Вдосконалення роботи smart-теплиці з режимом адаптації під зовнішні кліматичні умови

Зубрицька, Олена Вікторівна
Будь ласка, використовуйте цей ідентифікатор, щоб цитувати або посилатися на цей матеріал: https://er.chdtu.edu.ua/handle/ChSTU/8598
Назва:	Вдосконалення роботи smart-теплиці з режимом адаптації під зовнішні кліматичні умови
Автори:	Філімонов, Сергій Олександрович Зубрицька, Олена Вікторівна
Дата публікації:	27-гру-2022
URI (Уніфікований ідентифікатор ресурсу):	https://er.chdtu.edu.ua/handle/ChSTU/8598
Розташовується у зібраннях:	151 Автоматизація та комп'ютерно-інтегровані технології (Робототехнічні системи та автоматизація)
Файли цього матеріалу:
Файл	Опис	Розмір	Формат
КРМ Зубрицька-Потилко О.pdf Restricted Access	КРМ Зубрицька О.	3.09 MB	Adobe PDF	Переглянути/Відкрити Запит копії
Показати повний опис матеріалу Перегляд статистики
Усі матеріали в архіві електронних ресурсів захищено авторським правом, усі права збережено.
Extracted text
3 
 
ЗМІСТ  
ВСТУП 5 
РОЗДІЛ 1 8 
ОБГРУНТУВАННЯ НЕОБХІДНОСТІ ПРОЕКТУВАННЯ НА 
ОСНОВІ КРИТИЧНОГО АНАЛІЗУ 
1.1 Проекти та схеми існуючих теплиць 8 
1.2 Види автоматизованих систем для теплиці 11 
1.3 Прилади для контролю параметрів теплиці 12 
Висновки до розділу 1 30 
РОЗДІЛ 2 31 
СТВОРЕННЯ МОДЕЛІ SMART-ТЕПЛИЦІ З РЕЖИМОМ 
АДАПТАЦІЇ 
2.1 Розробка структурної схеми 31 
2.2 Розробка принципової схеми 32 
2.3 Виготовлення друкованої плати 50 
Висновки до розділу 2 52 
РОЗДІЛ 3 53 
МЕТОДИ СТИМУЛЯЦІЇ РОСТУ РОЗЛИН SMART-ТЕПЛИЦІ 
3.1 Розрахунок системи децентралізованого забезпечення 53 
мікроклімату теплиці 
3.2 Стимуляція росту рослин за допомогою освітлення 59 
3.3 Використання електричного струмі для стимуляції теплиці 63 
3.4 Дослід із стимуляцією рослин за допомогою світла 64 
3.5 Розрахунок врожайності теплиці 70 
3.6 Розрахунок надійності сигналізації 74 
Висновки до розділу 3 75 
4 РОЗДІЛ 76 
РОЗРОБКА АЛГОРИТМУ КЕРУВАННЯ SMART-ТЕПЛИЦІ ТА 
НАПИСАННЯ КОДУ ПРОГРАМИ 
4 
 
4.1 Розробка алгоритму керування роботи smart-теплиці 76 
4.2 Контроль параметрами теплиці за допомогою чат бота 93 
Висновки до розділу 4 97 
ВИСНОВКИ 98 
СПИСОК ВИКОРИСТАНОЇ ЛІТЕРАТУРИ 99 
ДОДАТОК А 102 
ДОДАТОК Б 109 
ДОДАТОК В 119 
 
  
5 
 
ВСТУП 
 
Актуальність теми. Населення світу швидко зростає разом із попитом 
на здорову і свіжу їжу. Але вирощування овочів стає не можливим з приходом 
холодів, саме тому люди розпочали використовувати в своєму господарстві 
теплиці. Теплиця - це закрите середовище, яке забезпечує оптимальні умови 
для росту рослин та сприяє зростанню рослин, контролюючи внутрішнє та 
зовнішнє середовище. Повна система дистанційного моніторингу теплиці 
спочатку виявляє елементи навколишнього середовища в приміщенні за 
допомогою різних датчиків, а потім завантажує сигнали вимірювань на 
платформу керування за допомогою дротових або бездротових методів.  
У сучасному світі використання теплиць стало досить актуальним. 
Адже за допомогою систем автоматизації теплиць використовуючи мінімальні 
затрати можливо збільшити врожайність, покращити якість вирощування 
рослин та відповідно якість отриманого продукту. 
 Smart-теплиці, тобто розумні теплиці, можуть зчитувати умови 
навколишнього середовища в режимі реального часу за допомогою своїх 
передових сенсорних систем і дозволяють автономно виконувати такі 
процеси, як зрошення, регулювання температури навколишнього середовища, 
підігрів та вентиляція. 
 Вирощування в теплицях забезпечуює захист плантацій від 
несприятливих погодних умов та стають способом досягнення 
контрольованого сільськогосподарського виробництва. Хороший контроль 
клімату в теплиці може привести до збільшення потенційних урожаїв та 
продовження вегетаційного періоду.  
Виходячи з цього, тема роботи є актуальною. 
Мета і завдання дослідження. Вдосконалення системи автоматизації 
smart-теплиці здатної забезпечувати необхідні кліматичні умови для рослин, з 
режимом адаптації та впровадження віддаленого керування та моніторингу 
smart-теплицею.  
6 
 
Для вирішення поставленої мети потрібно розв'язати такі задачі: 
- Проаналізувати науково-технічний рівень сучасних систем 
контролю параметрами теплиць та виокремити усі їх переваги та недоліки 
задля того, щоб зробити висновки та усунути недоліки 
- Дослідити наявні електронні компоненти на ринку, що здатні 
забезпечувати необхідні умови, розробити принципову електричну схему та 
структурну схему, перевірити її працездатність та створити макет. 
- Зробити розрахунки необхідних умов для життя рослин, такі як 
кількість світла, температурний режим, склад повітря, вологість грунту. 
Дослідити методи стимуляції росту рослин. 
- Розробити програмне забезпечення для керування теплицею та її 
налаштування. Виконати підключення до Telegram бота GreenHouseSuper, 
виконувати за його допомогою моніторинг та керування. 
Об'єкт дослідження – процеси вирощування рослин. 
Предмет дослідження – система автоматизованого керування 
промислових теплиць.  
Методи досліджень. Дослідження грунтується на основних 
положеннях автоматизації систем керування параметрами теплиці. 
Використання алгоритмів для створення програмного забезпечення. 
Проведення аналітичних методів. Перевірка розроблених теоретичних 
положень проводилась у виробничих умовах. 
Наукова новизна одержаних результатів полягає  
- у розробленні алгоритму роботи мікроконтролеру, що дозволяє 
підвищити ефективність роботи системи автополиву та знизити споживання 
енергії; 
- у створенні моделі системи керування smart-теплицею з режимом 
адаптації під зовнішні кліматичні умови. 
 
7 
 
 
Практичне значення одержаних результатів роботи. Результати 
роботи вносять науковий вклад в розвиток сільськогосподарських та 
приватних теплиць. Розробки даної smart-теплиці з режимом адаптації під 
зовнішні кліматичні умови з використанням моніторингу та керування за 
допомогою Telegram бота із застосуванням розробленого програмного 
забезпечення можуть бути використані у наукових дослідженнях подібної 
тематики. 
Результати роботи можуть бути використані в ряді господарств 
України при проектуванні системи керуванння мікрокліматом в тепличних 
комплексах, що дозволить забезпечити збільшення ефективності роботи 
існуючого електрообладнання. 
Апробація результатів роботи. Основні положення роботи 
доповідалися і обговорювалися на «Modern research in world science. 
Proceedings of the 8th International scientific and practical conference. SPC “Sci-
conf.com.ua”. Lviv, Ukraine. 2022». 
Публікації.  
1. Автоматична система контроля параметрів теплиці / Філімонов С.О., 
Зубрицька О.В. // Збірник тез доповідей студентської науково-практичної 
конференції ЧДТУ :  19–21 квітня 2022 р. [Електронний ресурс] / [упоряд. 
Мельник І. В.] ; М-во освіти і науки України, Черкас. держ. технол. ун-т. – 
Черкаси : ЧДТУ, 2022. – С. 117. 
2. Вдосконалення роботи теплиці з режимом адаптації під зовнішні 
кліматичні умови / Філімонов С.О., Зубрицька-Потилко О.В. // Modern research 
in world science. Proceedings of the 8th International scientific and practical 
conference. SPC “Sci-conf.com.ua”. Lviv, Ukraine. 2022. Pp. 418-420. 
Структура й обсяг роботи. Кваліфікаційна робота магістра 
складається зі вступу, 4 розділів, висновків, списку використаних джерел (20 
посилань), 2 додатків. 
  
8 
 
РОЗДІЛ 1 
ОБҐРУНТУВАННЯ НЕОБХІДНОСТІ ПРОЕКТУВАННЯ НА ОСНОВІ 
КРИТИЧНОГО АНАЛІЗУ 
 
1.1 Проекти і схеми існуючих теплиць 
Серед шанувальників роботизації дому та земельного господарства є 
досить актуальним використання розумної теплиці на Arduino. Основним 
компонентом плати-контролера теплиці є процесор, оснащений мікросхемою 
пам'яті. Представленні для розумних теплиць схеми різняться марками 
процесорів і самим функціоналом. 
Одна з найпростіших схем-проектів автоматизованої теплиці на 
Arduino Uno (міні) зображена на рисунку 1.1. 
 
 
Рисунок 1.1 - Схема автоматизованої теплиці на платі Arduino Uno 
 
Теплиця складається з таких датчиків  
1. Фоторезистор. У темряві опір фоторезистора дуже великий, але коли 
на нього потрапляє світло, цей опір падає пропорційно освітленості. Цей 
елемент дозволить нам подивитися скільки світла падає на рослину. 
2. Аналоговий датчик температури TMP36. Дозволяє легко 
перетворити вихідний рівень напруги в показання температури в градусах  
9 
 
Цельсія. Кожні 10 мВ відповідають 1 градусу Цельсія, Ви можете написати 
формулу для перетворення вихідної напруги в температуру. 
3. Датчик DHT11. Складається з ємнісного датчика вологості і 
термістора. Крім того датчик містить в собі простенький АЦП для 
перетворення аналогових значень вологості і температури. Будемо 
використовувати датчик в варіанті модуля для Arduino. 
4. Модуль вологості ґрунту. Призначений для визначення вологості 
ґрунту, в яку він занурений. Він дозволяє дізнатися про недостатнє або 
надмірному поливі ваших домашніх або садових рослин. 
Розширений варіант управління мікрокліматом в теплиці передбачає 
використання плати Arduino Mega. Схема-проект інтелектуального 
«городника» представлена на рисунку 1.2. 
 
 
Рисунок 1.2 - Схема автоматизованої теплиці на платі Arduino Mega 
 
Контролем апаратної платформи займається мікроконтролер 
ATmega1280. Для зчитування чи передачі цифрової інформації 
10 
 
використовується 8 виходів. Для обробки аналогових даних використовується 
10 портів. 
В якості універсального таймера-контролера розумної теплиці також 
можна використовувати GyverContro, він зображений на рисунку 1.3. Це - 
універсальний контролер на Arduino для теплиці та інших місць, де потрібна 
автоматизація з таймером або показниками мікроклімату, має 10 окремих 
налаштовуваних каналів управління, зібраний з недорогих китайських 
компонентів і замінює кілька "магазинних" контролерів різного призначення: 
управління поливом, освітленням , відкриттям дверей, підтриманням 
температури за розкладом. 
 
 
Рисунок 1.3 - Розумна теплиця з GyverContro 
 
Інтелектуальне пристрій обладнаний сімома логічними виходами з 
напругою 5В. Для управління серво- і лінійними приводами передбачені 3 
окремих канали що зображено на рисунку 1.4. 
 
11 
 
 
Рисунок 1.4 - Інтелектуальна теплиця 
 
1.2 Види автоматизованих систем для теплиць 
1. Зрошення рослин – відбувається автоматичний полив водою за 
певним графіком або якщо рівень вологості ґрунту занадто знизився. 
2. Вентиляція – автоматичне відкривання і закривання штока в режимі 
провітрювання. 
3. Досвічування – отримання додаткового штучного освітлення за 
певними умовами розвитку рослини. 
4. Затемнення – автоматичне затінення світла темною зашторкою яка 
працює на термостатичному контролі освітлення. 
5. Опалення – здійснюється за допомогою додаткових опалювальних 
систем, на основі води, пари, електрики чи газу. 
6. Охолодження – за допомогою використання кондиціонера, 
відбувається додаткове зниження температури. 
7. Дозування добрив – відбувається розподіл добрив (корисних речовин 
для розвитку рослин) автоматично по всій системі поливу. 
8. Обрискування – ця система дозволить підвищити вологість, а з 
використанням вентилятора зможе створити новий ефект охолодження 
шляхом випаровування рідини. 
9. Регулювання СО2 – автоматичний контроль кількості СО2  в теплиці. 
12 
 
10. Зниження шкідників – програмовані системи , що здатні 
автоматично здійснювати розпилення піретрину, перитроїдів. 
11.Запилення – відбувається за допомогою невеликої пасіки в 
приміщенні теплиці. 
За допомогою цих видів автоматизованих систем ми зможемо добитися 
великих висот в агросфері. В залежності від того, які з цих автоматизованих 
технологій ми будемо використовувати в нашій теплиці, таку цінову категорію 
ми зможемо отримати на виході. Теж на ціновий комфорт і наший діапазон 
впливає рівень автоматичного контролю, що здійснює або сама людина, або 
лише комп’ютер.  
 
1.3 Прилади для контролю параметрів теплиці 
Автоматичне регулювання - різновид автоматичного управління. 
Підтримка постійної заданої величини, що характеризує технологічний 
процес, або ж зміна її по заданому закону, здійснюване за допомогою 
вимірювання стану регульованого об'єкта або збурень шляхом впливу на 
регулюючий орган об'єкта. 
Для здійснення автоматичного регулювання що підлягає регулюванню 
установці підключається комплекс пристроїв, сукупність яких називається 
регулятором. 
Система регулювання - система, призначена для підтримки заданого 
закону зміни певної фізичної величини, називається регульованою величиною. 
Задане значення регульованої величини може бути постійним, або бути 
функцією часу або будь-якої іншої змінної величини. 
За характером зміни керуючого впливу системи регулювання 
розділяються на системи автоматичної стабілізації (задає вплив - величина 
постійна або є заданою функцією часу системи програмного регулювання) і 
стежать (зміна регулюючого впливу визначається заздалегідь невідомим 
заданою дією). 
 
