктів; однак, важко підтримувати 
стерильну зону навколо коренів рослини [ 13 ]. Найочевиднішим симптомом 
захворювання рослини є в’янення листя, викликане грибами Fusarium і 
Verticillium. Інші види паразитів, такі як Pythium і Phytophthora, також 
представляють загрозу для коренів рослини. На жаль, не існує достатньо 
безпечного фунгіциду для використання в гідропоніці без шкоди для здоров’я 
споживача [ 12 ]. 
З точки зору сталого розвитку, важливо рециркулювати поживний розчин, щоб 
мінімізувати споживання води та залишки для утилізації; однак не завжди 
можливо реалізувати системи, які збалансують споживання природних ресурсів, 
енергію та фінансові витрати. Хоча існує кілька методів запобігання інфекціям у 
гідропонних розчинах, підсумованих у таблиця 1.6 , враховуючи їхні особливі 
переваги та недоліки, їх поєднання може бути кращим підходом до проблеми 
сепсису живильного розчину.  
 
 
 
Лист 
ЧДТУ.242021.001 ПЗ 24 
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата  
 
Таблиця 1.6. Методи стерилізації поживних розчинів: плюси і мінуси 
 
Лист 
ЧДТУ.242021.001 ПЗ 25 
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата  
 
Вплив залишкових поживних розчинів на навколишнє 
середовище 
Побічним продуктом культивування у відкритому грунті чи в закритому грунті 
є залишковий хімічний розчин, багатий поживними речовинами для рослин, які 
можуть завдати шкоди навколишньому середовищу, якщо з ними не поводитися 
належним чином. Залишки поживних розчинів гідропонного землеробства містять 
велику кількість нітратів (200–300 мг) і фосфати (30-100 мг), які сприяють росту 
водоростей [ 39 ]. 
При вирощуванні у відкритому грунті дощ може переносити надлишок 
поживних речовин у річки, зрештою досягаючи озер і океанів. Наприклад, 
нещодавні дослідження показали, що так звана мертва зона в Мексиканській 
затоці (Рисунок 1.5), яка виникає щорічно, пов’язана з викидами річки Міссісіпі, 
яка під час свого течії через Сполучені Штати збирає воду, збагачену поживні 
речовини, отримані в результаті діяльності людини, і добрива. Коли забруднена 
вода досягає океану, надлишок поживних речовин сприяє надмірному росту 
водоростей, які після смерті тонуть і розкладаються, споживаючи велику кількість 
кисню. Без достатньої кількості кисню морське життя знаходиться в стані стресу, 
що довгостроково впливає на види, які не можуть покинути територію [ 11 ]. З 
іншого боку, стійким способом управління залишковими поживними розчинами в 
гідропоніці може бути впровадження закритих систем, які відновлюють воду в 
кінці циклу шляхом обробки та стерилізації, як схематично показано на рис. 1.6 . 
Монтесано та ін.  запропонували використання діелектричних датчиків вологи в 
безґрунтовому землеробстві для підвищення ефективності використання води. 
Їхні результати показують, що мережа бездротових датчиків для моніторингу 
вологості субстрату в реальному часі в поєднанні з точною інформацією про 
вплив рівня доступності води на базилік може допомогти оптимізувати 
споживання води для таких культур. 
Лист 
ЧДТУ.242021.001 ПЗ 26 
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата  
 
 
Рисунок 1.5 - Карта виміряної зони гіпоксії в Перській затоці, 25–31 липня 
2021 р. (LUMCON/NOAA). 
 
Рисунок 1.6 - Впровадження системи очищення для повторного 
використання води в системах гідропоніки. 
 
 
 
 
 
 
Лист 
ЧДТУ.242021.001 ПЗ 27 
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата  
 
2 ТЕХНІЧНІ АСПЕКТИ АВТОМАТИЗАЦІЇ ГІДРОПОННИХ ТА 
АЕРОПОННИХ ФЕРМ 
 
Автоматизація гідропонних та аеропонних ферм може значно полегшити 
процес вирощування рослин і підвищити ефективність виробництва. Ось деякі 
технічні аспекти, що слід враховувати при автоматизації таких ферм: 
Системи поливу: Використання автоматичних систем поливу, які 
контролюють рівень вологості ґрунту або розпилюють розчин поживних речовин 
на корені рослин у гідропонних та аеропонних системах. Це може включати 
системи крапельного поливу, спринклери або системи туманоутворення для 
аеропоніки. 
Контроль параметрів: Встановлення датчиків для вимірювання рівня pH, 
електропровідності, температури та рівня поживних речовин у воді або розчині. 
Ці дані можуть бути автоматично збирані та аналізовані, щоб забезпечити 
оптимальні умови для росту рослин. 
Освітлення: Використання програмованих систем освітлення, таких як LED 
або різні спектри світла, для забезпечення оптимальних умов для фотосинтезу 
рослин. Автоматичне керування тривалістю світлового дня та інтенсивністю 
світла може бути важливим для максимізації врожаю. 
Контроль вентиляції та температури: Використання систем вентиляції та 
кондиціювання повітря для забезпечення оптимальних умов температури та 
вологості у середовищі вирощування. Це допоможе уникнути перегріву або 
переохолодження рослин, що може призвести до стресу та втрати врожаю. 
Керування дозуванням поживних речовин: Використання автоматичних 
систем дозування для точного подання необхідних поживних речовин у воду або 
розчин, що живить рослини. Це дозволяє точно контролювати живлення рослин та 
уникнути недостачі або перевищення поживних речовин. 
Моніторинг росту рослин: Використання камер або сенсорів, які 
автоматично відстежують ріст та розвиток рослин. Це дозволяє операторам ферми 
Лист 
ЧДТУ.242021.001 ПЗ 28 
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата  
 
вчасно виявляти проблеми та втручатися, якщо це необхідно, для забезпечення 
здорового росту рослин та максимізації врожаю. 
2.1 Сенсори та датчики 
Автоматизація гідропонних та аеропонних ферм значною мірою залежить 
від використання сенсорів та датчиків, які дозволяють точно контролювати та 
регулювати різні параметри середовища, забезпечуючи оптимальні умови для 
росту рослин. Ось основні типи сенсорів та датчиків, які застосовуються в таких 
системах: 
Сенсори температури повітря вимірюють температуру повітря у 
приміщенні або теплиці, де знаходяться рослини. Це важливо для підтримки 
оптимального клімату. Існує кілька типів сенсорів, які використовуються в різних 
умовах і застосуваннях. Ось основні з них:  
1)Термістори (NTC і PTC) 
NTC (Negative Temperature Coefficient): Це сенсори з негативним 
температурним коефіцієнтом, які зменшують свій опір зі збільшенням 
температури. Вони зазвичай використовуються для точних вимірювань 
температури. 
PTC (Positive Temperature Coefficient): Це сенсори з позитивним 
температурним коефіцієнтом, які збільшують свій опір зі збільшенням 
температури. Використовуються в захисних схемах для захисту від перегріву. 
2)Термопари 
Складаються з двох різнорідних металів, які створюють термоелектричний 
ефект при з'єднанні. Термопари використовуються для вимірювання широкого 
діапазону температур і підходять для високотемпературних застосувань. 
3)RTD  
Вимірюють температуру за допомогою зміни опору провідника. Платинові 
RTD (Pt100, Pt1000) є найпоширенішими завдяки їх точності та стабільності. 
 
 
Лист 
ЧДТУ.242021.001 ПЗ 29 
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата  
 
4)Інфрачервоні сенсори  
Вимірюють температуру безконтактно шляхом визначення інфрачервоного 
випромінювання об'єкта. Використовуються для вимірювання температури 
поверхні. 
5)Напівпровідникові сенсори  
Зазвичай використовуються в електроніці та побутових приладах. Приклади 
таких сенсорів: LM35, TMP36. Вони забезпечують лінійну залежність вихідної 
напруги від температури. 
6)Датчики на основі MEMS  
Використовують мікроелектромеханічні системи для вимірювання 
температури. Вони мають високу точність і маленькі розміри, що робить їх 
ідеальними для вбудованих систем. 
7)Біметалічні датчики 
Використовуються в простих термостатах. Складаються з двох металів з 
різними коефіцієнтами теплового розширення, які згинаються під час нагрівання. 
Кожен з цих типів сенсорів має свої переваги та недоліки, і вибір сенсора 
залежить від конкретних вимог застосування, таких як діапазон температур, 
точність, вартість, розмір і середовище використання. 
Сенсори температури води: Вимірюють температуру розчину поживних 
речовин, щоб запобігти перегріву або переохолодженню коренів. Для 
вимірювання температури води використовуються різні типи сенсорів, кожен з 
яких має свої переваги та особливості застосування. Ось основні типи сенсорів 
температури води: 
1.Термістори NTC і PTC. 
2.RTD. 
  3.Термопари. 
4.Напівпровідникові сенсори. 
5.Інфрачервоні (ІЧ) сенсори. 
6.Цифрові сенсори. Наприклад, сенсори DS18B20, які забезпечують 
цифровий вихід температури і можуть бути легко інтегровані з 
Лист 
ЧДТУ.242021.001 ПЗ 30 
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата  
 