13 
 
Автоматизована система управління мікрокліматом 
Контролер – це мозок для вашої системи, що дозволить збирати дані, а 
також віддалено керувати досить важливим обладнанням та контролювати 
його з комп'ютера чи смартфона. 
Незалежно від того, чи хочете ви замінити стару систему автоматизації, 
яка має проблеми з надійністю, або зацікавлені новими можливостями нових 
повністю підключених до хмари систем автоматичного керування, які 
допоможуть вам: 
1. Підвищити ефективність праці, надавши вашій команді час 
щоб зосередитися на задачах із вищим пріоритетом. 
2. Скоротити час споживання енергії за рахунок динамічного 
керування температурою та поливом, яке застосовує лише те, що потрібно 
для вашого врожаю 
3. Допоможе покращити якість врожаю та збільшити врожайність за 
рахунок тонкого регулювання поживних речовин та за допомогою 
параметрів світлодіодного освітлення. 
4. Отримувати текстові або електронні повідомлення, якщо система 
виявить якісь неполадки у використані контролера. 
5. Аналізувати аналітику врожаю та історію даних, які ви можете 
комбінувати з іншими даними, такими як дані про робочу силу, виробництво та 
рослини, для оптимізації графіка вирощування. 
6. Здатен використовувати моделі машинного навчання для 
автоматичного налаштування обладнання для оптимальної 
енергоефективності та зростання. 
Навіть невеликі зміни в кліматі, освітленні та дозування поживних 
речовин можуть викликати у ваших рослин стрес, який безпосередньо впливає 
на врожайність і якість ваших рослин, то чому б не бути активними в 
отриманні даних про вашу теплицю в режимі реального часу? 
У більшості систем для роботи використовуються 3 основні категорії 
систем: 
14 
 
1.  Використання загальних даних про стан навколишнього 
середовища на відкритому повітрі. 
2. Дані про навколишнє середовище взяті в приміщенні та 
прямі дані отримані  з датчиків рослин та ґрунту. 
3. Використання цих даних з перших двох систем для 
керування режимами, дозування та освітлення, а також приводами 
затіняючі екрани та зволожувачі для створення ідеального 
енергоефективного клімату. На рисунку 1.5 зображена система 
керування мікрокліматом. 
 
 
Рисунок 1.5 – Система управління мікрокліматом 
 
ПІД-регулятори 
Скажімо, вам потрібно автоматизувати підтримку правильних 
кліматичних умов в теплиці: урахувати температуру ґрунту біля коренів 
рослин, тиск повітря, вологість повітря і ґрунту, і підтримувати задані 
параметри через управління теном і вентиляторами. Потрібно використати 
пристрій керування наприклад ПІД-регулятор, його налаштувати достатньо 
просто. 
15 
 
ПІД-регулятор є готовим пристроєм керування, який дозволить 
користувачеві реалізувати програмний алгоритм управління обладнанням 
автоматизованої системи. Побудова та налаштування систем управління стає 
значно простіша якщо використати готові пристрої на зразок універсального 
ПІД-регулятора ТРМ148 (рисунок 1.6) на 8 каналів відомої компанії ОВЕН. 
 
 
Рисунок 1.6 - ПІД-регулятор ТРМ148 
 
ПІД-регулятор - це особливий пристрій, що може здійснити безупинне 
точне регулювання вихідних параметрів трьома шляхами: пропорційно, 
інтегрально і диференційно, а початкові параметри - вхідні, отримувані з 
датчиків (тиску, вологості, температури, освітленості). На рисунку 1.7 
зображений принцип роботи ПІД-регуляторів. 
 
16 
 
 
Рисунок 1.7 - Принцип роботи ПІД-регуляторів 
 
Для взаємодії з ПК, регулятор ТРМ148 обладнаний інтерфейсом RS-
485, який дає змогу: налаштовувати прилад на ПК; надсилати в мережу 
поточні значення отриманих вимірюваних величин, значення вихідної 
потужності регулятора, а також інших програмованих параметрів; можна 
отримувати з мережі оперативні дані що допоможуть у створенні керуючих 
сигналів. 
 
Клімат-контролер 
Клімат-контроль - це система, яка складається з кондиціонера, 
опалювальної системи, системи фільтрування, спеціальних датчиків, 
розміщених в різних місцях, а також електронного блоку керування кліматом. 
Високоякісна система клімат-контролю ураховує все розмаїття відчуттів 
комфорту для різноманітних кліматичних умов. Точний клімат-контроль у 
кожній теплиці є основною вимогою для забезпечення оптимальних умов 
вирощування рослин. 
Клімат-контролер C-Fenix розумний, ефективний, точний та надійний. 
Він контролює клімат на основі реальних потреб рослин, оптимізуючи 
споживання енергії. C-Fenix може керувати будь-яким типом системи, що 
встановлена в теплиці. Завдяки послугам MC-Net, MC-Cloud та MC-SMS, 
17 
 
користувач має можливість повного дистанційного керування зі смартфона, 
планшета або ПК усієї системи. 
Підходить для керування до 4-х середовищ (макс. 4 діб), повністю 
конфігурується та розширюється, щоб адаптуватися до будь-яких потреб 
керування. На рисунку 1.9 клімат-контролер C-Fenix. 
 
 
Рисунок 1.8 - Клімат-контролер C-Fenix 
 
Їх монтаж швидкий і жодних складнощів не виникає, дані системи 
дозволяють ефективно управляти температурою подачі і скорочують 
споживання електроенергії. 
 
Клімат-контролер Clima Control Basic Plus 
Clima Control Basic Plus можна легко налаштувати за допомогою 
зручних поворотних кнопок. Його простий вигляд вводить в оману, оскільки 
Clima Control Basic Plus оснащено надійною та передовою технологією 
TechGrow, до якої ви звикли. Цей контролер поставляється з попередньо 
встановленим датчиком температури на кабелі довжиною майже 5 метрів, що 
є дуже зручним. Контролювати клімат у приміщенні за допомогою TechGrow 
Clima Control Basic Plus (рисунок 1.9) просто, але ефективно. 
18 
 
 
 
Рисунок 1.9 - Клімат-контролер Clima Control Basic Plus 
 
Гідропонна система для контролю pH&EC Basic Control 
Гідропонна система для контролю pH&EC Basic Control (рисунок 1.10) 
дозволяє здійснювати контроль Ph і EC зернових безперервно, вприскуючи 
кислоти або луги для контролю Ph і використовуючи насос з продуктивністю 
0,5 л / год. для електропровідності. Датчик рН з легкістю калібрується в рН7, 
а датчик електропровідності - до 1413 μS / см. Як тільки калібрування буде 
завершене, можна встановлювати оптимальні показники для підтримки 
культур. Вся система буде встановлена на панелі, потрібно лише під'єднати 
вихідну трубу і трубу рециркуляційного насоса за допомогою не складної 
системи з'єднання.  
 
19 
 
 
Рисунок 1.10 - Гідропонна система для контролю pH&EC Basic Control 
 
Система зможе автоматично вимірювати рН і ЄС відповідно до заданих 
значеннями необхідної величини, і коригувати показники, запускаючи насос 
поки встановлені показники рН і ЄС не будуть досягнуті. У контролер 
під’єднаний також датчик потоку: якщо контролер визначив, що вода в системі 
не буде циркулювати, то через датчик потоку робота насоса зупиниться для 
запобігання ризику передозування і роботи на сухо. Завдяки pH & ЄС Basic 
Control він здатен сам здійснювати контроль за ЄС (електропровідності) і pH 
(кислотності) і про сам полив.  
  
20 
 
Blynk – віддалена система моніторингу 
Віддалена система моніторингу Blynk допоможе під’єднатися до всіх 
датчиків вашої теплиці, за допомогою вашого смартфону, можна легко 
моніторити дані з вашої теплиці. Ця компанія створює фірмові програми без 
коду та отримують повну серверну інфраструктуру IoT по одній лише 
підписці. 
 
 
Рис. 1.12 - Створення проекту в додатку Blynk 
 
Основна мета Blynk – створення доступної платформи для 
бездротового керування саморобними електронними пристроями зі 
смартфона. За задумом авторів, вихід в Інтернет не є необхідною умовою – 
Blynk Server можна буде завантажити та розгорнути у домашній мережі, 
отримавши повну автономність у рамках вашої теплиці. 
Разом із додатком Blynk, вам не потрібна команда розробників 
програмного забезпечення, величезний бюджет і значну кількість часу для 
розробки IoT-рішення. Ви створюєте своє обладнання, а Blynk подбає про все 
інше. 
21 
 
Електричний нагрівач повітря GHF65 
Система затінення може захистити від зайвого сонячного світла, 
запобігаючи опікам рослин у теплиці. Система включає в себе внутрішню та 
зовнішню систему затінення. Внутрішню систему затінення можна встановити 
до конструкції теплиці. Зовнішню систему штор над дахом теплиці, щоб 
зменшити кількість тепла та світла, що надходить у конструкцію. Темного 
кольору або алюмінізовану сітку можна натягнути на дах теплиці і залишити 
на місці протягом літньої спеки. Затінення блокує сонячне світло, захищає 
рослини від комах, забезпечує постійну температуру та вологість. На рисунку 
1.13 зображений електричний нагрівач повітря GHF65. 
 
 
Рисунок 1.13 – Електричний нагрівач повітря GHF65 
 
Програматор полива СЕМ-370 
Програматор для поливу СЕМ-370 (рисунок 1.13) це цифровий 
пристрій, що допоможе швидко та якісно налаштувати систему поливу вашої 
теплиці. Перше підключення програматора відбувається за допомогою 
спеціального ключа. За допомогою програматора поливу можна покращити 
якість і кількість продукції.  
22 
 
 
 
Рисунок 1.13 - Програматор поливу CEM-370 
 
При запуску мотопомпи CEM-370 автоматично контролює всі її 
параметри та аварійні сигнали. В комплект продажу входять всі необхідні 
дроти, що дозволяє легко його підключити. Підходить для встановлення 
безпосередньо на мотопомпі. 
 
Датчик поливу (датчик дощу) 
Датчик поливу (датчик дощу) – є важливою складовою комплексу для 
зрошення ділянок, що здійснює регулювання поливу в залежності від 
погодних умов. Збираючи дані про локальні зміни погоди, датчик вологості 
передає інформацію фермеру, що сприяє економії засобів. 
Залежно від рівня автоматизації, система здатна, як просто 
інформувати про необхідність і інтенсивність зволоження ґрунту, так і 
самостійно зможе встановлювати необхідний режим поливу або просто 
відключати. Є представлені різні автоматичні датчики дощу, що 
застосовуються для швидкого виключення системи поливу в разі дощу. 
Погодні датчики можуть сигналізувати про наближення дощу за 
допомогою автоматичного відключення системи поливу. Попередньо 
пристрій проведе моніторинг сили вітру, температури і вологості повітря, що 
23 
 
дозволить спрогнозувати погоду на найближчий час. Такий датчик дощу 
встановлюється для наступних цілей: 
1. Запобігання надмірного зволоження ґрунту; 
2. Раціональний витрата ресурсів під час і після дощу. 
 
 
Рисунок 1.14 - Датчик поливу (датчик дощу) 
 
Принцип роботи датчика поливу можна розглянути на прикладі 
бездротового датчика вологості повітря Hunter MINI-CLIK, представленого на 
рисунку 1.14. У корпус вбудовано блок коркового дерева, який при 
потраплянні вологи моментально розбухає, сприяючи розмикання контактів. 
В результаті - датчик посилає на систему сигнал про дощ і припинення поливу. 
Після припинення дощу коркове дерево висихає, і разом з чим, 
замикаються і контакти, завдяки чому датчик повідомить системі про 
закінчення дощу і необхідність відновлення поливу. На відміну від багатьох 
інших пристроїв, пристрій Hunter MINI-CLIK передає сигнал про необхідність 
відключення системи автоматичного поливу практично з самим початком 
дощу. 
  
24 
 
Електронний контролер поливу Presto-PS (7803) 
Електронний контролер поливу Presto-PS (7803) використовується з 
електромагнітними клапанами для побудови автоматичних систем поливу для 
ділянок різних розмірів. Підходить для керування поливом газонів та галявин, 
можливе використання в теплицях та навіть городі за умови якщо ви маєте 
підключення до централізованого водопроводу. Що дозволить отримувати 
одночасне підключення до 8 незалежних ліній зрошення, що здатне зробити 
контролер єдиним пристроєм для управління поливу на всій дачній ділянці або 
по всьому фермерському господарству. Кожну лінію навіть можна 
налаштувати окремо, також передбачено вихід для під’єднання майстер-
клапану або реле для запуску насоса для ввімкнення подачі води на вхід 
системи поливу. На рисунку 1.15 зображений е Електронний контролер 
поливу Presto-PS (7803). 
 
Рисунок 1.15 - Електронний контролер поливу Presto-PS (7803) 
 
Завдяки контролеру поливу можна збільшити врожайність і покращити 
якість вирощуваного продукту, тому що ви отримуєте не просто електронний 
контролер поливу, а власного помічника з поливу. 
 
25 
 
Контролер якості повітря СО2 в теплиці 
Основні властивості контролера якості повітря(рисунок 1.16): 
1. показує в реальному часі показання CO2, температури та вологості; 
2. показує МІН. та МАКС. показання вищезазначених параметрів; 
3. показує діаграма з блоками, що представляють значення різних 
параметрів у різних часових масштабах; 
4. (додатково) керує запуском та швидкістю вентилятора для 
покращення якості повітря та створення більш здорового, комфортного та 
енергозберігаючого середовища для життя та роботи. 
 
 
Рисунок 1.16 – Контролер якості повітря СО2 в теплиці 
 
Автоматизована система керування теплицею Cherry Creek 
Автоматизовані    системи    керування  теплицею  Cherry  Creek 
(рисунок 1.17) досить розумні, щоб відкалібрувати та запам’ятати її 
параметри, завдяки чому використання шланг для поливу залишилося в 
минулому. Просто введіть розташування посівів за допомогою  метрів, і 
штанга знатиме, куди і як потрібно поливати. Можливий полив декількох 
культур, тобто підлаштування під окремий вид культур. 
26 
 
 
Рисунок 1.17 – Система керування теплицею Cherry Creek 
 
Контролер теплиці iGrow 1800 
Основні характеристики контролера теплиці iGrow 800 (рисунок 1.18): 
1. Розширений контроль. 
2. Інтелектуальні керовані виходи 24 В змінного струму. 
3. Удосконалений полив (ВДП або вологість ґрунту). 
4. Розширене керування освітленням (DLI). 
5. Доступна ціна 
 
Рисунок 1.18 – Контролер теплиці iGrow 800 
27 
 
Завдяки вмілому дизайну і добрим конструкторським навичкам 
контролер чудово справляється з всіма поставленими задачами. Програма 
пристрою є максимально продуктивною, при значному скороченні ручної 
праці. Занесено до списку UL за безпеку та простоту отримання дозволів. 
 