мікроконтролерами. Вони можуть бути використані з водонепроникними зондами 
для вимірювання температури води. 
7.Капілярні сенсори. Використовуються в системах охолодження та 
нагрівання, де точність вимірювання температури менш важлива. Вони працюють 
на основі розширення рідини в капілярі під час нагрівання. 
Сенсори вологості повітря: Вимірюють рівень вологості повітря. Це 
особливо важливо для аеропонних систем, де корені рослин перебувають у 
повітрі. Сенсори вологості повітря використовуються для вимірювання рівня 
вологості в повітрі, що є важливим параметром у багатьох галузях, таких як 
агрономія, клімат-контроль, зберігання продуктів харчування та інші. Існує кілька 
типів сенсорів вологості, кожен з яких має свої переваги та особливості. 
1. Ємнісні сенсори 
   - Принцип дії: Вимірюють зміни ємності конденсатора, яка залежить від 
вологості повітря. Конденсатор складається з двох електродів і діелектрика між 
ними, який змінює свою діелектричну проникність залежно від вологості. 
   - Переваги: Висока точність, стабільність, широкий діапазон вимірювання, 
швидкий відгук. 
   - Недоліки: Вразливість до конденсації. 
2. Резистивні сенсори 
   - Принцип дії: Вимірюють зміни опору гігроскопічного матеріалу 
(наприклад, полімеру або солі), який поглинає або віддає вологу з повітря. 
   - Переваги: Простота виготовлення, відносно низька вартість. 
   - Недоліки: Менша точність у порівнянні з ємнісними сенсорами, 
можливість деградації матеріалу з часом. 
3. Термоелектричні сенсори 
   - Принцип дії: Вимірюють зміну теплопровідності повітря в залежності 
від його вологості. Вологе повітря проводить тепло краще, ніж сухе. 
   - Переваги: Стійкість до забруднень. 
   - Недоліки: Менша точність, залежність від температури навколишнього 
середовища. 
Лист 
ЧДТУ.242021.001 ПЗ 31 
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата  
 
4. Психрометричні сенсори 
   - Принцип дії: Використовують пару термометрів (сухий і вологий) для 
вимірювання вологості. Різниця температур між термометрами дозволяє 
обчислити відносну вологість. 
   - Переваги: Простота, надійність. 
   - Недоліки: Не підходять для автоматизованих систем, потребують ручного 
зчитування і обробки даних. 
5. Інфрачервоні сенсори 
   - Принцип дії: Вимірюють поглинання інфрачервоного випромінювання 
водяною парою в повітрі. 
   - Переваги: Безконтактний метод вимірювання, швидкий відгук. 
   - Недоліки: Висока вартість, складність у калібруванні. 
6. Оптичні сенсори 
   - Принцип дії: Вимірюють зміни в показниках заломлення оптичних 
матеріалів, чутливих до вологості. 
   - Переваги: Висока точність, можливість безконтактного вимірювання. 
   - Недоліки: Висока вартість, складність конструкції. 
Приклади популярних сенсорів вологості повітря: 
- DHT11/DHT22: Популярні цифрові сенсори, які вимірюють як 
температуру, так і вологість. DHT22 має вищу точність і діапазон вимірювання у 
порівнянні з DHT11. 
- SHT3x/SHT4x: Високоточні ємнісні сенсори від компанії Sensirion, які 
забезпечують швидкий відгук і стабільність вимірювань. 
- AM2302: Аналог DHT22, але з покращеною точністю і стабільністю. 
- HIH-4000/HIH-5030: Ємнісні сенсори від Honeywell, відомі своєю 
надійністю і точністю. 
Вибір сенсора вологості повітря залежить від конкретних вимог додатку, 
таких як: 
- Точність і діапазон вимірювання 
- Умови експлуатації (температура, наявність пилу, можливість конденсації) 
Лист 
ЧДТУ.242021.001 ПЗ 32 
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата  
 
- Швидкість відгуку 
- Стійкість до забруднень 
- Вартість та простота інтеграції 
Правильний вибір сенсора забезпечить надійний моніторинг і контроль 
вологості, що є критично важливим для ефективної роботи гідропонних та 
аеропонних ферм. 
Сенсори вологості ґрунту: вони використовуються в субстратних системах, 
де рослини ростуть у середовищі, яке утримує вологу.  
Сенсори вологості ґрунту використовуються для вимірювання вмісту води в 
ґрунті, що є важливим параметром для управління іригаційними системами та 
забезпечення оптимальних умов для зростання рослин. Існує кілька типів сенсорів 
вологості ґрунту, кожен з яких має свої переваги та особливості. 
1. Ємнісні сенсори 
2. Резистивні сенсори 
3. Тензометричні сенсори 
   - Принцип дії: Вимірюють силу, яку потрібно прикласти для вилучення 
води з ґрунту. Тензометр складається з пористої керамічної капсули, з'єднаної з 
манометром. 
   - Переваги: Пряма вимірювання доступності води для рослин. 
   - Недоліки: Складність установки, потреба в технічному обслуговуванні. 
4. Термоелектричні сенсори 
5. Нейтронні зонди 
   - Принцип дії: Випускають нейтрони і вимірюють їх розсіяння у ґрунті. 
Вологий ґрунт більше розсіює нейтрони, ніж сухий. 
   - Переваги: Висока точність, можливість вимірювання на великій глибині. 
   - Недоліки: Висока вартість, потреба в спеціальному дозволі для 
використання. 
Приклади популярних сенсорів вологості ґрунту 
- EC-5 (Decagon Devices): Ємнісний сенсор, відомий своєю точністю та 
надійністю, використовується для моніторингу вологості у різних типах ґрунтів. 
Лист 
ЧДТУ.242021.001 ПЗ 33 
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата  
 
- SM150 (Delta-T Devices): Ємнісний сенсор, який забезпечує швидкі та 
точні вимірювання вологості ґрунту, підходить для використання в польових 
умовах. 
- GS3 (Meter Group): Комбінований сенсор, що вимірює вологість, 
температуру і електропровідність ґрунту, використовується для детального аналізу 
стану ґрунту. 
- Watermark (Irrometer): Тензометричний сенсор, широко використовується 
для моніторингу доступності води для рослин. 
Вибір сенсора вологості ґрунту залежить від конкретних вимог, таких як: 
- Точність і діапазон вимірювання 
- Тип ґрунту 
- Глибина вимірювання 
- Умови експлуатації (температура, солоність, наявність каменів тощо) 
- Вартість та простота інтеграції 
- Потреба в калібруванні та обслуговуванні 
В системах гідропоніки та аеропоніки сенсори вологості ґрунту можуть 
використовуватися для моніторингу та управління рівнем вологості субстрату, що 
забезпечує оптимальні умови для росту рослин і допомагає уникнути пересихання 
або перенасичення водою. Це особливо важливо для автоматизованих систем, де 
точне і своєчасне вимірювання вологості є ключовим фактором успіху. 
Сенсори рівня води:Визначають рівень води у резервуарах та системах 
циркуляції, забезпечуючи своєчасне поповнення або видалення зайвої води. 
Сенсори рівня води використовуються для вимірювання та контролю рівня 
рідини в резервуарах, баках, водних системах та інших ємностях. Вони грають 
важливу роль в автоматизованих системах поливу, гідропоніці та аеропоніці. Існує 
кілька типів сенсорів рівня води, кожен з яких має свої переваги та застосування. 
1. Поплавкові сенсори 
   - Принцип дії: Мають поплавок, який піднімається або опускається разом з 
рівнем води, закриваючи або відкриваючи контакт. 
   - Переваги: Простота конструкції, низька вартість, надійність. 
Лист 
ЧДТУ.242021.001 ПЗ 34 
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата  
 
   - Недоліки: Можливість механічного зносу, залежність від чистоти води. 
2. Ємнісні сенсори 
   - Принцип дії: Вимірюють зміни ємності між двома електродами, які 
відбуваються при зміні рівня води. 
   - Переваги: Висока чутливість, можливість безконтактного вимірювання. 
   - Недоліки: Залежність від складу рідини, потреба в калібруванні. 
3. Ультразвукові сенсори 
   - Принцип дії: Випромінюють ультразвукові хвилі і вимірюють час, 
необхідний для відбиття хвиль від поверхні води. 
   - Переваги: Висока точність, безконтактність, підходять для агресивних 
середовищ. 
   - Недоліки: Висока вартість, залежність від наявності перешкод в зоні 
вимірювання. 
4. Радарні сенсори 
   - Принцип дії: Випромінюють радіохвилі і вимірюють час їх відбиття від 
поверхні води. 
   - Переваги: Висока точність, можливість вимірювання в умовах високого 
тиску та температури. 
   - Недоліки: Висока вартість, потреба в спеціальному обладнанні для 
монтажу. 
5. Провідні сенсори 
   - Принцип дії: Використовують електроди для вимірювання електричної 
провідності рідини, яка змінюється при зміні рівня води. 
   - Переваги: Простота конструкції, надійність. 
   - Недоліки: Залежність від складу рідини, потреба в обслуговуванні 
електродів. 
6. Оптичні сенсори 
   - Принцип дії: Використовують світлові промені, які відбиваються або 
поглинаються при контакті з водою. 
   - Переваги: Висока точність, швидка реакція. 
Лист 
ЧДТУ.242021.001 ПЗ 35 
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата  
 
   - Недоліки: Залежність від чистоти рідини, потреба в калібруванні. 
 Приклади популярних сенсорів рівня води 
- Senix ToughSonic (Ультразвукові сенсори): Відомі своєю надійністю та 
точністю в різних умовах. 
- VEGAPULS (Радарні сенсори): Використовуються для точного 
вимірювання рівня води в резервуарах з високим тиском. 
- Siemens SITRANS (Ємнісні сенсори): Забезпечують високу чутливість і 
точність вимірювань. 
- Honeywell (Поплавкові сенсори): Широко використовуються в 
промислових та побутових застосуваннях завдяки своїй простоті та надійності. 
Використання відповідних сенсорів рівня води дозволяє підвищити 
ефективність систем, знизити витрати на воду та електроенергію. 
Сенсори рН:Вимірюють рівень кислотності або лужності розчину 
поживних речовин. Оптимальний рівень рН є критичним для поглинання 
поживних речовин рослинами. Сенсори рН відіграють критичну роль у системах 
гідропоніки та аеропоніки. Від правильного рівня рН залежить здоров'я рослин і 
їхня здатність поглинати необхідні елементи. 
Сенсори рН зазвичай складаються з двох основних компонентів: 
1. Референтний електрод: Створює стабільний потенціал. 
2. Скляний електрод: Спеціальний скляний мембранний електрод, 
чутливий до концентрації іонів водню (H+) у розчині. 
При зануренні сенсора у розчин, мембранний електрод генерує електричний 
потенціал, який залежить від активності іонів водню. Цей потенціал порівнюється 
з потенціалом референтного електрода, і різниця між ними використовується для 
визначення рівня рН розчину. 
Типи сенсорів рН: 
1.Лабораторні сенсори рН 
   - Використовуються в лабораторних умовах для точних вимірювань рН. 
   - Зазвичай мають високу точність і чутливість. 
   - Потребують регулярного калібрування та обслуговування. 
Лист 
ЧДТУ.242021.001 ПЗ 36 
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата  
 
2.Промислові сенсори рН 
   - Розроблені для використання в складних умовах виробництва або 
промислових процесах. 
   - Відрізняються високою міцністю та стійкістю до агресивних середовищ. 
   - Мають довгий термін служби і можуть працювати в автоматичних 
системах моніторингу. 
3. Портативні сенсори рН 
   - Компактні пристрої для швидких вимірювань рН на місці. 
   - Зручні для використання в польових умовах або при швидких перевірках. 
   - Легкі у використанні, але можуть бути менш точними порівняно з 
лабораторними моделями. 
4.Сенсори рН для акваріумів та гідропоніки 
   - Спеціально розроблені для моніторингу рН у водних системах, таких як 
акваріуми або гідропонні системи. 
   - Можуть бути інтегровані з автоматичними системами контролю і 
корекції рН. 
Особливості використання сенсорів рН: 
-Калібрування: Для точних вимірювань сенсори рН потребують регулярного 
калібрування, зазвичай за допомогою буферних розчинів з відомим рН. 
-Обслуговування: Необхідно періодично чистити електроди, щоб уникнути 
накопичення відкладень і забезпечити точні вимірювання. 
-Температурна компенсація: Деякі сенсори мають вбудовану функцію 
температурної компенсації, яка враховує вплив температури на вимірювання рН. 
Приклади популярних сенсорів рН: 
- Hanna Instruments: Виробляють широкий асортимент сенсорів рН для 
лабораторних, промислових та польових застосувань. 
- Oakton Instruments: Відомі своїми портативними та промисловими 
сенсорами рН. 
- Vernier: Пропонують навчальні та лабораторні сенсори рН для точних 
вимірювань у навчальних та дослідницьких цілях. 
Лист 
ЧДТУ.242021.001 ПЗ 37 
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата  
 
- Atlas Scientific: Спеціалізуються на сенсорах для гідропоніки та акваріумів, 
зручних для інтеграції з автоматизованими системами контролю. 
Використання сенсорів рН у гідропоніці та аеропоніці: 
Сенсори рН є невід'ємною частиною систем контролю поживних розчинів у 
гідропоніці та аеропоніці. Вони дозволяють: 
-Моніторити рівень рН у режимі реального часу: Забезпечуючи оптимальні 
умови для росту рослин. 
-Автоматизувати процес корекції рН: Використовуючи дані від сенсорів для 
автоматичного дозування кислот або лугів. 
Сенсори електропровідності (EC): вимірюють концентрацію розчинених 
солей у воді, що дозволяє контролювати рівень поживних речовин у розчині.  
Сенсори EC працюють за принципом вимірювання електропровідності 
водного розчину. Електропровідність залежить від кількості іонів, присутніх у 
розчині, тому чим більше розчинених солей, тим вище електропровідність. 
Сенсор EC зазвичай складається з двох електродів, між якими проходить 
електричний струм. Опір, з яким розчин проводить цей струм, використовується 
для обчислення електропровідності. 
Типи сенсорів електропровідності (EC): 
1.Лабораторні сенсори EC 
   - Призначені для точних вимірювань у контрольованих умовах 
лабораторії. 
   - Зазвичай мають високу чутливість і точність. 
   - Використовуються для дослідницьких цілей і калібрування інших 
сенсорів. 
2.Промислові сенсори EC 
   - Розроблені для роботи у важких умовах виробництва. 
   - Відрізняються високою міцністю та стійкістю до агресивних середовищ. 
   - Можуть використовуватися в автоматизованих системах моніторингу та 
контролю. 
 
Лист 
ЧДТУ.242021.001 ПЗ 38 
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата  
 
3.Портативні сенсори EC 
   - Компактні та зручні для використання на місці. 
   - Підходять для швидких перевірок концентрації поживних речовин. 
   - Легкі у використанні, але можуть бути менш точними, ніж лабораторні 
моделі. 
4.Сенсори EC для гідропоніки 
   - Спеціально розроблені для моніторингу концентрації поживних речовин 
у гідропонних та аеропонних системах. 
   - Можуть бути інтегровані з автоматичними системами дозування 
поживних речовин. 
Особливості використання сенсорів: 
-Калібрування: Для точних вимірювань сенсори EC потребують регулярного 
калібрування за допомогою стандартних розчинів з відомою електропровідністю. 
-Обслуговування: Періодичне очищення електродів необхідне для 
уникнення відкладень та забезпечення точних вимірювань. 
- Температурна компенсація: Деякі сенсори мають функцію температурної 
компенсації, яка враховує вплив температури на електропровідність розчину. 
Приклади популярних сенсорів EC: 
- Hanna Instruments: Пропонують широкий асортимент сенсорів EC для 
різних застосувань, включаючи гідропоніку. 
- Bluelab: Відомі своїми портативними та стаціонарними сенсорами для 
вимірювання EC у гідропонних системах. 
- Atlas Scientific: Виробляють сенсори EC, які легко інтегруються з 
автоматизованими системами контролю. 
- Milwaukee Instruments: Пропонують надійні сенсори EC для лабораторного 
та промислового використання. 
Використання сенсорів EC у гідропоніці та аеропоніці: 
Сенсори EC є критично важливими для ефективного управління 
концентрацією поживних речовин у гідропонних та аеропонних системах. Вони 
дозволяють: 
Лист 
ЧДТУ.242021.001 ПЗ 39 
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата  
 
- Моніторити концентрацію поживних речовин: Забезпечуючи рослинам 
необхідні елементи для здорового росту. 
- Регулювати дозування добрив: Використовуючи дані від сенсорів для 
автоматичного коригування концентрації поживних розчинів. 
- Запобігати надмірному або недостатньому живленню: Підтримуючи 
оптимальні умови для росту рослин і мінімізуючи ризик дефіциту або токсичності 
елементів. 
Сенсори освітленості: Вимірюють інтенсивність світла, що досягає рослин, 
забезпечуючи оптимальний рівень освітлення для фотосинтезу. 
Принцип роботи сенсора освітленості використовують фоточутливі 
компоненти, такі як фотодіоди або фототранзистори, які реагують на світлові 
потоки. Коли світло падає на фоточутливий елемент, генерується електричний 
сигнал, який пропорційний інтенсивності світла. Цей сигнал потім обробляється 
електронними схемами сенсора і може бути відображений у вигляді числового 
значення або аналогового сигналу. 
Типи сенсорів освітленості 
1.Фотодіоди: Електронний компонент, який генерує електричний сигнал 
при засвічуванні. 
2.Фототранзистори: Аналогічні фотодіодам, але з додатковим 
транзистором для підсилення сигналу. 
3.Фоторезистори (фоторезистори): Електронні компоненти, що 
змінюють свій опір в залежності від рівня освітленості. 
4.Фотодетектори: Використовуються для вимірювання рівня світла в 
широкому діапазоні, включаючи видиме, ультрафіолетове та інфрачервоне світло. 
Використання: 
- Контроль освітленості в приміщеннях: Сенсори освітленості можуть 
використовуватися для автоматичного регулювання освітлення в будівлях з метою 
заощадження енергії та забезпечення комфортних умов для користувачів. 
Лист 
ЧДТУ.242021.001 ПЗ 40 
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата  
 