Удосконалений контролер теплиці iGrow 1800 
Представлена більш нова модель контролера. Що пропонує найкращі 
можливості для гідропоніки на відкритому повітрі та у приміщенні. З Grow 
1800 (рисунок1.19) ви можете підвищити продуктивність при одночасному 
зниженні енергоспоживання та експлуатаційних витрат. Його основними 
відміними характеристиками являються такі дані як: 
1. Повністю програмований. 
2. Розширення до 32 виходів. 
3. Розширений контроль. 
4. Використовуйте свій мобільний телефон для контролю та зміни 
налаштувань. 
5. Доступна ціна. 
6. Занесено до списку UL за безпеку та простоту отримання дозволів 
Будьте спокійні завдяки сповіщенням про температуру, вологість, CO2 
ви будете завжди знати стан вашої теплиці. 
 
28 
 
 
Рисунок 1.19 – Удосконалений контролер теплиці iGrow 1800 
 
Автоматизоване керування поливом 
1. Розроблено для внутрішніх чи тепличних проектів. 
2. Прямі або пакетні програми для проектів будь-якого розміру. 
3. Доставка поживних речовин до однієї або декількох зон. 
4. Інструкції створюються, зберігаються і виконуються за 
допомогою контролера iGrow 1800. 
У вас буде можливість налаштувати кілька поживних речовин, час 
доставки та швидкість потоку добрив, завдяки цьому можна самостійно 
регулювати подачу добрив, що дозволить скоротити кількість помилок та час. 
У вас з’явиться можливість самостійно керувати екологічними функціями та 
фертигацією за допомогою одного контролера. В контролері просте 
програмування за допомогою новітньої хмарної платформи Link4. На рисунку 
1.20 зображена система автоматизованого поливу. 
29 
 
 
Рисунок 1.20 – Автоматизоване керування поливом 
 
Контролер SmartBee 
Контролер SmartBee Controllers Environment Controls (рисунок 1.21) 
дозволяють взяти на себе відповідальність за вашу теплицю для вирощування 
з набором бездротових пристроїв, датчиків що працюють разом, щоб надати 
вам ефективніший контроль над середовищем. Кожен компонент розроблений 
із турботою, що дозволяє вам вирощувати свій урожай так само, як і раніше, 
тільки більш розумніше. Компоненти SmartBee збирають ключові дані про 
навколишнє середовище в режимі реального часу для моніторингу, оцінки у 
багатьох випадках, запобіжного усунення проблем, які потенційно можуть 
зруйнувати ваше виробництво.  
Більше того, ви навіть можете відстежувати та контролювати своє 
зростання зі свого планшета або смартфона. За допомогою надсучасних 
контролерів SmartBee вирощування рослин стає надзвичайно легким, так як за 
його допомогою ви зможете скоротити час дозрівання рослин. 
 
30 
 
 
Рисунок 1.21 – Контролер SmartBee 
 
Контролери SmartBee пропонують інтелектуальні бездротові 
мультимережні продукти для вирощування, які забезпечують повний 
бездротовий контроль над садом  або вашою теплицею. 
 
Висновки до розділу 1 
 
Згідно проведеного аналізу наукових публікацій та досліджень 
представлених аналогів теплиць було зрозуміло, що представлені теплиці 
використовують контроль параметрами теплиці в режимі реального часу, що 
має досить поганий ефект для енергозбереження та забезпечення рослин зі 
змінними кліматичними умовами.  
Проаналізувавши технології які використовують в представлених 
тепличних контролерах було вирішено виконати віддалений моніторенг з 
автоматичним підлаштовуванням під погодні умови. 
  
31 
 
РОЗДІЛ 2 
СТВОРЕННЯ МОДЕЛІ SMART-ТЕПЛИЦІ З РЕЖИМОМ 
АДАПТАЦІЇ 
 
2.1 Розробка структурної схеми 
Структурна схема допомагає побачити, як буде представлена майбутня 
модель робота. На рисунку 2.1 представлена структурна схема 
автоматизованої теплиці. За допомогою цієї схеми можна чітко побачити 
основні елементи та з’єднання в розробці.  
 
 
Рисунок 2.1 – Структурна схема 
 
Основним елементом даної схеми являється мікроконтролер (МК), 
який контролює всю систему. Принцип роботи МК заключається в 
наступному. Мікроконтролер отримує інформацію з датчиків контролю 
кліматичних умов. Далі МК обробляє та передає керуючий сигнал на LCD 
екран.  
  
32 
 
2.2 Розробка принципової схеми 
Переходимо до розробки принципової схеми. Принципова схема — є 
графічним зображенням електричного кола. На принциповій схемі 
зображуються стандартизовані компоненти та взаємозв'язки між ними, це 
допомагає більш детально уявити роботу виробу. 
На рисунку 2.2 представлений мікроконтролер і його підключення 
рисунок 2.3. 
 
Рисунок 2.2 – Зовнішній вигляд мікроконтролера  
 
ESP8266 - це недорогий мікрочіп Wi-Fi з вбудованим мережевим 
програмним забезпеченням TCP/IP і можливостями мікроконтролера, що 
виробляється Espressif Systems [1] у Шанхаї, Китай. 
33 
 
 
Рисунок 2.3 – Підключення мікроконтролера ESP8266 
 
Основні характеристики мікроконтролера: 
Процесор: 32-розрядне RISC - мікропроцесорне ядро L106 на базі Tensilica 
Diamond Standard 106Micro з тактовою частотою 80 або 160 МГц. 
Пам'ять:  
32 КБ ОЗП для інструкцій. 
32 КБ кеш-пам'яті інструкцій. 
80 КБ ОЗУ для даних користувача. 
16 КБ ОЗП системних даних ETS. 
Зовнішня флеш-пам'ять QSPI: підтримується до 16 МБ (зазвичай від 512   до  
4 МБ) 
Вбудований перемикач TR, балун, МШУ, підсилювач потужності та 
узгоджувальна мережа. 
Аутентифікація WEP або WPA/WPA2 або відкрита мережа. 
17 контактів GPIO . 
Шина послідовного периферійного інтерфейсу (SPI). 
Інтерфейси I²С з DMA (загальні контакти з GPIO). 
34 
 
UART на виділених контактах плюс UART тільки для передачі може бути 
включений на GPIO2. 
10-бітовий АЦП (АЦП послідовного наближення). 
Представлена схема роботи теплиці має включати в себе датчик 
температури повітря. Перед вами представлений датчик температури 
DS18B20 рисунок 2.4. DS18B20 – це один із типів датчиків температури, який 
видає показання температури у форматі від 9 до 12 біт. Ці значення показують 
температуру пристрою. Зв'язок цього датчика може здійснюватися через 
протокол однопровідної шини, який використовує одну лінію даних зв'язку з 
внутрішнім мікропроцесором . Крім того, цей датчик отримує 
електроживлення безпосередньо від лінії передачі даних, тому потреба в 
зовнішньому джерелі живлення може бути усунена. Застосування датчика 
температури DS18B20 включає промислові системи, споживчі товари, 
системи, чутливі до температури, термостатичні елементи керування та 
термометри. 
 
Рисунок 2.4 - Зовнішній вигляд датчика температури DS18B20 
 
Датчик температури DS18B20 в захисному водонепроникному корпусі 
з пиловим захистом IP67. Вимірювальний елемент DS18B20 розміщений в 
герметичному пиловому захищеному корпусі, що забезпечує максимальний 
ступінь захисту датчика і дозволяє проводити вимірювання температури в 
35 
 
будь-яких умовах вологості, запиленості, а також при повному зануренні 
датчика в рідину. 
 
Основні характеристики датчика DS18B20: 
Інтерфейс: 1-Wire. 
Діапазон вимірюваних температур: −55…+125 °C. 
Точність: ±0,5 °C (в межах −10…+85 °C). 
Розширення : 9/10/11/12 біт. 
  Час отримання даних: 
750 мс при 12-битном розширення. 
94 мс при 9-битном розширення. 
Напруга живлення: 3–5,5 В. 
Споживчий струм в режимі очікування: 750 нА. 
Споживчий струм: 1 мА. 
 
Рисунок 2.5 – Принципова схема датчика температури DS18B20 
 
Зображена принципова схема підключення датчика до готової плати 
проекту smart-теплиця рисунок 2.5. За допомогою датчика будемо знімати 
показники температури зовні теплиці. 
Вимірювання вологості і температури повітря відбувається за рахунок 
отримання даних з багатофункціонального датчика атмосферного тиску, 
температури і вологості повітря BME280. Цей датчик є покращеною версією 
датчиків застарілих моделей BMP180 і відрізняється від них меншими 
36 
 
розмірами, зниженим енергоспоживанням, високою точністю роботи та 
наявністю точного заводського калібрування.  
Вимірювання температури виконується всередині для калібрування 
датчиків тиску та вологості. Оскільки датчик самонагрівається, виміряна 
температура зазвичай трохи вища за фактичну температуру.  
Перед вами представлений зовнішній вигляд датчика рисунок 2.6 і 
принципова схема роботи датчика BME280 рисунок 2.7. 
 
Рисунок 2.6 - Зовнішній вигляд датчика атмосферного тиску 
 
Основні характеристики датчика BME280: 
Інтерфейс: I2C/IIC. 
Напруга живлення: 3–5,5 В. 
Діапазон вимірювання тиску: 300-1100hPa. 
Діапазон вимірювання температури: -40 - +85 °C. 
Діапазон вимірювання вологості: 0 - 100 %. 
Енергоспоживання: 
Споживчий струм в режимі очікування: -2.74 нА. 
Споживчий струм: - 0.1 нА. 
Точність вимірювання: 
Вимірювання тиску - 0.01 hPa ( < 10 cm). 
Вимірювання температури - 0.01. 
37 
 
Вимірювання вологості – 3%. 
 
 
Рисунок 2.7 – Принципова схема датчика BME280 
 
Отримання даних вологості ґрунту отримуємо з датчика вологості 
ґрунту (рисунок 2.8). Датчик вологості ґрунту – це один із видів датчиків, що 
використовуються для вимірювання об'ємного вмісту води у ґрунті. Так як 
пряма гравіметрична величина вологості ґрунту потребує відсіювання, 
просушування, а також зважування проби.  
Ці датчики вимірюють об'ємний вміст води не безпосередньо за 
допомогою інших правил ґрунту, таких як діелектрична проникність, 
електричний опір, інакше взаємодія з нейтронами і заміщення вмісту вологи. 
 
Рисунок 2.8 – Зовнішній вигляд датчика вологості ґрунту 
38 
 
 
Співвідношення між обчислюваною властивістю та вологістю ґрунту 
має бути скориговано і може змінюватися в залежності від екологічних 
факторів, таких як температура, тип ґрунту або електропровідність. На відбите 
мікрохвильове випромінювання може впливати вологість ґрунту, а також воно 
в основному використовується в сільському господарстві та дистанційному 
зондуванні в гідрології. Схема підключення датчика вологості ґрунтуу в 
нашому проекті зображена рисунок 2.9. 
 
Основні характеристики Датчика вологості ґрунту: 
Необхідна напруга для роботи: 5В. 
Необхідний струм для роботи: <20 мА 
Інтерфейс: аналоговий 
Необхідна робоча температура цього датчика становить 10°C~30°C. 
 
 
 
Рисунок 2.9 – Принципова схема датчика вологості ґрунту 
 
В моєму проекті для зняття якості повітря використовується модуль 
якості повітря MQ-135 (рисунок 2.10). 
39 
 
 
Рисунок 2.10 – Зовнішній вигляд датчика MQ-135 
 
Датчик газу MQ-135 може виявляти такі гази, як аміак (NH3), сірка (S), 
бензол (C6H6), CO2 та інші шкідливі гази та дим. Подібно до інших газових 
датчиків серії MQ, цей датчик також має цифровий та аналоговий вихідні 
контакти. Коли рівень цих газів перевищує граничне значення повітря, 
цифровий штифт стає високим. Це граничне значення можна встановити за 
допомогою вбудованого потенціометра. Контакт аналогового виходу 
виводить аналогову напругу, яку можна використовувати для визначення 
рівня цих газів в атмосфері. 
Модуль датчика якості повітря MQ135 працює при напрузі 5 і споживає 
близько 150 мА. Він вимагає деякого попереднього нагріву, перш ніж він 
дійсно може дати точні результати. Рисунок 2.11 зображена принципова схема 
датчика. 
 
Рисунок 2.11 – Принципова схема датчика MQ-135 
 
40 
 
Основні характеристики датчика газу MQ135: 
Робоча напруга: від 2,5 до 5,0 В 
Потужність: 150 мА 
Виявлення/вимірювання: NH3, Nox, CO2, спирт, бензол, дим 
Типова робоча напруга: 5 В 
Цифровий вихід: від 0 до 5 В (логіка TTL) при 5 В Vcc 
Аналоговий вихід: 0–5 В при 5 В постійного струму. 
Аналоговий вихід датчика можна використовуватиме вимірювання 
значення PPM необхідного газу. Для цього нам потрібно використати 
зовнішній мікроконтролер, такий як Arduino. Мікроконтролер виміряє 
значення аналогової напруги та виконає деякі обчислення, щоб знайти 
значення Rs/Ro, де Rs – опір датчика за наявності газу, а Ro – опір датчика при 
чистому повітрі. Як тільки ми знайдемо це відношення Rs/Ro, ми можемо 
використовувати його для розрахунку значення PPM (рисунок 2.12) 
необхідного газу, використовуючи наведений нижче графік, який взято з 
таблиці даних датчика MQ135. 
 
Рисунок 2.12 – Таблиця значень РРМ 
 
Рівень освітленості будемо знімати за допомогою модуля датчика 
освітленості рисунок 2.13. 
41 
 
 
Рисунок 2.13 – Зовнішній вигляд модуль датчика освітлення 
 
SN-LIGHT-MOD являє собою модуль світлочутливого резистора, що 
підходить для визначення інтенсивності навколишнього освітлення та 
яскравості навколишнього середовища. Його чутливість можна налаштувати 
за допомогою вбудованого потенціометра, обертання якого за годинниковою 
стрілкою збільшує чутливість та збільшує дальність виявлення. 
На модулі розташований датчик освітленості, який саме знімає всі 
покази. Датчик освітленості генерує вихідний сигнал, що показує 
інтенсивність світла шляхом вимірювання променистої енергії, яка існує в 
дуже вузькому діапазоні частот, в основному званому "світло", і який 
знаходиться в діапазоні частот від "інфрачервоного" до "видимого" до 
"Ультрафіолетовий світловий спектр". 
Датчик освітленості є пасивним пристроєм, який перетворює цю 
«світлову енергію» у видимій або інфрачервоній частині спектра у вихідний 
електричний сигнал. Датчики світла більш відомі як "фотоелектричні 
пристрої" або "фотодатчики", тому що вони перетворять світлову енергію 
(фотони) на електрику (електрони). 
Основним елементом модуля є світлозалежний резистор (LDR). 
Типовий LDR, як випливає з назви, світлозалежний резистор (LDR) зроблений 
зі шматка відкритого напівпровідникового матеріалу, такого як сульфід 
кадмію, який змінює свій електричний опір від декількох тисяч Ом у темряві 
до декількох сотень Ом, коли на нього падає світло, створюючи пари дірка-
42 
 
електрон в матеріал.Чистий ефект полягає в поліпшенні його провідності при 
зниженні опору збільшення освітленості. Крім того, фоторезистивні елементи 
мають тривалий час відгуку, що вимагає багато секунд, щоб відреагувати на 
зміну інтенсивності світла. 
Матеріали, що використовуються як напівпровідникова підкладка, 
включають сульфід свинцю (PbS), селенід свинцю (PbSe), антимонід індія 
(InSb), які виявляють світло в інфрачервоному діапазоні, при цьому найбільш 
часто використовується з усіх  фоторезистивних  датчиків світла є сульфід  
кадмію  (Cds). Сульфід кадмію використовується у виробництві 
фотопровідних елементів, тому що його крива спектрального відгуку точно 
відповідає кривій людського ока і навіть може контролюватись за допомогою 
простого пальника як джерело світла. Зазвичай пікова довжина хвилі 
чутливості (λp) становить від 560 до 600 нм у видимому спектральному 
діапазоні. Підключення модуля датчика освітлення рисунок 2.14. 
 