- Вимірювання рівня світла в садах та оранжереях: У галузі сільського 
господарства сенсори освітленості допомагають визначити оптимальні умови для 
росту рослин, забезпечуючи їм необхідне освітлення. 
- Керування роботою світлодіодних ламп: Сенсори освітленості можуть 
використовуватися для автоматичного включення або вимикання світла. 
Ось деякі популярні сенсори освітлення, які часто використовуються в 
різних застосуваннях: 
-BH1750FVI: Це цифровий сенсор освітлення, який пропонує вимірювання 
освітленості в діапазоні від 1 лк до 65535 лк. Він забезпечує широкий динамічний 
діапазон і простий у використанні. 
-TSL2561: Це аналогово-цифровий сенсор освітлення з великим динамічним 
діапазоном і високою роздільною здатністю. Він забезпечує вимірювання від 
слабкого освітлення при низькій напрузі до яскравого світла на відкритому 
повітрі. 
-APDS-9301: Це інтегрований сенсор освітлення з цифровим виходом. Він 
має низьке енергоспоживання і простий інтерфейс з мікроконтролером. 
-MAX44009: Це дуже чутливий цифровий сенсор освітлення, який пропонує 
великий динамічний діапазон та низьке споживання енергії. 
-GL5528: Це аналоговий фоторезистор, який змінює свій опір в залежності 
від рівня освітленості. Він дешевий і легкий у використанні, але може 
потребувати додаткових компонентів для зчитування сигналу. 
Ці сенсори можуть бути використані для вимірювання рівня освітленості в 
приміщеннях, на вулицях, в теплицях або в будь-якому іншому місці, де потрібно 
контролювати освітлення. 
Крім того, на ринку також існує багато інших сенсорів освітлення від різних 
виробників і з різними характеристиками, що відповідають конкретним потребам і 
вимогам застосування. Деякі з цих сенсорів можуть мати додаткові функції, такі 
як вбудований фільтр шуму, захист від спотворень та інші. При виборі сенсора 
освітлення важливо враховувати такі параметри, як діапазон вимірювання, 
точність, швидкість відповіді, інтерфейс зв'язку та споживання енергії. 
Лист 
ЧДТУ.242021.001 ПЗ 41 
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата  
 
 
Сенсори спектра світла: Аналізують спектральний склад світла, що 
дозволяє регулювати якість освітлення для різних фаз росту рослин. 
Принцип роботи сенсорів спектра світла полягає у використовують 
фотодетектори або фоточутливі елементи, які реагують на різні діапазони світла. 
Ці сенсори можуть вимірювати інтенсивність світла в різних хвильових довжинах, 
що дозволяє отримати інформацію про склад та рівень освітлення. 
Типи сенсорів спектра світла: 
1.Фотодіоди: Це один з найпоширеніших типів сенсорів спектра світла. 
Вони вимірюють інтенсивність світла в різних діапазонах хвильових довжин. 
2.Фототранзистори: Схожі на фотодіоди, але мають вбудований транзистор, 
що підвищує чутливість. 
3.Фоточутливі резистори (LDR): Ці сенсори змінюють свій опір в 
залежності від інтенсивності світла. 
4.Фотопідсилювачі: Вони посилюють слабкі сигнали світла для 
підвищення чутливості вимірювання. 
Особливості використання сенсорів спектра світла: 
- Підвищена точність вимірювання інтенсивності світла. 
- Можливість аналізувати склад та спектральні характеристики світла. 
- Зручність і швидкість отримання даних через цифрові інтерфейси. 
- Можливість інтеграції з автоматичними системами контролю росту 
рослин. 
Приклади популярних сенсорів спектра світла: 
-TSL256: Цифровий сенсор світла з широким діапазоном вимірювання від 
інфрачервоного до видимого світла. 
-BH1750: Цифровий сенсор світла з високою точністю вимірювання та 
широким діапазоном робочих температур. 
-MLX75305: Високочутливий сенсор спектра світла з можливістю 
вимірювання інтенсивності ультрафіолетового, видимого та інфрачервоного 
світла. 
Лист 
ЧДТУ.242021.001 ПЗ 42 
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата  
 
Використання сенсорів у гідропоніці та аеропоніці: 
- Контроль і регулювання освітлення для оптимального росту рослин. 
- Моніторинг спектрального складу світла для оптимізації фотосинтезу. 
- Автоматизоване налаштування інтенсивності освітлення в залежності від 
потреб рослин. 
- Інтеграція з системами автоматичного поливу та живлення для створення 
повністю автоматизованих гідропонічних і аеропонічних систем. 
Сенсори вмісту кисню:Використовуються для вимірювання рівня кисню у 
воді або в повітрі, що важливо для здоров'я кореневої системи.Нижче подано деякі 
основні типи сенсорів вмісту кисню: 
1.Електрохімічні сенсори кисню: Ці сенсори використовують 
електрохімічні реакції для вимірювання концентрації кисню. Вони мають катод і 
анод, розділені електролітом, де відбувається окислення кисню. Електричний 
струм, який виникає під час цієї реакції, пропорційний концентрації кисню і може 
бути виміряний. 
2. Оптичні сенсори кисню: Ці сенсори використовують оптичні методи для 
вимірювання концентрації кисню. Вони містять флуоресцентні матеріали, які 
змінюють свою флуоресценцію в залежності від концентрації кисню в 
навколишньому середовищі. Зміна флуоресценції може бути виміряна і 
використовується для визначення концентрації кисню. 
3. Гальванічні сенсори кисню: Ці сенсори використовують два електроди з 
різними потенціалами окислення-відновлення для вимірювання концентрації 
кисню. Реакція між киснем і одним з електродів генерує електричний струм, який 
пропорційний концентрації кисню. 
4. П'єзоелектричні сенсори кисню: Ці сенсори використовують кристали, 
які змінюють свою електричну поляризацію в залежності від деформації, що 
виникає внаслідок взаємодії з киснем. Зміна електричної поляризації може бути 
виміряна і використовується для визначення концентрації кисню.  
Особливості використання сенсорів вмісту кисню: 
- Надійність і точність вимірювань. 
Лист 
ЧДТУ.242021.001 ПЗ 43 
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата  
 
- Відмінна реакція на зміни кисневого рівня. 
- Вимагається регулярна калібрування та обслуговування. 
Приклади популярних сенсорів: 
1.OX-07 Portable Oxygen Detector: Цей портативний датчик вимірює 
концентрацію кисню у повітрі. Він має високу точність та широкий діапазон 
вимірювання. 
2. Alphasense O2-A2 Oxygen Sensor: Цей сенсор має компактний розмір та 
використовує електрохімічний метод для вимірювання концентрації кисню. Він 
підходить для використання в промислових та наукових додатках. 
3. Teledyne API Oxygen Sensor: Цей датчик також використовує 
електрохімічний метод для вимірювання кисню у повітрі. Він має високу точність 
та надійність. 
4. DFRobot Gravity: Analog Infrared CO2 Sensor for Arduino: Цей сенсор може 
також вимірювати рівень кисню у повітрі. Він працює за допомогою 
інфрачервоного випромінювання і має зручний інтерфейс для підключення до 
Arduino та інших мікроконтролерів. 
5. Maxtec MAX-250E Oxygen Analyzer: Цей сенсор призначений для 
вимірювання концентрації кисню в медичних апаратах та системах 
життєзабезпечення. Він має високу точність та швидкість реакції. 
Ці моделі є лише деякими прикладами популярних сенсорів вмісту кисню, 
які доступні на ринку.  
У гідропоніці та аеропоніці, де кількість кисню у воді або вздушному 
середовищі має велике значення для здоров'я рослин, сенсори кисню можуть 
використовуватися для контролю та підтримки оптимального рівня кисню. Це 
допомагає уникнути задушення коренів рослин та забезпечити їм необхідні умови 
для росту і розвитку. 
Сенсори CO2:Вимірюють концентрацію вуглекислого газу у повітрі, що 
важливо для фотосинтезу рослин. 
Сенсори CO2 вимірюють концентрацію діоксиду вуглецю у повітрі. Вони 
працюють на основі реакцій між CO2 та реагентами або технологіями, що 
Лист 
ЧДТУ.242021.001 ПЗ 44 
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата  
 
вимагають зміни властивостей матеріалів, таких як зміна електричного опору, 
світлового поглинання або вимірювання реакції на інші фізичні параметри. 
Типи сенсорів CO2: 
1. Інфрачервоні сенсори: Вони вимірюють поглинання інфрачервоного 
світла, яке залежить від концентрації CO2. 
2. Хемілюмінесцентні сенсори: Вони використовують реакції між CO2 та 
хімічними реагентами для вимірювання концентрації. 
3. Оптичні сенсори: Вони використовують зміни світлового поглинання або 
розсіювання у присутності CO2. 
Особливості використання сенсорів CO2: 
- Висока точність вимірювань. 
- Здатність працювати в широкому діапазоні температур та вологості. 
- Вимагається регулярна калібрування та обслуговування. 
Приклади популярних сенсорів CO2: 
1. OX-07 Portable Oxygen Detector: Цей портативний датчик вимірює 
концентрацію кисню у повітрі. Він має високу точність та широкий діапазон 
вимірювання. 
2. Alphasense O2-A2 Oxygen Sensor: Цей сенсор має компактний розмір та 
використовує електрохімічний метод для вимірювання концентрації кисню. Він 
підходить для використання в промислових та наукових додатках. 
3. Teledyne API Oxygen Sensor: Цей датчик також використовує 
електрохімічний метод для вимірювання кисню у повітрі. Він має високу точність 
та надійність. 
4. DFRobot Gravity: Analog Infrared CO2 Sensor for Arduino: Цей сенсор може 
також вимірювати рівень кисню у повітрі. Він працює за допомогою 
інфрачервоного випромінювання і має зручний інтерфейс для підключення до 
Arduino та інших мікроконтролерів. 
5. Maxtec MAX-250E Oxygen Analyzer: Цей сенсор призначений для 
вимірювання концентрації кисню в медичних апаратах та системах 
життєзабезпечення. Він має високу точність та швидкість реакції. 
Лист 
ЧДТУ.242021.001 ПЗ 45 
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата  
 
У гідропоніці та аеропоніці, де оптимальний рівень CO2 впливає на 
фотосинтез та ріст рослин, сенсори CO2 можуть використовуватися для контролю 
та регулювання рівня CO2 у воздуху навколо коренів або листя рослин. Це 
дозволяє досягти оптимальних умов для фотосинтезу та забезпечити зростання з 
високим врожаєм. 
Принцип інтеграції сенсорів в автоматизовані системи. Сенсори та датчики 
збирають дані в режимі реального часу, які потім обробляються центральним 
контролером або системою керування. На основі цих даних система автоматично 
регулює параметри середовища, такі як полив, освітлення, температура, рівень 
поживних речовин і т.д. Це дозволяє забезпечити стабільні та оптимальні умови 
для росту рослин, мінімізуючи ручну працю та підвищуючи ефективність 
вирощування.Інтеграція сенсорів з сучасними технологіями, такими як Інтернет 
речей (IoT), хмарні обчислення та машинне навчання, дозволяє створювати ще 
більш розумні та адаптивні системи, що забезпечують високу продуктивність та 
якість рослинництва 
2.2 Контролери та системи управління 
Для автоматизації гідропонних та аеропонних ферм використовуються 
різноманітні контролери та системи управління, які допомагають моніторити та 
регулювати параметри середовища. Найпопулярнішими з них є Arduino, Raspberry 
Pi та інші контролери. Крім апаратного забезпечення, важливу роль відіграє 
програмне забезпечення для автоматизації. 
Контролери та системи управління 
Arduino - це простий у використанні контролер, який часто 
використовується для автоматизації в гідропоніці та аеропоніці. Він дозволяє 
підключати різні сенсори та актори (насоси, світильники, вентилятори тощо) для 
моніторингу та управління системою. 
Особливості Arduino: 
- Відкритий вихідний код і апаратне забезпечення. 
- Велика спільнота та багато прикладів використання. 
- Підтримка великої кількості сенсорів та модулів. 
Лист 
ЧДТУ.242021.001 ПЗ 46 
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата  
 
- Простота програмування на мові C++. 
Raspberry Pi - це більш потужний контролер, який є повноцінним 
комп'ютером на одній платі. Він може виконувати складніші завдання, включаючи 
роботу з базами даних, веб-інтерфейси та більш складні алгоритми автоматизації. 
Особливості Raspberry Pi 
- Підтримка операційної системи Linux. 
- Можливість підключення до інтернету та інших мереж. 
- Потужний процесор і великий обсяг пам'яті. 
- Можливість використовувати різноманітне програмне забезпечення. 
Інші контролери 
Крім Arduino та Raspberry Pi, існують інші контролери, такі як ESP32, 
BeagleBone, NodeMCU тощо. Вони також можуть використовуватися для 
автоматизації ферм і мають свої унікальні особливості. 
Програмне забезпечення відіграє ключову роль в автоматизації гідропонних 
та аеропонних систем. Воно дозволяє писати алгоритми для контролерів, 
моніторити параметри середовища та здійснювати дистанційне управління 
системою. 
Програмне забезпечення для Arduino 
Arduino IDE - це офіційне середовище розробки для Arduino, яке дозволяє 
писати, компілювати та завантажувати код на контролер. Воно підтримує велику 
кількість бібліотек для різних сенсорів та акторів 
Програмне забезпечення для Raspberry Pi 
Raspberry Pi підтримує різноманітне програмне забезпечення, включаючи Python, 
Node-RED, Home Assistant та багато інших. Це дозволяє створювати складні 
системи автоматизації з можливістю дистанційного управління та моніторингу. 
Приклади програмного забезпечення: 
- Python: Багато бібліотек для роботи з сенсорами та акторів, таких як `RPi.GPIO`, 
`Adafruit_Python_DHT`. 
Лист 
ЧДТУ.242021.001 ПЗ 47 
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата  
 
- Node-RED: Інструмент для візуального програмування, який дозволяє 
створювати потоки даних для автоматизації. 
- Home Assistant: Платформа для автоматизації будинку, яка може бути 
налаштована для гідропонних систем. 
Програмне забезпечення для інших контролерів 
Інші контролери, такі як ESP32, також підтримують різноманітне програмне 
забезпечення. Наприклад, ESP32 може програмуватись за допомогою Arduino 
IDE, PlatformIO, Micropython тощо. 
2.3 Інтернет речей (IoT), хмарні технології та подальші можливості 
інтегрування штучного інтелекту 
Інтернет речей (IoT) надає величезні можливості для віддаленого моніторингу та 
управління гідропонними та аеропонними системами. Використання IoT дозволяє 
фермерам отримувати дані в режимі реального часу, аналізувати їх та 
здійснювати управління системами з будь-якого місця у світі. Розглянемо основні 
компоненти IoT, їх використання, переваги та конкретні приклади. 
Компоненти IoT для гідропонних та аеропонних ферм 
1. Сенсори та датчики 
o Температури повітря та води: TMP36, DS18B20 
o Вологості повітря та ґрунту: DHT11, DHT22, Soil Moisture Sensor 
o Рівня води: Ultrasonic Sensor, Float Switch 
o рН: Analog pH Sensor 
o Електропровідності (EC): EC Sensor 
o Освітленості: BH1750, TSL2561 
o Спектра світла: AS7262, TCS34725 
o Вмісту кисню: Dissolved Oxygen Sensor 
o CO2: MH-Z19 
 
Лист 
ЧДТУ.242021.001 ПЗ 48 
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата  
 
2. Контролери 
o Arduino: Зручний для простих систем з базовими функціями 
моніторингу та управління. 
o Raspberry Pi: Використовується для складніших задач, включаючи 
обробку даних та інтеграцію з хмарними сервісами. 
o ESP32: Забезпечує вбудований Wi-Fi та Bluetooth, підходить для 
бездротових систем. 
3. Комунікаційні модулі 
o Wi-Fi: ESP8266, ESP32 
o Bluetooth: HC-05, HC-06 
o LoRa: RFM95W, SX1276 (для далекої бездротової передачі даних) 
o GSM/GPRS: SIM800L, SIM900 (для мобільних мереж) 
4. Програмне забезпечення та платформи 
o Blynk: Платформа для створення мобільних додатків для IoT проектів. 
o ThingSpeak: Аналітика даних для IoT з можливістю побудови графіків 
та моніторингу. 
o Node-RED: Інструмент для візуального програмування, інтеграції 
різних пристроїв та служб. 
o Home Assistant: Платформа для домашньої автоматизації, яка може 
бути використана для управління гідропонними системами.  
Переваги використання IoT: 
1. Віддалений моніторинг: Можливість отримання даних про стан системи в 
режимі реального часу з будь-якого місця. 
2. Автоматизація: Системи можуть автоматично регулювати параметри на 
основі даних сенсорів. 
3. Аналітика даних: Збір та аналіз даних дозволяють виявляти тенденції та 
оптимізувати процеси. 
4. Попередження про несправності: Вчасне повідомлення про проблеми 
дозволяє швидко реагувати та уникати втрат. 
Лист 
ЧДТУ.242021.001 ПЗ 49 
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата  
 
5. Ефективне використання ресурсів: Оптимізація використання води, 
добрив та енергії. 
 