Основні характеристики модуля датчика освітленості 
Постачається з високоякісним світлочутливим резистором (LDR). 
Оснащений вбудованим потенціометром для регулювання порога 
яскравості світла. 
Цифровий вихід. 
Використовує широкодіапазонний компаратор напруги LM393. 
Робоча напруга: 3,3-5 В. 
 
Рисунок 2.14 – Підключення модуля датчика освітлення 
43 
 
 
Важливу функцію в програмі виконує часовий модуль DS1307 рисунок 
2.15. За допомогою нього дізнаємося точний час, налаштувавши його один раз 
він зможе надалі періодично перевіряти час за допомогою з'єднанняз 
інтернетом. Годинник реального часу, або RTC, є пристрій хронометражу, 
вбудований в інтегральну схему або ІС. DS1307 – це годинник/календар з 
батарейним живленням та 56 байтами SRAM. Модуль відображає дані в 
секундах, хвилинах, годинах, днях, датах, місяцях і роках. Дата закінчення 
кожного місяця автоматично змінюється, особливо для місяців із менш ніж 31 
днем. 
 
Основні характеристики модуля:  
Батарея: RC2032. 
Інтерфейс: I2C. 
Вимірювання: Років, місяців, днів, годин, хвилин, секунд AM/PM. 
RTC на базі DS1307 із батареєю LIR2032. 
Вихідний контакт: 1 Гц. 
Режим резервного живлення при генераторі споживає 500нА. 
Корпус:  8-контактному DIP або SOIC 
Годинник реального часу (RTC) відраховує секунди, хвилини, години, 
дату місяця, місяць, день тижня і рік з компенсацією високосного року, 
дійсною до 2100 року. 
Розмір пам’яті: 56 байт. 
Доступ до DS1307 здійснюється за протоколом I2C. 
 
44 
 
 
Рисунок 2.15 – Зовнішній вигляд часового модуля DS1307 
 
Ще для моєї теплиці ми використовуємо DC-DC понижуючий 
перетворювач MP 158 (рисунок 2.16). Це стабілізатор на первинній стороні, 
що забезпечує точне регулювання постійної напруги (CV) без оптопари. Він 
підтримує топології Buck, Buck-Boost, Boost та Flyback. Він має вбудований 
польовий МОП-транзистор на 500 для спрощення конструкції і зниження 
витрат. Ці функції роблять його ідеальним регулятором для автономних 
програм з низьким енергоспоживанням, таких як побутова техніка та резервне 
живлення. 
 
Рисунок 2.16 - DC-DC понижуючий перетворювач MP 158 
45 
 
 
Основні характеристики перетворювача MP 158 
Керування постійною напругою (CV) на первинній стороні за 
допомогою топологій Buck, Buck-Boost, Boost та Flyback. 
Вбудований польовий МОП-транзистор 500 В. 
<30 мВт споживана потужність без навантаження. 
Вихідна потужність до 2 Вт. 
Максимальний вихідний струм DCM менше 40 мА. 
Максимальний вихідний струм CCM менше 70 мА. 
Низький робочий струм VCC. 
Для під’єднання додаткових ніжок використовуємо мікросхему 
ULN2803 (рисунок 2.17). Мікросхема - це масиви високовольтних і сильно 
струмових транзисторів Дарлінгтона, кожен з яких містить вісім відкритих 
колекторів які утворюють загальні емітерні пари. Кожна пара має номінальний 
струм 500 мА. Діоди придушення включені для індуктивне керування 
навантаженням, входи та виходи розташовані протилежно, щоб спростити 
компонування плати. Ці пристрої здатні управляти широким діапазоном 
навантажень, включаючи соленоїди, реле, двигуни постійного струму, 
світлодіоди дисплеї, лампи розжарювання, термодрукуючі головки та буфери 
високої потужності. ULN2803 доступний у корпусах SOP18 і QFN20(4x4). 
З’єднання на схемі показано на рисунку 2.17. 
 
Рисунок 2.17 – Схема під’єднання ULN2803 
46 
 
 
Досить важливою мікросхемою в проекті теплиці є мікросхема PC8574, 
адже саме вона допомагає збільшити ніжки контролера. PC8574 - це 8-
розрядний розширювач вводу-виводу (I/O) для дволінійної двонаправленої 
шини (I2C), призначений для роботи в режимі VCC від 2,5 до 6 В. Пристрій 
PCF8574 забезпечує універсальне розширення віддаленого вводу-виводу для 
більшості сімейств за допомогою інтерфейсу I2C [послідовний годинник 
(SCL), послідовні дані (SDA)]. Схема під’єднання зображена на рисунку 2.18. 
 
 
Рисунок 2.18 – Схема під’єднання PC8574 
 
Основні характеристики мікросхеми PC8574: 
Низьке споживання струму в режимі очікування: максимум 10 мкА. 
I2C до розширювача паралельних портів. 
Вихід переривання з відкритим стоком. 
Сумісність з більшістю мікроконтролерів. 
Виходи з фіксацією та можливістю керування великими струмами для 
безпосереднього керування світлодіодами. 
47 
 
Характеристики фіксації перевищують 100 мА відповідно до JESD 78 
клас II. 
У якості дисплею використовуємо LCD1602, або 1602-символьний 
рідкокристалічний дисплей, є різновидом точково-матричного модуля для 
відображення букв, цифр, символів і так далі. Він складається з позицій 
точкової матриці 5×7 або 5×11; кожна позиція може відображати один символ. 
Між двома символами є крок точки, а між рядками — пробіл, який таким 
чином розділяє символи та рядки. Модель 1602 означає, що вона відображає 
два рядки по 16 символів. Схема підключення дисплею рисунок 2.19. 
 
Рисунок 2.19 - Схема підключення дисплею LCD1602 
 
Обов’язково для теплиці потрібні вентиляційні отвори, щоб 
забезпечити надходження свіжого повітря, але також потрібно мати якийсь 
циркуляційний вентилятор (рисунок 2.20), щоб повітря рухалося по всій 
теплиці, щоб воно доходило до всіх рослин. Щоб у приміщенні теплиці 
періодично відбувалося провітрювання. Адже штучне освітлення та обігрів 
досить негативно впливають на кореневу систему рослин та на їх ріст. Якщо 
ми не будемо провітрювати приміщення, то в закритому середовищі 
поступово будуть зароджуватися бактерії та різні хвороби рослин, звісно ж 
48 
 
комахи-шкідники, в парнику рослини можуть згасати від перегріву, а згодом і 
загинути. Тому є важливим пунктом використання і придбання вентилятора. 
 
 
Рисунок 2.20 – Вентилятор 
 
Нагрівний елемент 12В призначений  для оптимізації температури, 
тобто додаткового обігріву культур (рисунок 2.20). 
 
 
Рисунок 2.21  - Зовнішній вигляд нагрівного елементу 
 
49 
 
Підтримка тепла та вентиляції в теплиці є ключем до того, щоб ніжні 
рослини пережили зиму. Тому використання цих засобів є надзвичайно 
важливим, для збільшення врожайності теплиці. 
 
Таким чином представлена принципова схема теплиці русунок 2.22. 
 
Рисунок 2.22 – Принципова схема 
 
2.3 Виготовлення друкованої плати 
За принциповою схемою було розведемо плату за допомогою програми 
EasyEDA 3-D вигляд розведеної плати рисунок 2.23 i 2.24. 
50 
 
 
Рисунок 2.23 – 3-D вигляд плати 
 
 
Рисунок 2.24 – 3-D вигляд плати 
 
Потім переходимо до виготовлення друкованої плати. При 
виготовленні даної друкованої плати використовувався метод фотодруку з 
подальшим травленням, тобто фотохімічний метод. При виготовленні 
51 
 
друкованої плати використані фотохімічний і електрохімічний способи, тому 
такий метод називається комбінованим. Використаний позитивний варіант 
цього методу, що полягає в тому, що експонування малюнка схеми 
проводиться з фото позитива. Після експонування проводиться свердління. 
Потім рисунок схеми і травлення міді. 
Технологічна схема процесу виготовлення друкованої плати 
комбінованим позитивним методом складається з наступних операцій: 
- Знежирення поверхні заготовки плати; 
- Свердління отворів в платі; 
- Нанесення світлочутливої емульсії (фоторезиста); 
- Експонування малюнка схеми (фотодрук); 
- Прояв малюнка; 
- Задублювання фоторезиста; 
- Нанесення захисної плівки лаку; 
- Видалення захисного шару фоторезиста; 
- Травлення малюнка схеми; 
- Освітлення захисного шару металу. 
Технологічний процес виготовлення друкованої плати комбінованим 
методом значною мірою оснащений спеціальним інструментом і необхідним 
обладнанням. Рисунок 2.25 зовнішній вигляд друкованої плати.  
 
52 
 
 
Рисунок 2.25 – Зовнішній вигляд друкованої плати 
 
Висновки до розділу 2 
 
У даному розділі було проаналізовано апаратне забезпечення. Для 
забезпечення функціонування системи управління та моніторингу потрібно 
вибрати таке апаратне забезпечення, яке буде здатне забезпечувати виконання 
поставлені задачі та цілі перед ним. Тому було запропоновано контролер 
ESP8266, як основна частина системи. Він здатний забезпечувати як і самі 
прості практичні завдання, а також його можна використовувати для більш 
складних задач. Також потрібно зазначити, що контролер є економним 
варіантом для побудови системи управління та моніторингу теплиці. Саме ці 
цілі і ставились у даному дослідженні. Були наведені технічні характеристики 
і можливості контролера, що необхідні для налаштування системи управління 
та моніторингу теплиці. 
Були спроектовані принципова та структурна схеми, а також 
складальний креслення та друкована плата. Була створена 3-д модель плати. 
Після цього була виготовлена макетна плата для тестування працездатності 
схеми. 
  
53 
 
РОЗДІЛ 3 
МЕТОДИ СТИМУЛЯЦІЇ РОСТУ РОСЛИН SMART-ТЕПЛИЦІ 
 
3.1. Розрахунок системи децентралізованого забезпечення мікроклімату 
теплиці 
Проаналізуємо доцільність проведення енергоефективних заходів та 
визначмо напрямки скорочення енергоспоживання, розробимо організаційні 
та технологічні рішення спрямовані на забезпечення енергоощадності 
культиваційних споруд на прикладі розсадних відділень. Вирішення питань 
енергозбереження потребує оцінювання ефективності використання 
енергетичних ресурсів.  
Для визначення енергетичних і економічних показників роботи 
розглянемо та порівняємо витрати розсадного відділення з традиційною 
технологію вирощування розсади і запропонованого розсадного відділення з 
системою децентралізованого забезпечення мікроклімату в зоні росту розсади.  
Основні показники розсадних відділень з традиційною технологією 
вирощування розсади. 
Площа розсадного відділення 0,5 га (5280 м 2). Місце розташування – 
Черкаська область. Розсада вирощується в горщиках, загальний вихід розсади 
за 1 оборот складає 115000 рослин. Термін вирощування розсади 35-40 днів.  
Огородження теплиці одинарне скло товщиною 4 мм по металевим 
шпросам. Основною конструктивною характеристикою теплиць є коефіцієнт 
огородження, від якого залежать тепловтрати та необхідна потужність 
системи опалення. 
Коефіцієнт огородження визначаємо за формулою: 
F (3.1) 
 o
огорю   
Fгр
де  Fo сумарна площа поверхні огородження, м 2 ; 
Fo  nB(H H k )2HL2nCL  nB(H H k )2L(H nC)  (3.2) 
54 
 
F  – площа ґрунту теплиці, м2 , 
гр
Fгр  nBL  (3.3) 
де  В – ширина блоку теплиці, м; L – довжина блоку теплиці, м; n–кількість 
блоків, шт. Розрахункова потужність системи опалення розсадного відділення 
визначається за формулою: 
Q (3.4) 
опал  k(tвн  tзов )огорінфFгр
 
де Qопал  – розрахункова потужність системи опалення, Вт; 
Вт
k  – розрахункова потужність системи опалення, Вт; ;  
м2 0 С
tвн , tзов – розрахункова температура внутрішнього і зовнішнього повітря, С 0 ; 
інф  – коефіцієнт інфільтрації. Для скляних теплиць приймають 
інф 1,25...1,3.  
Для розсадного відділення блокової теплиці розрахункова потужність системи 
опалення складатиме: 
nBH  nBH k  2LH  2nLC (3.5) 
Qопал  k(tвн  tзов ) інфnBL  
nBL
Отже,  
(116,42,5)  (116,43,9)  (2752,5)  (2113,52)
Qопал  6,4(25 (22))  (3.6) 
1,3116,475  
1,3116,475  2580864Вт  2.58МВт
Визначаємо середню температуру зовнішнього повітря за період 
вирощування розсади. Середня температура зовнішнього повітря за період 
вирощування розсади визначається за формулою: 
 tср.м n (3.7) 
i
tср   
ni
0
де tср.м – середня по місяцях температура зовнішнього повітря, C;  
ni – кількість днів в місяці. 
55 
 
(1, 230)  (3,531)  (5,931)  (5, 228)  (0,431)  (7,530) (3.8) 
tср  
30 31 31 28 3130
 
188,4
  1,040
181
(116,42,5) (116,43,9) (2752,5) (2113,52) (3.9) 
Qопал  6,422 (1,04) 
116,475  
1,3116,475 1265172,48Вт 1,27МВт
Загальні витрати теплоти за весь період вирощування розсади 
складають: 
Qзаг.опал 1,27241810,86  4744,52Гкал  (3.10) 
Середня питома витрата теплової енергії на одну рослину визначається 
за формулою: 
Q (3.11) 
q  заг.опал
 
N
де N – кількість розсади за весь період вирощування, рос., 
Nтр 1150006  690000  (3.12) 
За формулою знаходимо середню витрату теплової енергії на одну 
рослину в традиційних розсадних відділеннях: 
4744,52
q   0,0069 Гкал (3.13) 
тр  
690000 рос
Отже, за період вирощування розсади використання нової технології 
вирощування дозволить зменшити загальні витрати тепла на опалення 
основної тепличної споруди на 1232,83 Гкал, при цьому середня питома 
витрата теплової енергії на одну рослину зменшиться на 0,0058 Гкал. Основні 
енергетичні, технологічні і економічні показники Згідно з діючими 
нормативними документами узагальненим показником економічної 
ефективності технічного рішення є приведені витрати, які враховують, як 
капітальні витрати, так і витрати на експлуатацію. Загальні приведені витрати 
базового та нового варіантів розсадних відділень теплиць визначають за 
формулою: 
П  Ен С  Е,  (3.14) 
56 
 
де Ен – нормативний коефіцієнт економічної ефективності капіталовкладень; 
С – сума необхідних капіталовкладень, грн; Е – сума експлуатаційних витрат, 
грн/рік. Нормативний коефіцієнт економічної ефективності Ен – величина 
зворотна до періоду окупності Т. Термін окупності капіталовкладень 
визначається як відношення додаткових капіталовкладень до економії 
експлуатаційних витрат нового та базового варіантів: 
С2 С1  (3.15) 
Т 
Е1  Е2
де  С1 – капітальні витрати базового варіанта, грн; С2 – капітальні витрати 
нового варіанта, грн; Е1 – експлуатаційні витрати базового варіанта, грн; Е2 – 
експлуатаційні витрати базового варіанта, грн. Капітальні витрати на 
будівництво розсадних відділень теплиць визначається за обсягами будівельно 
– монтажних робіт та розцінками на їх виконання (кошторисною вартістю). 
Експлуатаційні витрати для розсадних відділень складаються з 
щорічних витрат на теплову та електричну енергії, заробітну плату 
тепличниць та технічного персоналу, амортизаційні відрахування, поточний 
ремонт та загальні додаткові витрати, грн./рік. 
Е  Е Е (3.16) 
т ел Ез/п Еам Ерем Едод ,  
де Ет  – річні витрати на теплову енергію, грн./рік; Еел  – річні витрати на 
електроенергію, грн./рік;  Ез /п  – річна заробітна плата тепличниць та 
технічного персоналу, грн./рік;  Еам   – амортизаційні відрахування, грн./рік; 
Е рем  – річні витрати на поточний ремонт, грн./рік;  Едод   – загальні додаткові 
витрати, грн./рік. Річні витрати на теплову енергію складають, грн./рік.: 
Ет Qp Цт ,  (3.17) 
де Q  – річна витрата теплової енергії на опалення розсадних відділень 
p
теплиць, Гкал/рік, Ц т   – вартість одиниці теплової енергії для даного 
тепличного комбінату, грн./Гкал. 
Визначення витрат на електроенергію, грн./рік.:  
57 
 
Е  N B  (3.18) 
ел p ел
де N   – річна витрата електроенергії, кВт·год/рік;  B
p ел  – вартість 
електроенергії за 1 кВт·год, грн. Для тепличних комбінатів встановлено 3 
тарифи вартості електроенергії , відповідно витрати на електроенергію для 
диференційованого тарифу складатимуть, грн/рік.: 
n (3.19) 
Е i i
ел N p Bел  
i1
N i
де  p   – витрати електричної енергії під час дії і-того тарифу на 
i
електроенергію, кВт·год./рік.;  Bел   – вартість електроенергії згідно і- того 
тарифу, 1кВт·год/грн; m–кількість тарифів вартості електроенергії, m = 3. Для 
систем водяного опалення розсадних відділень витрати на електроенергію 
складатимуть витрати на забезпечення циркуляції теплоносія в системі 
обігріву.  
Загальні додаткові витрати складають до 30% від суми витрат на 
заробітну плату обслуговуючого персоналу, на поточний ремонт та 
амортизаційні відрахування, грн./рік.: 
Едод  0,3(Ез/п Еам Ерем)  (3.20) 
 
Результати  техніко  –  економічного   розрахунку     наведено   на   
рисунку 3.1. Розсадні відділення з системами децентралізованого 
забезпечення мікроклімату (гістограма жовтого кольору)  та традиційні 
розсадні відділення (гістограма блакитного кольору) . 
 
58 
 
 
Рисунок 3.1 - Діаграма результатів техніко – економічних розрахунків.  
 
Запропонована система децентралізованого забезпечення мікроклімату 
при використанні в розсадних відділеннях теплиць площею 0,5 га з водяною 
системою опалення дозволить зменшити металоємність системи опалення, 
при цьому економія металевих труб складає понад 4500п.м. Очікується, що 
впровадження запропонованої системи дозволить зменшити в 1,3 раза витрати 
теплової енергії на опалення 1 м 2 розсадного відділення. При цьому, на площі 
0,5 га за весь період вирощування розсади буде заощаджено біля 180 тис.м3 
природного газу. Ця система дасть змогу знизити загальні теплові витрати на 
30%.  
Впровадження системи децентралізованого забезпечення мікроклімату 
дозволить зменшити термін вегетації розсади на 3-5 днів за рахунок 
стабільного температурно-вологісного режиму в робочому об’ємі, а 
багатоярусне розміщення міні – теплиць збільшить вихід розсади з 1 м2 
корисної площі теплиці в 2 – 3 рази в залежності від кількості ярусів. 
  
59 
 
3.2 Стимуляція росту рослин за допомогою освітлення 
Досить негативно на розвиток рослин впливають заморозки, засуха, 
нестача сонячного світла і тепла, а також надмірне сонячне світло. Щоб 
зрівняти  всі показники росту і розвитку рослин аграрії все частіше почали 
використовувати різні стимулятори. Так як виснаження ґрунту просто 
гарантоване після постійного використання плантації 
Органічні стимулятори росту рослин призначені для підгодівлі рослин 
поживними речовинами, тобто добривами. Вибір добрив є дуже великим від 
органічних до мінеральних.  Ті препарати що мають природне походження є 
органічними добривами, такі як торф, гній, компост, відходи бродіння. Але 
досить часто ці добрива є збудниками різних хвороб, це відбувається коли до 
ґрунту потрапляють хворі стебла чи листки. Тому зазвичай разом з цими 
добривами використовуються фунгіциди. Це такі розчини, що утворються 
завдяки біологічним чи хімічним сполукам, які використовуються для задержи 
або знищення росту грибів чи спор. 
Досить розвинутою стимуляцією рослин ще виступають різні хитрощі. 
Для того щоб кімнатна рослина пишно цвіла з року в рік потрібно 
придержуватися декількох правил. Багато людей навіть не задумуються чому 
саме цвіте рослина. Але якщо людина розуміє всі тонкощі процесу вона може 
створити хороші умови для зростання. Рослина цвіте, щоб розмножуватися, 
але розмножування  відбувається з пливом негативних факторів. Наприклад 
зменшення температури, рослина буде відчувати загрозу, тим самим 
відбувається стимулювання цвітіння щоб продовжити рід. Також не забуваємо 
за високий вплив освітлення. Рослина цвіте в період коли день коротший ночі. 
Штучне досвічування рослин також є досить популярним серед 
шанувальників рослин. Відбувається за допомогою фітоламп або 
світлодіодних стрічок.  Додаткове освітлення має забезпечувати той спектр 
електромагнітного випромінювання що рослина отримує в природному 
середовищі свого зростання. 
60 
 
Світло є важливим фактором навколишнього середовища, що впливає 
на ріст, розвиток та біохімічний біосинтез рослин протягом коротких і 
тривалих періодів росту в результаті функціональності, що проявляється 
інтенсивністю випромінювання та спектральним складом. Рослини виявляють 
високу пластичність до змін світлових характеристик або при використанні 
випромінювання як джерело енергії для процесів фотосинтезу, або коли воно 
є сигналом для регуляції фотоморфогенетичних відповідей через складну 
систему фоторецепторів, що залежать від довжини хвилі ( Paik and Huq, 2019 
Парадизо і Пройетті, 2021 р.). 
Світлодіодні лампи дозволяють оптимізувати умови освітлення в 
умовах штучного вирощування щодо якості світла, кількості та збільшення 
світлового дня, щоб точно керувати ресурсами та врожайністю. 
 
Розрахунок освітлення теплиці 
Щоб правильно розвести освітлення в теплиці за допомогою 
світлодіодів, насамперед вам потрібно обов’язково провести деякі  попередні 
розрахунки. За їх допомогою зможемо визначити, яку кількість ламп нам 
потрібно і як саме правильно розташувати їх всередині приміщення. 
Світлодіоди більш ефективні, випромінюють якісніше світло і виділяють 
менше тепла. 
При проведенні розрахунку до уваги беруть такі дані: 
1. висота обчислюваної теплиці і прогнозовану відстань від 
рослин до ламп; 
2. потужність світильника, який буде застосовуватися для 
освітлення теплиці; 
3. види вирощуваних культур, оскільки різним сортам рослин 
як відомо потрібна різна інтенсивність освітлення; 
4. загальну площу нашої теплиці і її освітлюваних ділянок. 
Розрахунок освітлення в теплиці за допомогою світлодіодів 
проводиться за такими формулами:  
61 
 
F   E   S  /  Кі  (3.32) 
де F – необхідна інтенсивність світлового потоку (Лм); 
Е – рівень освітленості (Лк); 
S – площа передбачуваної ділянки освітлення (кв.м); 
Кі – коефіцієнт використання світлового потоку. При цьому дане значення 
залежить від розташування відбивача: для зовнішньої системи відображення 
він становить 0,4, а для внутрішнього – 0,8. 
Нам потрібно обчислити підсвічування для 5 квадратних метрів 
теплиці, на ділянці будуть вирощюватися помідори. Мінімальний допустимий 
рівень освітленості для обчислюваних культур становить 6000 Лк. При цьому 
припустимо, що наша теплиця облаштована внутрішнім відбивачем. 
Розрахунок за наведеною формулою буде виглядати так:  
F   6000   5  /  0,8   37500 Лм  (3.33) 
Використовуючи приведені розрахунки, ми можемо вирахувати 
кількість і потужність ламп, потрібних для освітлення. Визначення 
найпростіше провести по таблиці залежно світлового потоку та від потужності 
лампи. 
Потужність лампи (Вт). 
Світловий потік (Лм). 
Якщо з орієнтуватися на таблицю, то для встановлення підсвічування 
за нашим розрахунком нам знадобляться 15 ламп потужністю 25-30 Вт. При 
цьому важливо врахувати, що в наведеному розрахунку передбачалося, що 
світильники на ділянці будуть розташовані на відстані 1-го метру від рослин. 
Але якщо показник висоти змінюється, то отриманий світловий потік також 
буде змінюватися за правилом зворотних квадратів. Це означає, якщо лампи 
будуть розташовані на ділянці на висоті 2 м, то освітленість і поверхня ґрунту 
знизиться в 4 рази, а якщо зменшити відстань близько 3 метрів, то в 9 разів, а 
якщо відстань від ламп до рослин становить ще менше, тобто 0,5 метра, то 
освітленість навпаки, має збільшитися в 4 рази. 
62 
 
При проведенні обчислення також потрібно звернути увагу на те, що 
чим нижче знаходяться наші лампи, тим меншою має бути площа ділянки 
освітлення. Як правило, самостійне регулювання оптимального розташування 
ламп може займати досить багато часу, так як потрібно спостерігати за 
рослинами, щоб помічати реакції на якість підсвічування. Одразу на етапі 
встановлення ви можете полегшити собі подальші етапи налаштування, а саме 
при встановленні ламп залишити довгий провід, що допоможе з легкістю 
підрегулювати наше освітлення 
Завдяки правильному розташуванню світильників ми зможемо 
домогтися зменшення терміну вегетації рослин посаджених в теплиці, цим 
самим пришвидшимо розвиток плодів. 
 
3.3 Використання електричного струму для стимуляції рослин 
З метою підвищення родючості сільськогосподарських рослин аграрії з 
давніх-давен звертається до ґрунту. Те, що електрика здатна підвищити 
родючість верхнього шару землі, тобто підсилити його здатність до 
формування великого врожаю. Вже досить давно доведено такими відомими 
вченими як С. Леместр і його співвітчизник О. Прінсгейм. Штучно створене 
електростатичне поле може компенсувати нехватку природньої електрики, а 
якщо це поле буде потужнішим природнього, то ріст рослин здатен 
прискоритися.  
Чому ж саме завдяки електричному полі рослини краще ростуть? Вчені 
Інституту фізіології рослин ім. К. А. Тімірязєва АН СРСР встановили, чим 
більша різниця потенціалів між рослинами і атмосферою, тим швидше 
відбувається фотосинтез у рослин. Наприклад, якщо біля рослини держати 
анод, саме анод не катод і збільшувати напругу, то фотосинтез буде 
збільшуватися. Але якщо потенціали рослини і атмосфери досить близькі, то 
рослина припиняє поглинати в себе вуглекислий газ. Електричне поле здатне 
впливати не тільки на вже дорослі рослини, а й навіть на насіння. Якщо 
63 
 
насінини на деякий час покласти в штучно створене електричне поле, то вони 
швидше дадуть дружні сходи. 
У 1984 році в журналі "Квітникарство" була опублікована стаття про 
використання електричного струму для стимуляції кореневого утворення у 
живців декоративних рослин, Особливо укорінюючих насилу, наприклад у 
живців троянд. З ними-то і були поставлені досліди в закритому ґрунті. Живці 
декількох сортів троянд висаджували в перлітовий пісок. Двічі в день їх 
поливали і не менше трьох годин впливали електричним струмом (15 В; до 60 
мкА). При цьому негативний електрод під'єднувався до рослини, а позитивний 
занурювали в субстрат. За 45 днів прижилося 89 відсотків живців, причому у 
них з'явилися добре розвинені коріння. В контролі (без електростимуляції) за 
70 днів вихід вкорінених живців становив 75 відсотків, однак коріння у них 
були розвинені значно слабше. Таким чином, електростимуляція скоротила 
термін вирощування живців в 1,7 рази, в 1,2 рази збільшила вихід продукції з 
одиниці площі. Як бачимо, стимуляція зростання під впливом електричного 
струму спостерігається в тому випадку, якщо до рослини приєднується анод. 
Це можна пояснити тим, що сама рослина зазвичай заряджене негативно. 
Підключення негативного електрода збільшує різницю потенціалу між ним і 
атмосферою, а це, як ми вже відзначали, позитивно позначається на 
фотосинтезі. 
Зрозумівши всю якість впливу електричного струму на розвиток 
рослин був створений автономний пристрій «Електрогрядка», що є 
надзвичайно корисним для використання в сільському господарстві. Цей 
пристрій являє собою самостійно відновлююче джерело живлення, що може 
перетворювати вільну електрику безпосередньо в електричний струм в 
результаті застосування електропозитивних і електронегативний матеріалів, 
розділених проникною мембраною і розташованих в газовому середовищі без 
застосування електролітів в застосуванні каталізатора. Ці процеси є практично 
ідентичними електричним процесам, що відбуваються з впливом фотосинтезу 
в рослинах і використовуються для стимуляції їх росту. Завдяки електризацію 
64 
 
ґрунту впершу чергу відбувається вплив на кореневу систему рослини, як 
пояснюють вчені. 
Принцип дії пристрою є не досить складним. «Електрогрядку» 
створено за прикладом великого дерева. Електрогрядка працює за принципом 
теплової трубки і генератора постійного імпульсного струму, де частоту 
імпульсів створює земля і повітря. 
 
3.4 Дослід із стимуляцією рослин за допомогою світла 
Розглянемо експеримент впливу синього і червоного світла на 
рослини 
Те що ми сприймаємо сонячне світло білого кольору ще не означає, що 
воно і справді біле. Так як сонячне світло складається з усіх кольорів райдуги, 
а основні три кольори синій, червоний і зелений. 
Ми можемо сказати, що рослини не поглинають багато зеленого світла, 
тому що воно відбивається від них і потрапляє в наші очі, змушуючи їх 
здаватися зеленими.  
Той факт, що листя зазвичай не здається синім або червоним, означає, 
що вони поглинають ці частини світлового спектру і використовують їх для 
зростання. Вплив синього світла на рослини безпосередньо пов'язаний з 
виробленням хлорофілу. Рослини, які отримують багато синього світла, 
матимуть міцні, здорові стебла та листя.  
Червоне світло відповідає за те, щоб рослини цвіли та плодоносили. Це 
також важливо для раннього життя рослини для проростання насіння, 
зростання коренів та розвитку цибулин. 
У той час як вуличні рослини на повному сонці природно отримують 
як червоне, так і синє світло, кімнатним рослинам його може не вистачати. 
Навіть рослини поруч із вікном можуть не отримувати достатньо певної 
частини колірного спектру.  
Якщо ваша рослина стає довгоногою або її листя втрачає зелений колір, 
швидше за все, їй не вистачає синього світла. Якщо він не цвіте в той час, коли 
65 
 
ви знаєте, що він повинен (це особлива проблема для різдвяних кактусів, які 
відмовляються цвісти на Різдво), йому, ймовірно, бракує червоного світла. 
Синє світло можна доповнити люмінесцентними лампами. Хоча 
використання червоного світла для рослин можливе за допомогою ламп 
розжарювання, вони часто виробляють занадто багато тепла, щоб тримати їх 
поряд із кімнатними рослинами. Натомість використовуйте люмінесцентну 
лампу широкого спектру. 
Іноді забруднення може блокувати потрібне світло. Якщо ваша 
нездорова рослина знаходиться поряд з особливо брудним вікном, вирішення 
вашої проблеми може бути таким же простим, як його гарне очищення, щоб 
впустити якомога більше світла. 
Ще один досить цікавий факт. Рослини розподіляють свої ресурси в 
зоні найбільшої потреби. В умовах недостатнього освітлення рослини 
намагаються збільшити перехоплення світла. Найкращий спосіб зробити це за 
рахунок збільшення площі окремих листків. Ці листки, як правило, дуже тонкі 
та гнучкі. І навпаки, розмір окремого листка зменшується, а товщина листя 
збільшується при сильному освітленні. Це листя товсте і накопичило багато 
крохмалю. Проте під високим освітленості рослини матимуть більше листя. 
Отже, навіть якщо вони окремо менші листя, площа листя всієї рослини 
збільшується зі збільшенням DLI. 
Ріст кореня пропорційний росту пагона. Коріння залежать від пагонів 
(листя і стебла), створених під час фотосинтез, тоді як пагони залежать від 
коренів для отримання води та поживних речовин. Значить, не дивно, що ріст 
коренів і пагонів пропорційний. Ріст пагонів збільшується в міру DLI 
збільшується, тому ріст коренів також збільшується зі збільшенням DLI.  
Багато «тіньових» культур найкраще ростуть при помірному та 
високому освітленні. Мабуть, найкраще описати тіньові рослини як види, які 
«переносять» слабке освітлення умови. Однак багато з цих видів насправді 
найкраще ростуть при помірному та сильному освітленні. Наприклад, бегонії 
дають комерційно прийнятні рослини з низьким DLI умовах (5 моль/день), але 
66 
 
найякісніші бегонії зростають при значно вищому DLI (~20 моль/день). Майте 
на увазі, що найкращий ріст з точки зору розміру рослини може бути при більш 
високому рівні освітлення листя може бути більш привабливим за помірного 
рівня освітлення. 
Інший приклад - Хоста. Багато сортів хости найкраще ростуть на 
відкритому повітрі під сонячними променями; однак їм потрібна достатня 
кількість води. Якщо виникає стрес від посухи, виникнуть сонячні опіки під 
повним сонячним світлом. 
За умов слабкого освітлення може бути достатньо лише для підтримки 
основного стебло. Якщо рівень освітлення збільшиться, утвориться більше 
бічних пагонів. Іншими словами, бічні пагони розвиваються лише за наявності 
достатньої кількості живлення. Таким чином, кількість бічних гілок 
збільшується зі збільшенням DLI .  
У більшості випадків зростання в результаті збільшення DLI покращує 
якість рослин. Більше світла = більше бічних пагонів = більше квітів = 
якісніша рослина. Виняток становлять деякі «тіньові культури». Наприклад, 
імпатієнс і бегонія справді досягають більшого росту (свіжа та суха вага, бічні 
пагони тощо) при повному сонячному світлі на відкритому повітрі. Однак 
зовнішній вигляд є гіршим, оскільки листя та квіти часто мають зів’яли або 
вибілені на сонці листочки. 
Максимізація проти оптимізації У більшості випадків існує ефект 
«зменшення віддачі» на ріст рослин, оскільки DLI збільшується. Наприклад, 
рослини, вирощені в теплиці, можуть бути вдвічі більшими при 20 молях/день 
порівняно з 10 моль/день; однак якість рослини може бути комерційно 
прийнятною на рівні 10 моль/день. Тому, 20 моль/день може забезпечити 
максимальну швидкість росту, тоді як 10 моль/день є оптимальним, 
припускаючи, що інші 10 молів/день можна використовувати для 
вирощування додаткових рослин, наприклад, підвісних кошиків. 
Реакції на світло та температуру іноді плутають. Світло має великий 
вплив на зростання, а температура впливає на розвиток. Ріст відноситься до 
67 
 
розміру рослини, свіжої маси, сухої маса, розгалуження та кількість квіток. 
Розвиток відноситься до розвитку листя або квіток в меристематичних 
областях рослини. Таким чином, температура впливає на швидкість 
розпускання листя і цвітіння. 
Взаємодія температури і світла має великий вплив на якість рослин. 
Найбільші рослини високої якості часто вирощують при високому освітленні 
та прохолодних температурах. Ці умови дозволяють запакувати багато енергії 
(сонячного світла) в рослину, оскільки листя є розвивається відносно повільно. 
Навпаки, слабке освітлення та високі температури є найгіршими умови для 
вирощування більшості рослин. За цих умов ще дуже мало енергії доступно 
рослині, і вона дуже швидко розпускає листя і цвіте. Результат – неякісна 
рослина, поганий зовнішній вигляд. Під час літніх умов виробники повинні 
бути обережними, щоб не створювати таких умов, створювати надлишок тіні 
в спекотні літні місяці. 
 
Низьке освітлення як спосіб стимуляції 
Серед квітникарів поширена думка, що слабке освітлення сприяє росту 
рослин. Наші дані не підтверджують цей висновок. У більшості випадків 
низький DLI (<5 моль/день) дає більш гірші рослини, ніж середовище з 
помірним DLI (10 моль/день). Під низьким DLI У таких умовах рослинам не 
вистачає енергії, щоб створити сильний первинний пагін. Отже, чому ми 
можемо це сприймати рослини витягуються в умовах слабкого освітлення. Є 
кілька можливостей: 
1. Зростання, яке відбувається при низькому DLI, часто є дуже поганим, 
отже, гіршим Якісний ріст сприймається як розкіш, оскільки при слабкому 
освітленні рослини не мають густих бічних гілок, а листя і стебла є досить 
тонкими. (рис. 4.1) 
2. Можливо, що ініціація та/або розвиток квітки пригнічується 
настільки, що низька освітленість рослини вимагають більше часу для 
68 
 
цвітіння. В результаті вони стають вищими раніше цвітіння, тому що на стеблі 
утворюється більше листя до початку цвітіння. 
3. Рослини з низьким освітленням висихають повільніше, ніж рослини 
з високим освітленням. Цілком можливо, що якщо рослина при недостатньому 
освітленні, рясно поливається, виростає вище, ніж при сильному освітленні, 
яка страждає від посухи через високу вологість і відсутність посухового 
стресу.  
4. Рослини, які мають лежачий або низькорослий стан, можуть довше 
подовжувати зростати при слабкому освітленні. У природі цілком зрозуміло, 
що піде на користь рослинам. Наприклад, фіалки виглядають подовженими в 
умовах слабкого освітлення. Рисунок 4.1 - 4.2 показує вплив інтегралу 
щоденного освітлення на висоту та якість рослин. Зазначемо, що барвінок 
отримував освітлення  (зліва направо) 3, 7, 15 і 38 моль/день, тоді як цинія 
отримувала 4, 14, 24 і 48 моль/день. Зауважте, що висота рослин, розгалуження 
та цвітіння збільшувалися зі збільшенням DLI. 
 
Рисунок 3.2 - Вплив інтегралу щоденного освітлення на висоту та 
якість барвінку 
69 
 
 
Рисунок 3.3 - Вплив інтегралу щоденного освітлення на висоту та 
якість цинії 
 
Класифікація вимог DLI 
Якість освітлення рослин можна розділити на такі категорії: дуже 
слабке освітлення, слабке освітлення, помірне освітлення, сильне освітлення 
та дуже високе освітлення. Далі в таблиці 3.1 наведено опис рівнів. 
 
Таблиця 3.1 – Опис рівнів освітлення 
Вид освітлення Показник виміру Стан рослини при отриманому рівні 
моль/день  світла 
Дуже слабке <5 Рослині не вистачає потрібної енергії, 
освітлення як правило в поганому рості рослина 
і її цвіт. 
Слабке освітлення 5-10 Якщо температура повітря буде в 
межах 18ºС , то розвиток рослини 
буде повільний але досить хороший, 
але якщо температура буде більшою 
23ºС. То стан рослини буде 
погіршуватися з кожним днем. 
 
 
 
70 
 
Продовження таблиці 3.1 – опис рівнів освітлення 
Помірне 10 - 20 Рослина нормально цвіте з 
освітлення прийнятним розгалуженням і 
непоганою кількістю квіток. 
Висока 20-30 Високе світло забезпечує 
освітленість надзвичайно добре розгалужені 
(кущисті) рослини та мають велику 
кількість квіток. Добре освітлення 
також дає відмінне укорінення 
рослини. Найвищу і кращу 
врожайність тепличних квіткових і 
овочевих культур, зазвичай 
вирощують при високому рівні 
освітлення. 
Дуже висока 30-60 Можливе отримання сонячних опіків 
освітленість на листочках рослин. Надмірне 
освітлення може призвести до зміни 
орієнтації та форми листя. 
 
3.5 Розрахунок врожайності теплиці 
Успіх в аграрному бізнесі безпосередньо пов'язаний з показником 
врожайності. Досить, велику роль відіграють важливі інструменти такі як 
розрахунок прибутковості ділянки та її планування. За допомогою розрахунку 
можна буде визначити, які саме сорти культур нам потрібні, їх обсяги, типи 
посадки і обробки, також можна буде скласти графік посівів. Однак, і не варто 
забувати, що сільське господарство — це сфера, що підвладна і зовнішнім 
факторам. Тому, як зрозуміло, що погода і економічні чинники можуть внести 
свої корективи в показники врожаю.  
Але якщо вирощувати рослини в теплиці ми зможемо захистити наші 
рослини. Теплиця забезпечує контрольоване середовище, адаптоване до 
71 
 
потреб вирощуваної рослинності. За допомогою систем автоматизації теплиці, 
можна збільшити якість врожаю та покращити умови праці використовуючи 
мінімальні затрати. 
Серед зовнішніх чинників, що здатні вплинути на отримання нашого 
врожаю, можна виділити 3 досить важливих моменти: 
1. Економічні чинники. Окрім зовнішніх чинників, є ще й і 
внутрішні, такі, як якість нашого посівного матеріалу, оснащення новітнім 
технічним обладнанням і звісно ж повноцінна боротьба з шкідниками. 
2. Природно-кліматичні чинники. Сюди входить стан ґрунту та його 
склад, температурний режим, кількість отриманих опадів і ґрунтові води. 
3. Забезпечення господарства добривами є також досить важливим.  
Для отримання хорошого врожаю потрібно використовувати не тільки 
органічні, а й мінеральні добрива, що допоможуть швидше наповнити рослину 
корисними речовинами. 
Розрахунок врожайності для просапних культур. Розглянемо метод 
розрахунку для рослин, що є поширений для просапних рослин. Просапні 
культури це ті що можна обробити в період зростання за допомогою сільсько 
господарської техніки, тобто ті рослини що саджаються на більшій відстані 
рядок від рядка, аніж ті культури що можна вирощувати звичайним рядком 
або навіть вузьким рядком, тобто з досить малим інтервалом між рядками. 
Нам потрібно виміряти певну частину рядка, тобто довжина рядка має 
бути нам відомою, щоб продовжити розрахунок. Після кінцевих обчислень 
результати будемо накладати на загальну площу. Тобто потрібно вибрати 
середньостатистичний рядок. 
Наша перша дія це вимірювання ширини міжряддя. Потім, з позначеної 
частини обраного рядка збирається врожай, але потрібно робити це не 
вибірково, а повністю. У підсумку ми маємо обробити що найменше 3 
найбільш типові точки ділянки.  
Далі проводяться розрахунки, за такою формулою: 
72 
 
10000  
mn
Wм (3.34) 
Уб  100  
Ln
 
Уб  - врожайність на корені (ц / га); 
10 000 - це 1 гектар, що зазначений в м2; 
Wм  - ширина міжряддя (м); 
mn  - сума ваги зібраного врожаю з кожної ділянки (кг).  
Ln  - сумарна довжина всіх ділянок в метрах; 
100 - коефіцієнт переведення з кілограмів у центнери. 
Проводимо розрахунок: 
5000  
600
У  0.5 100  3.33 (3.35) 
б  
18000
 
Розрахунок врожайності показав не поганий результат, на досить не 
великій ділянці. 
Наразі в аграрну сферу доволі активно впроваджуються різні 
інноваційні smart-технології. І окремі з них саме спрямовані на автоматизацію 
розрахунку врожайності. Обчислення врожайності є значним етапом в 
аграрному бізнесі. Для проведення правильного розрахунку потрібно мати 
певні навички і знання в рослинництві, але це все набувається з досвідом. 
Розрахунок контору регулювання температури повітря 
1  
  2511,9115 52,611,4 107,9 106
год  
1
Т   9267год (3.36) 
сер
107,9 106  
Р 107,9106 720
інф ( )  е  0,925
 
73 
 
Розрахунок контору регулювання вологості 
1  
 1011,91 50 75 63, 411, 4  213,7 106
год  
1
Т (3.37) 
сер   4679год
213,7 106  
Р ( )  е213,7106 720
інф  0,857
Розрахунок контору регулювання температури повітря 
1  
  2011,91 50 75 63, 4  273,7 106
год  
1
Тсер   3653год (3.38) 
273,7 106  
Р ( )  е273,7106 720
інф  0,821
Задамо середній час встановлення працездатності Тв = 2 год та 
допустимий час функціонування об’єкту при невиконанні керуючої функції  
Тдоп = 4 год та розрахуємо ймовірність відновлення працездатності Рв 
та ймовірність безвідмовної роботи Рс(Ʈ) за час з урахуванням можливості 
відновлення: 
4  
Рв ( ) 1 е 2  0,865
 
1)Рв ( )  0,925 (1 0,925) 0,865  0,989
 (3.39) 
2)Рв ( )  0,857  (1 0,857) 0,865  0,98
 
3)Рв ( )  0,821 (1 0,821) 0,865  0,9758
 
 
3.6 Розрахунок надійності сигналізації  
Для захисних функцій розраховуються значення середнього часу 
напрацювання на відмову, загальна інтенсивність відмов, ймовірність 
безвідмовної роботи протягом місяця, вірогідність відновлення 
працездатності та вірогідність безвідмовної роботи протягом одного місяця з 
урахуванням відновлення функції, що відмовляє, коефіцієнт готовності та 
74 
 
вірогідність безвідмовної роботи при виконанні очікуваної задачі за заданими 
формулами. 
Контур регулювання температури повітря 
1  
  22511,9 511, 4  44,3 106
год  
1
Тсер   22573год (3.40) 
44,6 106
Р ( )  е44,6106 720
в  0,968
 
22573
К гот   0,99991
22573 2
Роч ( )  0,999910,968  0,9679
 
 
Контур регулювання вологості 
6 1  
 1011,9 511,4  29,3 10
год  
1  
Тсер   34129год (3.41) 
29,3 106
6
Р ( )  е29,310 720
в  0,979
34129
Кгот   0,99991
34129 2  
Роч ( )  0,999910,979  0,9789
Контур регулювання концентрації СО2 
1  
  201011,9 511, 4  49,3 106
год  
1
Т (3.42) 
сер   20283год
49,3 106
49,3106
Р ( )  е 720
в  0,965
 
20283
К гот   0,9999
20283 2
Роч ( )  0,9999 0,965  0,9649
75 
 
Висновки до розділу 3 
 
В даному розділі були виконані досить важливі розрахунки, що мають 
високий вплив на нашу smart-теплицю. Проведений розрахунок врожайності, 
що здатен показати кількість отриманого врожаю, при забезпеченні рослин 
прийнятним кліматом. Виконаний розрахунок надійності сигналізації.  
Впровадження системи децентралізованого забезпечення мікроклімату 
дозволить зменшити термін вегетації розсади за рахунок стабільного 
температурно-вологісного режиму. 
Запропоновано методи стимуляції рослил в теплиці з адаптацією під 
зовнішні кліматичні умови. 
Проведено детальний опис дослідів із стимуляцією рослин за 
допомогою електричного струму, а саме є покази проведених експерементів з 
використанням струму на різних рослинах, за допомогою освітлення, 
проведений аналіз освітлення з якого було зрозуміло, що освітлення краще 
виконувати за допомогою світлодіодних стрічок так як вони мають наагато 
кращий ефект, ніж використання фітоламп для рослин.  
Було розглянуто експеремент з використанням синього та червоного 
світла на рослини, і було визначено, що для отримання міцних і здорових 
стебел та листків у рослин потрібно їх досвічувати синім світлом. Натомість 
червоне світло відповідає за те, щоб рослини цвіли та плодоносили. Це також 
важливо для проростання насіння, зростання коренів та розвитку цибулин. 
76 
 
4 РОЗДІЛ 
РОЗРОБКА АЛГОРИТМУ КЕРУВАННЯ РОБОТИ SMART-ТЕПЛИЦІ 
ТА НАПИСАННЯ КОДУ ПРОГРАМИ 
 
4.1  Розробка алгоритму керування роботи smart-теплиці 
Система віддаленого моніторингу теплиць може широко 
використовуватись у сільському господарстві, садівництві, тваринництві та 
інших областях. Система може здійснювати моніторинг та управління у 
місцях, що потребують особливих екологічних вимог, та забезпечувати 
своєчасні заходи для забезпечення здорового зростання екологічних культур 
та своєчасного коригування вирощування та управління.  
Система віддаленого моніторингу теплиць в основному вимірює вміст 
вуглекислого газу в приміщенні, температуру, вологість, освітленість, 
вологість ґрунту та тиск повітря. Ці чинники впливають на зростання 
тепличних рослин. Датчик є ключовим компонентом системи дистанційного 
моніторингу теплиці. Кожен датчик безперервно вимірює певний фактор 
навколишнього середовища у певному місці та передає результати цих 
вимірювань у систему моніторингу. Після того, як система виявляє відхилення 
значення, вона виводить сигнал на контролер конкретного датчика для 
керування відповідним перемикачем клапана задля своєчасного коригування. 
В нашому випадку використовується показник зовнішньої температури 
повітря. За допомогою цієї функції ми зможемо передбачати погодні умови 
середовища в якому розташована теплиця. 
Покази з прогнозу погоди, що ми беремо з інтернету ми звіряємо з 
отриманими нами датчиками зовні. За допомогою такого значення як схід і 
захід, сонця ми періодично близько 3 разів на рік перевіряємо це значення, так 
як згідно рекомендацій досвічування рослин відбувається в нічний період 
протягом чотирьох година за дві години до сходу сонця. 
Згідно з наведеною нище блок-схемою, загальна процедура сумісної 
стратегії управління показана на схемі. Обидва рівні мають етап 
багатокритеріальної оптимізації. Перші зосереджені пошуку оптимальних по 
77 
 
Парето фронтів (емпіричне правило, яке стверджує, що для багатьох явищ 80 
відсотків наслідків спричинені 20 відсотками причин) і досягненні початкової 
популяції, яка потрібна. А на інших навпаки, останній наголошує на пошук 
оптимальних вхідних сигналів управління, щоб підтримувати їх у сумісних 
цільових областях з якомога нижчим споживанням енергії та без помилок в 
управлінні, відповідно до зворотного зв'язку і допуском відхилення 
управління. Це основнa різниця між ними. 
 
 
78 
 
 
Початок роботи нашої програми розпочинається з підключення до 
інтернету. Якщо підключення відбулося переходимо до наступної дії, 
отримання часу з інтернету, у разі отримання чи не отримання часу наший 
алгоритм переходить до наступної дії, а саме підключення до Telegram каналу, 
тобто Telegram бота під назвою GreenHouseSuper. Після отриманих команд 
переходимо до наступного кроку, такого як виведення даних на екран нашого 
дисплею (Рисунок 4.1). 
Якщо наший пристрій немає доступу до інтернету, то відбувається 
звукове сповіщення і також засвічується фіолетовий світлодіод, що сигналізує 
відключення або що немає доступу до інтернету. 
Ще одне зауваження стосовно отриманого часу з інтернету для 
підтримання часу в нас застосовується часовий модуль, що здатен працювати 
навіть без підключення до інтернету. Потрібно лише увести однократно час і 
дату і він буде продовжувати працювати. Після отримання дати і часу ми 
виводимо отримані дані на наший дисплей. 
79 
 
 
Рисунок 4.1 – Алгоритм роботи програми (початок) 
 
Найбільшою перевагою використання теплиць для вирощування 
сільськогосподарських культур є те, що вони можуть забезпечити ідеальні 
температури для росту та розвитку рослин. Вимірювання та контроль 
температури повітря поширені у багатьох виробничих системах, оскільки вони 
мають найбільший вплив на заводську температуру. При посадці в теплиці 
регулювання метеорологічних параметрів у приміщенні є важливим 
фактором, що впливає на зростання та врожайність сільськогосподарських 
культур, і люди повинні регулярно регулювати мікроклімат у приміщенні. 
Температура та вологість у приміщенні безпосередньо пов'язані з диханням 
80 
 
рослин, кореневою абсорбцією, транспірацією та іншими фізіологічними 
факторами.  
Перед вами представлений алгоритм роботи датчика температури 
повітря в середині теплиці рисунок 4.2. 
 
Рисунок 4.2 – Алгоритм підключення і роботи датчика температури 
 
З початку роботи датчика відбувається його увімкнення, тобто 
під’єднання датчика. Згідно алгоритму відбувається увімкнення датчика і 
одразу зняття даних в теплиці. Якщо значення в теплиці менше аніж 17°С, то 
вмикається нагрівний елемент. 
81 
 
Для рослин, занесених до інформаційної бази системи, визначаються 
оптимальні значення температури. У системі, представленій на прикладі 
рослини томату, необхідне значення температури для росту рослин, в нас це 
томати становить 27℃. Вимірюючи внутрішню температуру теплиці за 
допомогою датчика температури розраховується різниця між необхідним 
значенням температури для томатів. Якщо в теплиці тепліше, ніж має бути, 
система обігріву відключається та працює система охолодження. Якщо в 
теплиці на 2-5℃ холодніше, обігрівач буде працювати на рівні 1, якщо 5-7,5 
℃, то на рівні 2, якщо 7,5-10 ℃, то на рівні 3, якщо 10-15 ℃, то на рівні 4 і, 
нарешті, на рівні 5, якщо на 15℃ холодніше. Таким чином, не буде 
витрачатися більше енергії, ніж необхідно, і буде досягнуто економії енергії. 
Оптимальні значення температури, які мають бути при вирощуванні рослин, є 
різними для дня і ночі. Однією з головних причин цього є динамічний стан 
сонця. З цієї причини, щоб створити таке природне середовище в теплиці, 
система обігріву системи запрограмована на 17℃ у нічний час. Система, як і 
раніше, працює за тією ж логікою і запускає процес нагрівання при 
температурі нижче 17℃. 
Також згідно алгоритму представлена ще одна ситуація, яка є досить 
важливою в нашій теплиці, так як збереження життя працівників і рослин 
займає досить вагоме значення в роботі. Якщо раптом температура переважає 
60°С, то відбувається  увімкнення  звукового сигналу  протягом  20 хвилин, 
одночасно з цим відбувається увімкнення червоного світлодіода. Ці всі 
значення сигналізують пожежу. Але самим головним сповіщенням являється 
відправлене повідомлення до бота GreenHouseSuper із сповіщенням 
«ПОЖЕЖА». 
Переходимо до алгоритму роботи освітлення. Освітлення теплиці 
відбувається згідно приведеного графіка (рисунок 4.3), адже належне 
освітлення теплиці може максимізувати зростання та розвиток рослин за 
мінімального споживання енергії. Вимірювання освітленості допомагає 
оптимізувати зростання і може бути використане для автоматизації 
82 
 
додаткових рівнів освітлення у теплицях та визначення положення світла у 
приміщеннях для вирощування у приміщенні. Світлові датчики є добрим 
інструментом для оцінки експозиції рослин до світла. 
Якщо у вашій теплиці буде зростати два види культур, то потрібно 
створювати два окремих графіка освітлення, так як різним культурам потрібна 
різна кількість освітлення. Нище приведений графік освітлення 1 для таких 
рослин як томат, для нього не потрібно проводити додаткове досвічування, так 
як рослина відчуває себе добре при 8-10 годиному сонячному дні. На графіку 
2 зображено освітлення для моркви, так як вона є досить світлолюбивою, то 
потрібно виконувати досвічування ще й і посеред ночі за 2 години до сходу 
сонця. Цю інформацію ми беремо згідно отриманого прогнозу погоди.  
 
Рисунок 4.4 – Графік освітлення 1 – для томатів 
83 
 
 
Рисунок 4.5 – Графік освітлення 2 – для моркви 
 
Програма працює згідно представленого алгоритму рисунок 4.6. Після 
увімкнення датчика освітлення відбувається вимірювання даних в теплиці, 
якщо рівень освітлення більший норми, то відбувається вимкнення освітлення, 
якщо ж ні то значення регулюються згідно преведених графіків освітлення для 
різних типів рослин таких як світлолюбиві чи тіньолюбиві. 
 
Рисунок 4.6 – Алгоритм роботи датчика освітлення 
84 
 
Контроль вологості в теплиці є обов'язковим. Висока вологість сприяє 
виникненню проблем із пліснявою та шкідниками у теплицях. Холод чи 
висока температура серйозно гальмують зростання та розвитку рослин. 
Регулювання температури та вологості може забезпечити найкращі умови для 
зростання рослин. Датчики температури та вологості в теплиці надають точні 
дані. Перед вами представлений алгоритм роботи датчика вологості повітря 
рисунок 4.7. 
З початку відбувається увімкнення датчика і знімання даних з 
приміщення теплиці, у результаті отриманих даних проводимо контроль якщо 
значення на рівні сухо то відбудеться автоматичне увімкнення світлодіода 
жовтого кольору, що і буде сигналізувати сухість повітря. Потім відбудеться 
додаткове зрошування повітря завдяки поливу ґрунтуу протягом 10 секунд  
 
Рисунок 4.7 – алгоритм роботи датчика вологості повітря 
 
85 
 
Вміст вологи у ґрунті є рушійною силою росту рослин. Коли вміст води 
у ґрунті відносно високий, вода в тіло рослини надходить через мембрану 
кореневої системи, що супроводжується великою кількістю неорганічних 
поживних речовин у ґрунті. Однак при недостатньому вмісті води у ґрунті її 
концентрація в кореневій системі рослини нижча, ніж у середовищі зростання 
зовнішнього світу. Це збільшує основну діяльність кореневої системи, що веде 
в ґрунтове середовище, і елементи, що знаходяться в ґрунті, надходять до 
організму рослини. Якщо він занадто малий, це вплине на потреби рослин. 
Моніторинг вологості ґрунту у теплиці може допомогти збільшити 
врожайність. 
В своїй теплиці я використовую краплинний полив. Краплинний спосіб 
зрошення - це застосування зрошення під корінь рослини невеликою кількістю 
води за один раз і через короткі проміжки часу, не створюючи водного 
навантаження на рослину, що вирощується при недостатній вологості ґрунтуу. 
Розташування крапельниць має велике значення. Нерівномірне зрошення 
ґрунту може призвести до недостатнього поливу деяких рослин та зниження 
врожайності. Крапельниці використовуються для доставки води до коріння 
рослин і існує багато типів. При використанні в системі крапельниць з 
постійною витратою забезпечується більш рівномірний полив за рахунок 
отримання постійної витрати (рис.), де q  Kdhxq  - витрата крапельниці, Kd  - 
коефіцієнт площі поперечного перерізу проточної частини крапельниці, h  - 
робочий тиск, x - коефіцієнт, що залежить від режиму потоку крапельниці. На 
рисунку 4.8 зображено співвідношення витрат/тиск для фіксованої витрати та 
звичайних крапельниць. 
 
86 
 
 
Рисунок 4.8 - Співвідношення витрата/тиск для фіксованої витрати та 
звичайних крапельниць 
 
Згідно алгоритму роботи датчика вологості ґрунтуу (рисунок 4.9) полив 
теплиці відбувається згідно графіку представленого на рисунку 4.10, але якщо 
показник відповідає нормі відбувається вимкнення поливу. У разі показів сухо 
буде увімкнено додатковий полив протягом 120 секунд, світлодіод синього 
кольору буде нам сигналізувати стосовно сухості ґрунтуу, а також буде 
увімкнено звуковий сигнал. 
Згідно графіку краплинного поливу, полив відбувається протягом 
трьох- двох годин тричі на день. Увечері відбувається довший полив аніж 
зранку і в обід. Тобто відбувається поступове збільшення поливу.  
 
87 
 
 
Рисунок 4.9 - Алгоритм роботи датчика вологості ґрунтуу.  
 
 
 
Рисунок 4.10 – Графік краплинного поливу 
88 
 
Системи безпеки теплиць необхідна, якщо ми хочемо зібрати весь 
врожай, оскільки багато хто постраждав від крадіжок, враховуючи, наскільки 
легко злодіям їх зробити. 
В силу свого характеру об'єкти такого типу розташовані в ізольованих, 
безлюдних районах з численними під'їзними шляхами, що, разом з легкою 
реалізацією товарів, робить їх схильними до постійних розкрадань, якщо на 
них не будуть встановлені різні системи безпеки, пристосовані саме для 
вашого вирощуваного середовища.  
 
 
Рисунок 4.11 – Графік увімкнення сигналізації 
 
У моєму проекті встановлена сигналізація у вигляду геркону. Тобто 
згідно графіку включень і виключень сигналізації (рисунок 4.11), якщо хтось 
відкриє двері в час становлений спокоєм, тобто в час роботи сигналізації на 
ніч, то буде увімкнено звуковий сигнал на протязі 120 секунд. Telegram бот 
відправить сповіщення із написом «ПРОНИКНЕННЯ» (Рисунок 4.12). 
89 
 
 
Рисунок 4.12 – Алгоритм роботи сигналізації 
 
Згідно роботи представленого алгоритму вентилятора (рисунок 4.13) 
розглянемо, ще один досить важливий фактор, як значення вуглекислого газу 
в теплиці. Вуглекислий газ є одним із сировинних матеріалів для фотосинтезу 
зелених рослин, і 95% сухої маси сільськогосподарських культур припадає на 
фотосинтез. Тому вуглекислий газ став важливим чинником, що впливає на 
врожайність сільськогосподарських культур. Теплицю тривалий час тримали 
закритою, внаслідок чого повітря в приміщенні було відносно заблоковане і не 
могло вчасно поповнювати запаси вуглекислого газу, така ситуація є досить 
шкідливою для стану наших рослин.  
Після сходу сонця через прискорений фотосинтез овочів, концентрація 
вуглекислого газу в приміщенні різко падає, а іноді і нижче точки компенсації 
90 
 
вуглекислого газу (0,008%-0,01%). Овочеві культури що здійснюють 
нормальний фотосинтез, що позначається на зростанні та розвитку овочів, але 
якщо дані датчика будуть переважати нормі тоді можна викликати хвороби що 
знижують врожайність. Тому дуже важливо використовувати датчики 
вуглекислого газу для контролю концентрації СО2 у теплиці і досить важливо 
вчасно провітрювати нашу теплицю. 
 
Рисунок 4.13 – Алгоритм роботи вентилятора 
 
Завдання управління мікрокліматом у теплиці полягає в тому, щоб 
створити сприятливі умови для вирощування сільськогосподарських культур, 
щоб досягти заздалегідь певних результатів щодо високої врожайності, 
високої якості та низьких витрат. Однак реалізувати на практиці це завдання 
керування дуже складно через складність тепличних умов. Наприклад, змінні 
стани сильно корельовані і взаємопов'язані, а клімат у теплиці значною мірою 
залежить від зовнішньої погоди (швидкості вітру, зовнішньої температури та 
вологості тощо).  
91 
 
У більшості попередніх досліджень приділялася надмірна увага 
ефективності контролю і зовсім не приділялася належна увага споживанню 
енергії, так і особливим вимогам для росту рослин. Насправді, більшість 
рослин (як і люди) зазвичай процвітають у комфортній зоні вологості та 
температури. Фізіологічні дослідження також показали, що для багатьох 
культур достатньо підтримувати в теплиці середню температуру та вологість 
протягом певного періоду часу. Таким чином, основна мета завдання клімат-
контролю полягає в тому, щоб підтримувати змінні (тобто температура і 
вологість), що визначають внутрішнє середовище теплиці у відповідних 
діапазонах. Крім того, продуктивність управління та енергоспоживання є 
двома цілями, що суперечать один одному, а висока точність управління 
зазвичай означає високе енергетичне навантаження. Таким чином, для 
досягнення високого врожаю і якомога нижчої вартості потрібно підтримувати 
температуру і вологість тільки в межах допустимого діапазону, що підходить 
для росту рослин. Наприклад, ми регулюємо цільову температуру в діапазоні 
22°C – 28°C замість середньої температури 25°C та цільову вологість у 
діапазоні 60 – 80 % замість середньої відносної вологості 70 %. 
На дисплей виводяться такі основні дані (рисунок 4.14) як час і 
під’єднання до wi-fi  в період увімкнення пристрою. Під час таких аварійних 
ситуацій як проникнення, спрацювання сигналізації, пожежа та відсутнє 
підключення до інтернету. 
 
Рисунок 4.14 – Дані з дисплею 
 
92 
 
Приводимо частину програмного коду для smart-теплиці з режимом 
адаптації під зовнішні кліматичні умови рисунок 4.15. 
 
 
93 
 
 
 
Рисунок 4.15 – Програмний код smart-теплиці 
 
4.2 Контроль параметрами теплиці за допомогою чат бота 
Контроль параметрів теплиці, що відбувається за допомогою чат бота є 
досить новим адже всі люди звикли, що використання чат ботів це більше про 
94 
 
розважальний стан аніж науковий, але це не так. Використання чат ботів 
постає перед користувачами як щось нове, і не зрозуміле. Але завдяки чат 
ботам можна скоротити час на виконання дій саме по місцю розташування, 
легкості та збереження енергоресурсів, адже керувати теплицею за допомогою 
чат бота стає можливим навіть не знаходячись разом з ним в межах одного 
місця.  
Підключення Telegram бота до прогорами рисунок 4.16. 
 
 
 
Рисунок 4.16 – Код програми 
95 
 
Виведення даних на дисплей рисунок 4.17 
 
  
Рисунок 4.17 – Дисплей теплиці 
 
Вашій увазі представлене керування проектом теплиці за допомогою 
чат бота GreenHouseSuper, що здатен виконувати такі команди рисунок 4.18: 
 
Рисунок 4.18 – Команди керування теплицею за допомогою бота 
GreenHouseSuper 
 
Вказано шість основних команд а саме: 
1. Перезавантаження 
2. Виведення даних теплиці 
3. Увімкнення додаткового поливу 
4. Увімкнення сигналізації 
5. Вимкнення сигналізації 
6. Перегляд погоди на завтра 
  
96 
 
Отримання даних з усіх датчиків теплиці з COM порту рисунок 4.19. 
 
Рисунок 4.19 – COM порт 
 
Перезавантаження пристрою за допомогою команди /reset  зображено 
на рисунку 4.20. 
 
 
Рисунок 4.20 – Команди в Telegram GreenHouseSuper 
  
97 
 
Отримання даних з усіх датчиків теплиці дані з телеграму рисунок 4.21. 
 
 
Рисунок 4.21 – Виведення даних через Telegram бота 
 
Висновки до розділу 4 
 
В цьому розділі було розроблено загальний алгоритм smart-теплиці та 
алгоритм для кожного дачика, що потрібен для написання програмного 
забезпечення. Написання коду роботи теплиці виконувалось за допомогою 
Arduino.  
Було створено, а потім підключено Telegram бота з назвою 
GreemHouseSuper з патріотичним розшефруванням Super (Слава Україні 
ПЕреможимо Разом). За допомогою Telegram бота відбуваєть моніторинг за 
всіма датчиками теплиці і відбувається керування теплицею за 
представленими командами в бота GreemHouseSuper. 
  
98 
 
ВИСНОВКИ 
 
У дипломному проекті було досліджено сучасні системи керування 
основні їх складові та взаємодію між вузлами, вибрано обладнання для 
автоматизації та контролю процесів зчитування та передачі показників, було 
розроблено методичну складову проекту. 
Значення розумної теплиці в нашому житті, так само як і її суспільне 
значення важко переоцінити - це одна з альтернатив вирощування 
сільськогосподарських культур протягом цілого року. Система автоматичного 
регулювання процесів являє собою систему з датчиків, які керуються 
контролером ESP8266. За допомогою встановлених датчиків йде 
безперервний контроль, який передається і проводиться аналіз в контролері. 
За допомогою контролера, передаються сигнали на автоматику для підтримки 
потрібних умов для культур. 
Теплиця з інтелектуальною системою моніторингу здатна забезпечити 
енергозбереження та скорочення витрат. Водночас система моніторингу може 
заздалегідь прогнозувати екстремальне середовище у теплиці, зменшувати 
кількість хвороб та комах-шкідників, скорочувати використання пестицидів, 
та добрив та забезпечувати високоякісний продукт. 
Запропонована автоматизована система керування smart-теплицею з 
режимом адаптації під зовнішні кліматичні умови дозволить виробникам 
мінімізувати трудовитрати, підвищити ефективність використання ресурсів і 
хімікатів при оптимізації врожайності. За допомогою Telegram бота 
GreemHouseSuper вийде дистанційно слідкувати та отримувати дані з 
датчиків, керувати за допомогою представлених команд, що допоможе 
заощадити час, а також підвищити продуктивність ділянки. 
 
  
99 
 
СПИСОК ВИКОРИСТАНОЇ ЛІТЕРАТУРИ 
 
1. Курдюмов Н., Малишевський К., Розумна теплиця, Видавництво: 
Владіс, 2007.-19 с. 
2. Сучасні теплиці і парники [Електронний ресурс]. – Режим 
доступу:  http://mexalib.com/read/486014 
3. Автоматика і віддалений доступ для контролю рослин 
[Електронний ресурс]. – Режим доступу: https://greenpower.in.ua/avtomatika-i-
kontrolery/ 
4. Автомат для провітрювання рослин [Електронний ресурс]. – 
Режим доступу:https://prom.ua/p1145744912-avtomat-dlya-
provetrivaniya.html?utm 
_source=google_pla&utm_medium=cpc&utm_content=pla&utm_campaign=cpa_
50_dom_i_sad&utm_term=%7Bkeyword%7D&gclid=Cj0KCQjwgtWDBhDZARI
sADEKwgPhd3mrVWhiAVYueQFCgXpHOib0jI-
3hp5aGCCpQgZdiB58ov0S8PgaApRfEALw_wcB 
5. Основи мікропроцесорної техніки https://ela.kpi.ua/ 
bitstream/123456789/ 27992/1/OMPT_laboratorni.pdf 
6.  Контролери для систем опалення і ГВС https://aw-therm.com.ua/ 
kontrollery-dlya-sistem-otopleniya-i-gvs-shemy-primeneniya-i-tendencii-razvitiya 
7. Дослідження теплиці як об’єкт автоматизації 
https://ela.kpi.ua/bitstream/123456789/23350/1/Ruzhytska_magistr.pdf 
8. Датчик температури ds18b20 цифровий [електронний ресурс] – 
режим доступу до ресурсу: http://arduino.ua/prod190-datchik-temperatyri-
ds18b20-cifrovoi. 
9.  Барометр bmp180 (датчик атмосферного давления) [електронний 
ресурс] – режим доступу до ресурсу: http://arduino.ua/prod664-
barometr_bmp085.  
10. ESP8266 – PinOut [електронний ресурс] – режим доступу до 
ресурсу: https://www.studiopieters.nl/esp8266-pinout/. 
100 
 
11.  Розрахунок врожайності [електронний ресурс] – режим доступу 
до ресурсу: https://blog.agrokebety.com/yak-rozrakhuvaty-vrozhaynist. 
12. Освітлення для рслин [електронний ресурс] – режим доступу до 
ресурсу: http://stroyka-gid.com.ua/robota-na-dilanzis/13692-osvitlena-dla-
roslin.html. 
13.  Освітлення теплиць світлодіодами як розрахувати та організувати 
[електронний ресурс] – режим доступу до ресурсу: 
https://valest.com.ua/osvitlennja-teplic-svitlodiodami-jak-rozrahuvati-i/. 
14.  Підвищення енергоефективності теплиці  [електронний ресурс] – 
режим доступу до ресурсу:  https://www.greenhousegrower.com/technology/. 
15.  Норми поливу овочів [електронний ресурс] – режим доступу до 
ресурсу: https://jak.koshachek.com/articles/normi-polivu-ovochiv-ta-inshih-
gorodnih-i-sadovih.html. 
16. Штучне освітлення для рослин в теплиці [електронний ресурс] – 
режим доступу до ресурсу: https://gtconcept.com.ua/uk/teplytsi/ustatkuvannia-
teplyts/osvitlennia-teplyts.html 
17. Огляд сучасних чат ботів [електронний ресурс] – режим доступу 
до ресурсу: http://ros.kpi.ua/wp-content/uploads/2017/09/%D0%9F%D0%97-
%D0%A8%D1%83%D0%BB%D1%8F%D0%BA.doc 
18.  Control ESP8266 [електронний ресурс] – режим доступу до 
ресурсу: https://randomnerdtutorials.com/telegram-control-esp32-esp8266-
nodemcu-outputs/ 
19. Програмування ESP8266 [електронний ресурс] – режим доступу 
до ресурсу: https://geekmatic.in.ua/ua/arduino_ide_with_wifi_esp8266 
20.  Вплив червоного та інфрачервоного світла на цвітіння рослин 
[електронний ресурс] – режим доступу до ресурсу: https://led-
svitlo.com.ua/ua/a301569-vliyanie-krasnogo-infrakrasnogo.html 
 
  
101 
 
ДОДАТКИ  
  
102 
 
ДОДАТОК А 
  
103 
 
ДОДАТОК Б
Репозиторій ЧДТУ