Використання IoT в гідропоніці та аеропоніці 
1. Моніторинг параметрів середовища: Температура, вологість, освітленість, 
рівень води, pH, EC, CO2. 
2. Управління системою: Регулювання освітлення, живлення, поливу та 
вентиляції. 
3. Дистанційне управління: Контроль системи через мобільні додатки або веб-
інтерфейси. 
4. Попередження та оповіщення: Надсилання повідомлень про аномальні 
умови або несправності. 
5. Аналітика та оптимізація: Використання зібраних даних для покращення 
процесів вирощування. 
Інтеграція IoT у гідропоніку та аеропоніку значно покращує ефективність, 
зменшує витрати ресурсів та підвищує продуктивність систем. 
Застосування хмарних сервісів для зберігання та аналізу даних у 
гідропонних та аеропонних фермах 
Хмарні сервіси відіграють важливу роль у системах IoT, забезпечуючи 
зберігання, обробку та аналіз великих обсягів даних. Використання хмарних 
технологій дозволяє отримувати інформацію в реальному часі, автоматизувати 
процеси управління, а також здійснювати глибокий аналіз для покращення 
ефективності ферм. Розглянемо основні аспекти використання хмарних сервісів у 
контексті гідропонних та аеропонних систем. 
Основні компоненти хмарних сервісів: 
1. Збір даних 
Лист 
ЧДТУ.242021.001 ПЗ 50 
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата  
 
o Сенсори та датчики: Дані з різних сенсорів (температура, вологість, 
освітленість, pH, EC тощо) збираються контролерами. 
o Контролери та шлюзи: Пристрої, як-от Arduino, Raspberry Pi, ESP32, 
збирають дані від сенсорів і передають їх до хмарних сервісів через 
Wi-Fi, Ethernet або мобільні мережі. 
2. Передача даних 
o Протоколи передачі: HTTP, MQTT, CoAP, WebSocket. 
o Комунікаційні модулі: Wi-Fi, Ethernet, GSM/GPRS, LoRa. 
3. Зберігання даних 
o Бази даних: SQL (MySQL, PostgreSQL), NoSQL (MongoDB, 
Cassandra), часоредні (InfluxDB, TimescaleDB). 
o Хмарні платформи: AWS (Amazon Web Services), Google Cloud 
Platform (GCP), Microsoft Azure, IBM Cloud. 
4. Аналіз даних 
o Аналітичні інструменти: BigQuery, AWS Redshift, Google Data Studio, 
Microsoft Power BI. 
o Машинне навчання та AI: TensorFlow, PyTorch, AWS SageMaker, 
Google AI Platform. 
5. Візуалізація даних 
o Панелі моніторингу: Grafana, Kibana, Google Data Studio. 
o Мобільні додатки та веб-інтерфейси: Blynk, Thinger.io, Cayenne. 
Застосування хмарних сервісів: 
1. Зберігання даних 
o Google Cloud Platform (GCP): Використання Google Cloud Storage для 
зберігання великих обсягів даних. Google Firestore для реального часу 
баз даних. 
o Amazon Web Services (AWS): Використання Amazon S3 для зберігання 
даних, AWS RDS для реляційних баз даних, та AWS DynamoDB для 
NoSQL баз даних. 
Лист 
ЧДТУ.242021.001 ПЗ 51 
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата  
 
2. Аналіз даних 
o Google BigQuery: Потужний інструмент для аналізу великих обсягів 
даних з використанням SQL-подібних запитів. 
o AWS Redshift: Високопродуктивний інструмент для аналізу даних на 
рівні підприємств. 
o Microsoft Azure: Використання Azure Synapse Analytics для 
комплексного аналізу даних. 
3. Візуалізація даних 
o Grafana: Популярний інструмент для створення дашбордів і 
візуалізації даних з різних джерел. 
o Google Data Studio: Безкоштовний інструмент для створення 
інтерактивних звітів та дашбордів. 
o Power BI: Інструмент від Microsoft для аналізу та візуалізації даних. 
4. Інтеграція з IoT 
o AWS IoT Core: Сервіс для безпечного підключення пристроїв до 
хмарних додатків та інших пристроїв. 
o Google Cloud IoT Core: Керована служба, яка дозволяє легко і 
безпечно підключати, керувати та отримувати дані з пристроїв IoT. 
o Microsoft Azure IoT Hub: Хмарний шлюз для підключення, 
моніторингу та керування мільйонами IoT пристроїв. 
Приклад використання хмарного сервісу: 
1. Збір даних 
o Контролер ESP32 збирає дані з сенсорів (температура, вологість, рН, 
EC) та передає їх через Wi-Fi на сервер. 
 
2. Передача даних 
o Дані передаються через MQTT протокол до хмарного сервісу AWS IoT 
Core. 
Лист 
ЧДТУ.242021.001 ПЗ 52 
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата  
 
3. Зберігання даних 
o AWS IoT Core пересилає дані до Amazon DynamoDB для зберігання в 
NoSQL базі даних. 
4. Аналіз даних 
o Дані з DynamoDB аналізуються за допомогою AWS Lambda та 
зберігаються в Amazon S3 для довгострокового зберігання. 
5. Візуалізація даних 
o Дані з Amazon S3 візуалізуються за допомогою Grafana, що дозволяє 
створювати інтерактивні дашборди та моніторинг в реальному часі. 
6. Віддалене управління 
o За допомогою мобільного додатку на платформі Blynk фермери 
можуть віддалено моніторити та управляти системою. 
Існують ось такі переваги використання хмарних сервісів: 
1. Масштабованість: Можливість легко розширювати систему у відповідь на 
зростання кількості пристроїв та обсягів даних. 
2. Доступність: Доступ до даних та управління системою з будь-якої точки 
світу. 
3. Безпека: Хмарні сервіси забезпечують високий рівень безпеки даних. 
4. Аналітика в реальному часі: Отримання інсайтів та рекомендацій на основі 
реальних даних. 
5. Зниження витрат: Зменшення витрат на фізичні сервери та обслуговування 
інфраструктури. 
Існує безліч різних сенсорів, датчиків та систем управління, за допомогою 
яких можна здійснювати автоматичне управління усіма системами ферм. Деякі з 
них краще працюють на вулиці, а деякі здатні добре працювати лише у 
приміщеннях. Такий великий список технологій дозволяє підібрати для кожної 
окремої ситуації та середовища своє рішення. Наприклад, сенсори вологості 
повітря та ґрунту можуть бути оптимізовані для роботи у різних умовах, 
забезпечуючи точність вимірювань незалежно від середовища. Температурні 
Лист 
ЧДТУ.242021.001 ПЗ 53 
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата  
 
сенсори можуть використовуватися як для контролю температури води в 
гідропонних системах, так і для моніторингу температури повітря у теплицях. 
Системи контролю освітленості можуть бути налаштовані для оптимального 
росту рослин у різних умовах, забезпечуючи потрібну інтенсивність та спектр 
світла. Сенсори рН та електропровідності (EC) допомагають підтримувати 
ідеальний баланс поживних речовин у воді, що є критично важливим для здоров'я 
рослин у гідропонних системах. Вологоміри ґрунту дозволяють фермерам точно 
знати, коли необхідно поливати рослини, запобігаючи як пересиханню, так і 
надмірному зволоженню. 
Системи управління на базі Arduino або Raspberry Pi дозволяють 
автоматизувати процеси, збільшуючи ефективність і зменшуючи людські зусилля. 
З використанням Інтернету речей (IoT) фермери можуть віддалено контролювати 
свої системи, отримуючи дані в режимі реального часу і оперативно реагуючи на 
будь-які зміни. Хмарні сервіси забезпечують зберігання та аналіз даних, що 
дозволяє робити прогнози і приймати обґрунтовані рішення. 
Завдяки інтеграції з мобільними додатками, фермери можуть отримувати 
повідомлення про критичні зміни параметрів, забезпечуючи своєчасне втручання. 
Автоматизовані системи можуть бути запрограмовані на виконання певних дій, 
наприклад, включення помп для поливу або змінення режиму освітлення залежно 
від часу доби. Це дозволяє створювати більш стійкі і продуктивні ферми, які 
потребують менше ручного втручання. 
Таким чином, сучасні технології дозволяють фермерам краще контролювати 
всі аспекти вирощування рослин, підвищуючи врожайність і якість продукції. 
Інтеграція різних типів сенсорів і систем управління в єдину мережу забезпечує 
комплексний підхід до управління фермою. Це дозволяє не тільки знижувати 
витрати, але і підвищувати екологічну стійкість сільськогосподарських процесів. 
 
Інтегрування штучного інтелекту 
Інтеграція штучного інтелекту у фермерські господарства відкриває нові 
можливості для оптимізації процесів та підвищення ефективності сільського 
Лист 
ЧДТУ.242021.001 ПЗ 
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата  54 
 
господарства. Штучний інтелект здатний аналізувати величезні обсяги даних, що 
дозволяє створювати точні прогнози, автоматизувати управління ресурсами та 
підвищувати продуктивність. 
 Основні напрямки інтеграції: 
1. Моніторинг і аналіз даних: Використання датчиків та дронів для збору 
даних про стан ґрунту, рослин та кліматичних умов, які потім аналізуються 
алгоритмами штучного інтелекту для виявлення оптимальних умов вирощування. 
2. Автоматизація управління: Роботи та автоматизовані системи, керовані 
штучним інтелектом, можуть здійснювати полив, внесення добрив та захист 
рослин з максимальною точністю та ефективністю. 
3. Прогнозування врожайності: Алгоритми машинного навчання аналізують 
історичні дані та поточні умови, щоб прогнозувати врожайність та рекомендувати 
оптимальні дії для покращення результатів. 
4. Управління ланцюгами постачання: Штучний інтелект допомагає 
оптимізувати логістику та зменшити втрати під час транспортування та зберігання 
продукції, що підвищує загальну ефективність фермерських господарств. 
Інтеграція штучного інтелекту у ферми, зокрема у гідропонні та аеропонні 
системи, сприяє розвитку стійкого сільського господарства, забезпечуючи 
ефективне використання ресурсів та мінімізуючи негативний вплив на 
навколишнє середовище. 
Лист 
ЧДТУ.242021.001 ПЗ 55 
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата  
 
3 РОЗРОБКА СИСТЕМИ АВТОМАТИЗОВАНОГО УПРАВЛІННЯ 
ГІДРОПОННОЇ ФЕРМИИ 
У власному проекті вирішив розробляти систему керування та 
спостереження на базі аеропонної ферми з технології NFT, хоча ця технологія 
потребує меншої кількості поживного розчину, ніж плаваюча коренева система, 
вона потребує додаткової енергії та компонентів для роботи. 
3.1 Тип конструкції гідропонної ферми ії особливості 
З огляду на те що була обрана Техніка поживної плівки(NFT)(рис.1.3 d) – 
мною було прийнято рішення окремо розробити модуль(Рисунок 3.1) та систему 
контролю і регулювання середовища. Це рішення має низку переваг:       
1)Можливість масштабування та побудови конструкціі слоями(з декількох 
модулів); 2) Змога вирощувати певний перелік рослин без зміни налаштувань обо 
конструкції; 3) Мала собівартість: 4) Можливість швидкої побудови та 
налаштування. Оскільки конструкція нескладна; 5) На ціле приміщеня можна 
використовувати лише одну систему керування при умові збіжності культур.  
 У цій технології коріння рослини не повністю занурене в живильний 
розчин, а в потік рідини, що тече через поддонів які розташовані під невеличким 
кутом. 
 Хоча NFT потребує меншої кількості поживного розчину, ніж плаваюча 
коренева система, вона потребує додаткової енергії та компонентів для роботи. 
Надлишок розчину повертається в резервуар для зберігання самопливом, і потік 
живильного розчину може бути безперервним або періодичним з огляду на те що 
чатина розчину буде зберігатися у субстраті. Це допоможе зменшити споживання 
енергії. 
Лист 
ЧДТУ.242021.001 ПЗ 56 
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата  
 
 
Рисунок 3.1 – конструкція модуля 
3.2   Проектування системи спостереження та контролю(підбір компонентів) 
Arduino Mega на базі ATmega 2560. 
Arduino Mega 2560 (рис. 3.1) [ 1 ]побудована на базі мікроконтролера 
ATMega2560. Сумісна з усіма платами розширення, розробленими для 
платформ Uno або Duemilanove. мікроконтролер призначений для 
програмування автономних мікропроцесорних об'єктів або може 
підключатися до програмного забезпечення, що виконується на комп'ютері 
(наприклад, Adobe Flash, Processing, Pure Data, SuperCollider). Передбачений 
інтерфейс ICSP (In Circuit Serial Programming) для підключення 
програматора і перепрограмування вбудованого мікроконтролера [19]. 
Даний мікроконтролер був обраний для побудови системи через порівняно 
велику кількість цифрових і аналогових пінів та велику кількість пам’яті 
EEPROM, що в майбутньому дозволить розширити систему та покращити 
функціонал. 
 
Рисунок 3.2 – Arduino Mega 2560 
Лист 
ЧДТУ.242021.001 ПЗ 57 
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата  
 
Робота мікроконтролера передбачена при живленні плати 5 В. При 
напрузі живлення нижче 7В, вивід 5V може видавати менш 5В і це може 
привести до нестабільної роботи. Якщо використовувати напругу вище 12В 
регулятор напруги може перегрітися і пошкодити мікроконтролер. 
Характеристики Arduino Mega 2560 наведено в таблиці 3.1. 
Таблиця 3.1 – Характеристики Arduino Mega 2560 
Характеристика Значення 
Мікроконтролер  ATmega2560 
Рекомендована напруга (межі) 7-12 В (6-20 В) 
Цифрові входи/виходи 54 (з них 15 можуть працювати як 
ШІМ-виходи) 
Аналогові входи 16 
Постійний струм I/O пін 20 мА 
Постійний струм 3.3В пін 50 мА 
Флеш-пам'ять 256 КБ (з них 8 КБ 
використовується завантажувачем) 
Оперативна пам'ять  8 КБ 
EEPROM 4 КБ 
Швидкість тактового генератора 16 МГц 
UART 4 
ШІМ-канали 15 
Таймери 6 (2*8-біт, 4*16-біт) 
I2C Так (SDA: 20, SCL: 21) 
SPI Так (MISO: 50, MOSI: 51, SCK: 52, 
SS: 53) 
Порти живлення  3.3В, 5В, GND, VIN 
USB Тип В 
ICSP Header Так  
Reset Button Так  
 
Лист 
ЧДТУ.242021.001 ПЗ 58 
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата  
 
Датчик вологості повітря DHT22 
 
Рисунок 3.3 - DHT22 
Таблиця 3.2 – Характеристики DHT22 
Характеристика Значення 
Діапазон вимірювання температури  Від -40°C до +80°C 
Діапазон вимірювання вологості Від 0% до 100% RH 
Вихідні дані Цифровий сигнал 
Живлення Напруга живлення: 3.3V - 6V 
Розміри 15.1 x 25 x 7.7 мм 
 
Датчик вологості ґрунту YL-69 
 
Рисунок 3.4 - YL-69 
Таблиця 3.3 – Характеристики YL-69 
Характеристика Значення 
Діапазон вимірювання вологості Від 0% до 100% RH 
Вихідні сигнали Цифровий та аналоговий сигнал 
Напруга живлення 3.3V - 5V 
Розміри зонда 60 x 20 мм 
Тип з'єднання 4-піновий роз'єм (VCC, GND, AOUT, 
DOUT) 
Лист 
ЧДТУ.242021.001 ПЗ 59 
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата  
 
 
Датчик pH SEN0161-V2 
 
Рисунок 3.5 - SEN0161-V2 
Таблиця 3.4 – Характеристики SEN0161-V2 
Характеристика Значення 
Діапазон вимірювання pH Від 0 до 14 
Робоча температура 5°C до 60°C 
Вихідний сигнал Аналоговий 
Живлення 3.3V - 5V 
Розмір 42 x 32 мм 
 
 
Датчик TDS/ EC  
 
Рисунок 3.6 - Датчик TDS/ EC  
Таблиця 3.5 – Характеристики датчикa TDS/ EC  
 
Характеристика Значення 
Діапазон вимірювання TDS Від 0 до 1000 ppm 
Діапазон вимірювання EC Від 0 до 5000 µS/cm 
Робоча температура Від 0°C до 40°C 
Живлення 3.3V - 5V 
Вихідний сигнал Аналоговий 
Розмір 42 x 32 мм 
Лист 
ЧДТУ.242021.001 ПЗ 60 
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата  
 
 
Датчик температури води DS18B20 
 
Рисунок 3.7 - Датчик DS18B20 
Таблиця 3.6 – Характеристики DS18B20 
Характеристика Значення 
Діапазон вимірювання температури Від -55°C до +125°C 
Роздільна здатність Від 9 до 12 біт (налаштовується) 
Вихідний сигнал Аналоговий 
Живлення   3.0V - 5.5V 
 Можливість роботи в режимі паразитного 
живлення 
Розміри 4.9 мм x 3.7 мм x 4.0 мм 
 
Датчик інтенсивності освітлення BH1750 
 
Рисунок 3.8 – Датчик BH1750 
Таблиця 3.7 – Характеристики BH1750 
Характеристика Значення 
Діапазон вимірювання освітленості Від 1 до 65535 люксів 
Живлення 2.4V - 3.6V 
 
Температурний діапазон роботи Від -40°C до +85°C 
Споживана потужніст 0.12 мА 
 
Лист 
ЧДТУ.242021.001 ПЗ 61 
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата  
 
PWM XL4015 контролер для червоного та синього світла 
 
Рисунок 3.8 – Контроллер PWM XL4015 
Таблиця 3.6 – Характеристики PWM XL4015 контролерa 
Характеристика Значення 
Частота PWM до 300 кГц 
Напруга живлення 5V – 32V 
Вихідний струм до 5A 
 
 
 
Рисунок 3.9 - структурна схема апаратної частини 
Лист 
ЧДТУ.242021.001 ПЗ 62 
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата  
 
Підключення датчиків та контроллерів: 
DHT22: 
- VCC -> 5V 
- GND -> GND 
- Data -> Pin 2 
YL-69: 
- VCC -> 5V 
- GND -> GND 
- Data -> A0 
pH сенсор: 
- VCC -> 5V 
- GND -> GND 
- Data -> A1 
TDS сенсор: 
- VCC -> 5V 
- GND -> GND 
- Data -> A2 
EC сенсор: 
- VCC -> 5V 
- GND -> GND 
- Data -> A3 
DS18B20: 
- VCC -> 5V 
- GND -> GND 
- Data -> Pin 3 
BH1750: 
- VCC -> 3.3V 
- GND -> GND 
- SDA -> A4 
- SCL -> A5 
Лист 
ЧДТУ.242021.001 ПЗ 63 
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата  
 
PWM контролери для LED: 
- Червоний LED -> PWM Pin 9 
- Синій LED -> PWM Pin 10 
3.3 Написання програми керування та спостереженням за фермою  
Оскільки за основу була обрана плату управління Arduino Mega для її 
програмування потрібна Arduino IDE[13], вона є ключовим інструментом для 
розробки проектів на платах Arduino. Ця середовище програмування була 
створена у 2005 році групою італійських вчених та розробників і здобула 
популярність серед ентузіастів, студентів і професіоналів. Arduino IDE має 
простий та зрозумілий інтерфейс, що полегшує програмування як для новачків, 
так і для досвідчених користувачів[16]. На рис. 3.2 показано інтерфейс програми 
Arduino IDE. 
Arduino IDE є кросплатформним програмним забезпеченням, що підтримує 
Windows, macOS і Linux. Це робить його доступним для широкого кола 
користувачів та надає гнучкість у виборі платформи для розробки. Регулярні 
оновлення програмного забезпечення та активна підтримка спільноти 
забезпечують постійний розвиток Arduino IDE та додавання нових функцій. 
 
Рисунок 3.10 – Інтерфейс Arduino IDE 
Лист 
ЧДТУ.242021.001 ПЗ 64 
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата  
 
Однією з ключових переваг Arduino IDE є його простий редактор коду. 
Вбудований редактор забезпечує підсвічування синтаксису та автодоповнення, що 
сприяє швидкому та ефективному написанню коду. Також Arduino IDE містить 
шаблони для різних типових завдань, що допомагає прискорити процес розробки. 
Найбільшою перевагою Arduino IDE є її сумісність з мовами програмування 
C/C++, які використовуються для написання програмного коду для плат Arduino. 
Це робить Arduino IDE доступною для широкого кола розробників з досвідом 
програмування на цих мовах. 
Крім того, Arduino IDE пропонує широкий набір бібліотек для підключення 
різних модулів та пристроїв до плат Arduino. Ці бібліотеки містять готовий код, 
що значно спрощує розробку складних проектів і заощаджує час програмістів. 
Вбудований монітор порту дозволяє переглядати виведення з плати Arduino у 
реальному часі, що допомагає відстежувати роботу програми та виявляти помилки 
в коді. Все це робить Arduino IDE незамінним інструментом для розробки 
проектів на платформі Arduino, надаючи широкі можливості для творчості та 
інновацій у сфері електроніки та програмування.  
Також при написанні программи керування були застасованні IoT технології 
а саме керування, спостереження данних середовища у реальному часі і 
встановлення оптимальних значень відбувається через сервіс BLYNK.  
Під час написання програми для керування системою були вікористані 
бібліотека з GitHub[18] а саме бібліотека для підключення сервісу BLYNK та Wi-
Fi модулю.   
 
Рисунок 3.11 – зкомпільована программа 
Лист 
ЧДТУ.242021.001 ПЗ 65 
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата  
 
ВИСНОВОК 
У результаті дослідження було встановлено, що автоматизовані гідропонні 
та аеропонні ферми представляють собою ефективні та стійкі рішення для 
сучасного сільського господарства. Зростання населення, урбанізація та зміни 
клімату вимагають нових підходів до виробництва продовольства, і ці інноваційні 
методи мають великий потенціал для забезпечення продовольчої безпеки. Завдяки 
використанню сенсорних технологій та систем управління, таких як Arduino та 
Raspberry Pi, можна досягти високого рівня контролю за умовами вирощування 
рослин. Це дозволяє оптимізувати споживання води та поживних речовин, 
зменшуючи витрати та підвищуючи врожайність.                                          
Інтеграція Інтернету речей (IoT) та штучного інтелекту (AI) в 
автоматизовані системи відкриває нові можливості для віддаленого моніторингу 
та управління фермою, що сприяє оперативному реагуванню на зміни умов та 
підвищенню ефективності виробництва. Використання хмарних сервісів для 
зберігання та аналізу даних дозволяє робити точні прогнози та приймати 
обґрунтовані рішення щодо управління фермою. Це є особливо важливим у 
контексті глобальних екологічних змін та обмежених природних ресурсів. 
Однією з ключових переваг автоматизованих гідропонних та аеропонних 
систем є їх економічна ефективність. Зниження витрат на воду, добрива та 
пестициди, а також підвищення врожайності на одиницю площі сприяють 
зменшенню вартості виробництва харчових продуктів. Крім того, автоматизація 
процесів дозволяє значно скоротити витрати на ручну працю, що є особливо 
актуальним у розвинених країнах з високими витратами на робочу силу. 
Важливим аспектом дослідження є також вплив автоматизованих систем на 
якість вирощуваних продуктів. Точний контроль умов росту дозволяє досягти 
високої якості та безпеки харчових продуктів, що має велике значення для 
здоров'я населення. Це робить автоматизовані гідропонні та аеропонні ферми не 
тільки економічно вигідними, але й важливими з точки зору забезпечення 
якісного харчування. 
Лист 
ЧДТУ.242021.001 ПЗ 
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата  66 
 
Таким чином, результати дослідження підтверджують високу актуальність 
та перспективність автоматизованих гідропонних та аеропонних систем для 
майбутнього розвитку сільського господарства. Оволодіння новітніми 
технологіями автоматизації, створення умов для їх впровадження та 
популяризація серед аграріїв є важливими кроками на шляху до забезпечення 
стабільного та сталого продовольчого забезпечення нашої планети. 
Виконане дослідження також підкреслює необхідність подальшого розвитку 
та інтеграції інноваційних технологій у сільське господарство. Це дозволить 
підвищити продуктивність агропромислового комплексу, забезпечити стійкість 
виробництва та зменшити негативний вплив на навколишнє середовище. 
Запропоновані рекомендації та розроблені програмно-апаратні рішення можуть 
стати основою для широкого впровадження автоматизованих систем у практику 
сучасного сільського господарства. 
 
Лист 
ЧДТУ.242021.001 ПЗ 67 
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата  
 
СПИСОК ВИКОРИСТАНИХ ДЖЕРЕЛ 
1 A Review on Hydroponics and the Technologies Associated for Medium- and 
Small-Scale Operations [Електронний ресурс]. – Режим доступу: 
https://www.mdpi.com/2077-0472/12/5/646. 
2 Arduino. [Електронний ресурс]. – Режим доступу: 
https://uk.wikipedia.org/wiki/Arduino. 
3 Chang, C.L.; Hong, G.F.; Fu, W.L. Design and implementation of a knowledge-
based nutrient solution irrigation system for hydroponic applications, 2018. 
4 Eridani, D.; Wardhani, O.; Widianto, E.D. Designing and Implementing the 
Arduino-based Nutrition Feeding Automation System of a Prototype Scaled 
Nutrient Film Technique (NFT) Hydroponics using Total Dissolved Solids (TDS) 
Sensor. In Proceedings of the 2017 4th International Conference on Information 
Technology, Computer, and Electrical Engineering (ICITACEE), Semarang, 
Indonesia, 18–19 October 2017 
5 Gabriel, K. Mycodo Environmental Regulation System. 2018. Available 
online: https://hackaday.io/project/11997/instructions/. 
6 Gnauer, C.; Pichler, H.; Schmittner, C.; Tauber, M.; Christl, K.; Knapitsch, J.; 
Parapatits, M. A recommendation for suitable technologies for an indoor farming 
framework. Elektrotech. Inftech. 2020. 
7 Gruda, N.; Gianquinto, G.P.; Tuzel, Y.; Savvas, D. З Енциклопедії 
ґрунтознавства, 3 видання.; Lal, R., Ed.; CRC Press-Taylor & Francis Group: 
Boca Raton, FL, USA, 2017; том I-III,.  
8 Hati, A.J.; Singh, R.R. Smart Indoor Farms: Leveraging Technological 
Advancements to Power a Sustainable Agricultural 
Revolution. AgriEngineering 2021. 
9 Malik, A.; Iqbal, K.; Aziem, S.; Mahato, P.; Negi, A. Огляд науки про 
вирощування сільськогосподарських культур без ґрунту (культура без 
ґрунту) - нова альтернатива для вирощування сільськогосподарських 
культур. Int. J. Agric. Crop Sci. 2014.  
Лист 
ЧДТУ.242021.001 ПЗ 68 
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата  
 
10 Markets & Markets. Hydroponics Market. 2021.: [Електронний ресурс]. – 
Режим доступу: https://www.marketsandmarkets.com/Market-
Reports/hydroponic-market-94055021.html. 
11 Miranda, J.; Ponce, P.; Molina, A.; Wright, P. Sensing, smart and sustainable 
technologies for Agri-Food 4.0. Comput. Ind. 2019. 
12 Olle, M.; Ngouajio, M.; Siomos, A. Якість овочів і продуктивність під 
впливом середовища вирощування. Zemdirbyste-Agriculture 2012.  
13 Sihombing, P.; Karina, N.; Tarigan, J.; Syarif, M. Automated hydroponics 
nutrition plants systems using arduino uno microcontroller based on android. J. 
Phys. Conf. Ser. 2018 
14 Vinci, G.; Rapa, M. Hydroponic cultivation: Гідропонне вирощування. Br. Food 
J. 2019.  
15 Zamora-Izquierdo, M.A.; Santa, J.; Martinez, J.A.; Martinez, V.; Skarmeta, A.F. 
Smart farming IoT platform based on edge and cloud computing. Biosyst. 
Eng. 2019. 
16 Максим Вітренко, Михайло Мельник. ЩО ТАКЕ ARDUINO. – Режим 
доступу. [Електронний ресурс]. – Режим доступу: https://reporter.zp.ua/shho-
take-arduino-ide.html. 
17 Одноканальне реле 5V Arduino KY-019. [Електронний ресурс]. – Режим 
доступу: https://beegreen.com.ua/odnokanalne-rele-5v-arduino-ky-019-11731. 
18 GitHub [Електронний ресурс]. – Режим доступу:  
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Лист 
ЧДТУ.242021.001 ПЗ 69 
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата  
 
Додаток А 
 
 
 
 
 
Лист 
ЧДТУ.242021.001 ПЗ 
 70 
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата