În lucrarea de față se evidențiează principalele aspecte teoretice și practice în legătură cu studiul și realizarea unei machete pentru sera… [308449]

INTRODUCERE

În lucrarea de față se evidențiează principalele aspecte teoretice și practice în legătură cu studiul și realizarea unei machete pentru sera ȋngropată. [anonimizat] o seră subterană pentru a studia și practica reglarea acestor doi factori.

Scopul este de a regla temperatura aerului in interiorul seriei și menținerea unui nivel constant de umiditate a aerului. [anonimizat].Achiziționarea unui astfel de sistem este costisitoare, ȋn timp costurile se recuperează și investiția noastră va fi un succes.

Pentru acest proiect am folosit o [anonimizat] 11, [anonimizat] 12V, [anonimizat] 5V, un display LCD de 16 x 2 caractere.

Lucrarea de față conține 4 [anonimizat] ȋn [anonimizat] a fi îndeplinite și realizate.

Ȋn primul capitol este prezentată descrierea incintelor de tip seră, ȋn special sera ȋngropată, noțiuni teoretice despre sistemele de conducere automate și sistemul de reglare a temperaturii și umidității aerului.

În al doilea capitol este realizată schema de principiu a sistemului, descrierea componentelor care ajută la realizarea machetei pentru sera subterană și prezentarea caracteristicilor fiecărui component.

Ȋn capitolul trei se prezintă implementarea sistemului automat a unei incinte de tip seră și este prezentată montarea și conexiunile elementelor constructive ale incintei.

Ultima parte a proiectului conține programarea aplicației de control și monitorizare a parametrilor într-o incintă de tip seră și funcționarea sistemului. De asemenea este descris programul pentru crearea aplicației Arduino și modul în care funcționează acesta.

CAPITOLUL 1

NOȚIUNI ELEMENTARE ȘI TEORETICE

Descrierea serelor

1.1.1 Istoric

Ȋn domeniul agriculturii soluțiile inteligente nu ȋntȃ[anonimizat]ȋ[anonimizat], este vorba despre sere de suprafață și serele ingropate unde pe timpul iernii se poate asigura germinarea și cultivarea plantelor sau a florilor care sunt pretențioase la vreme rece. Sera reprezintă o structură cu pereți și acoperiș  unde: inălțimea, lungimea, lățimea și forma diferă de la o [anonimizat] o seră depinde de bugetul fiecăruia. Serele sunt folosite pentru a proteja plantele de condițiile climatice nefavorabile: vântul, frigul, [anonimizat], insectele și bolile și este foarte important crearea unui microclimat ideal în jurul plantelor.

[anonimizat] 30 ȋ.Hr., care dorea să aibe mereu castraveți proaspeți pe tot parcusul anului deoarece medicii regali erau ȋngrijorați de sănătatea ȋmpăratului suferind și i-au prescris să mănânce cȃte un castravete în fiecare zi. Pentru a mulțumi pe ȋmpărat servitorii săi credincioși si cȃ[anonimizat] ȋn interiorul acestuia pe timpul zilei feriți de soare castraveții au crescut. Pentru ȋnceput căruțele erau acoperite cu o cȃrpă ȋmbibată cu ulei iar mai tȃrziu au acoperit cu o coală de cristal transparent purtȃnd denumirea de selenită, ziua plantele erau ferite de razele directe ale soarelui iar noaptea să le țină de cald.

Fig.1.1 Împăratul Tiberius, așa cum este descris pe o monedă, datat în jurul anului 27-30 î.Hr.[1]

Primele sere adevarate au fost construite ȋn Italia secolul al XIII-lea, numite Grădini botanice, pentru a proteja mai multe exemplare de legume și plante tropicale folosite pentru cercetări medicale, aceste două grădini botanice vechi s-au găsit la Vatican și Salerno- din păcate astăzi nu mai există.

Ȋn toată Europa serele au câștigat popularitate, ȋntȃi ȋn Olanda apoi ȋn Anglia și Franța. Aristocrația engleză cât și cea franceză erau iubitori de fructele tropicale nou descoperite, așa că au construit sere speciale pentru cultivarea pomilor portocalii și a plantelor de ananas,ȋn aceste sere s-a folosit incalzirea prin pardoseală cu ajutorul cărbunelui, mai tȃrziu au folosit instalația de ȋncălzire cu aer cald- acestă invenție romană a datat din secolul al 1-lea ȋ.en. O incintă de tip seră specială dedicată cultivării plantelor exotice a rămas extrem de costisitoare, atât pentru construirea cȃt și pentru menținerea ei. Oamenii au continuat construcția serelor mai mari și mai complexe pe parcursul secolului al XVII-lea.

Cea mai superbă reprezentare pentru serele victoriene este Palm House din Londra- Anglia, o parte din Grădinile Botanice Regale de la Kew.A fost construită între anii 1844 și 1848 cu susținerea reginei Victoria, această seră uriașă de sticlă și fier era văzută ca o minune tehnologică a epocii de atunci.

Fig. 1.2 The Palm House in England's Kew Gardens

Casa Palmă din grădinile Kew din Anglia [2]

Ȋn Boston era un comerciant bun pe nume Andrew Faneuil, acesta a obținut titlul ca primul constructor al serei Americane ȋn anul 1737. George Washington, dorea să-și servească oaspeții cu ananas, a construit propria seră special pentru a-și crește fructele în casa lui din Mt. Vemon. Ȋn Romȃnia, orașele mari, sunt grădini botanice, amenajate ca sere, unde se cultivă o serie de plante. Aici amintim: Gradina Botanica din București, Iași, Cluj.

Primul complex de sere din țara noastră s-a construit la Arad în anul 1962, pe 6 ha, de către o firmă olandeză. Ȋn decursul anilor suprafața s-a extins, ajungând la 74 ha.

În anul 1971 s-a construit prima ciupercărie industrială din țară, pe o suprafață utilă de 4 hectare, avȃnd trei cicluri de producție.

Ȋn Anglia și America serele au devenit mai accesibile și mai comune pe parcursul secolului al XIX-lea, mulți agricultori și grădinari au experimentat, ventilația, ȋncălzirea și materialele de construcții.Unii chiar și-au construit sere subterane pentru a beneficia de izolarea naturală a pămȃntului și pentru costuri mai mici.

Statele Unite ale Americii are o suprafață totală de aproximativ 4000 ha în cadrul serelor utilizate în principal pentru floricultură cu o cifră de afaceri de peste 2,8 miliarde de dolari pe an și se așteaptă o creștere considerabilă a suprafeței de sere.

Spania are o suprafață de sere estimată la aproximativ 25.000 ha, iar Italia o suprafață de 18.500 ha folosită în principal pentru culturile de legume: pepene verde, căpșuni, fasole, castraveți, ardei iute și roșii. În Spania, serele de tip tunel simple nu au în general echipamente elaborate de control al mediului, utilizează folie de polietilenă stabilizată UV. În Canada, industria de seră se ocupă atât de flori, cât și de piețele de legume în afara sezonului. Principalele culturi de legume cultivate în sere canadiene sunt roșiile, castraveții și ardei iute. Ȋn prezent există mai mult de 50 de țări în lume în care cultivarea culturilor se desfășoară pe o scară comercială mare.

Deoarece titlul lucrări se referă la sera subterană voi scrie mai mult despre ea. Serele subterane au fost dezvoltate ȋn urmă cu 20 de ani, ele nu sunt o invenție nouă ci un sistem ingenios pe care ȋncă din cele mai vechi timpuri agricultorii chinezi l-au folosit. Cȃnd zicem seră subterană să nu ne gȃndim că e toata ȋngropată ȋn pămȃnt și că iluminarea se face cu becuri, aceasta are doar acoperișul afară și pereții fiind ȋngropați ȋn pămȃnt, deoarece solul păstrează o temperatură constantă, undeva la 15 grade, cȃnd afară termometrul arată cu minus ȋn interiorul serei este o temperatură cu plus. Ȋn construcția serei subterane se combină proprietatea solului care protejează structura cu principiile ȋncălzirii solare pasive. Ȋn ultimii ani interesul pentru acest tip de seră a crescut considerabil deoarece agricultorii pot sa-si pastreze si să producă la celași nivel termic pe tot parcursul anului chiar și ȋn zonele cele mai reci.

Pentru construcția ei este necesar ȋn primul rȃnd săparea unei gropi rectangulare sub pămȃnt cu o adȃncime de 2,5m respectiv 3 m și acoperită cu o folie de plastic sau structură mai solidă, alegerea unui loc cȃt mai luminat și unde soarele să bată tot timpul anului este un detaliu foarte important, deoarece razele soarelui trebuie să pătrundă ȋn interior creȃnd un mediu stabil și cald necesar pentru creșterea plantelor, mai trebuie să ținem cont de pȃnza freatică atunci cȃnd săpăm. Ȋn general țarile nordice folosesc sistemul acesta de conservare, a căldurii din sol.

Fig. 1.3 Exemplu de seră subterană chinezească [3]

Principalele considerente în proiectarea serei ȋngropate sunt costul și producția de alimente pe tot parcursul anului. Interiorul serei poate fi construit din piatră, cărămidă de noroi sau orice material natural dens, capabil să absoarbă căldura. Culturile de vreme rece cum ar fi salata verde, bobul și brocoli pot fi cultivate în timpul iernii, în condiții de climă dură. Pe parcusul zilei, pereții pământului stochează căldura și o eliberează pe timp de noapte.

Sera ȋngropată bine proiectată este încălzită natural pe timp de noapte de cele cinci laturi.Trebuie avut grijă de a face evacuarea și ventilarea serii, pentru ca umiditatea să nu fie prea mare, deoarece plantele pot mucegăi s-au chiar pot să facă diferite boli, dar nici prea multă ventilare nu este bună pentru că ar ȋnsemna o degradare a plantelor, ci trebuie menținut un echilibru adecvat. Reducerea pierderilor de căldură se face prin izolarea geamurilor cu un strat dublu de folie de plastic și scade pierderea căldurii pe timp de noapte și ȋn zilele foarte friguroase.

Trebuie avut ȋn vedere construcția și protecția ei cu șanturi ȋn exterior pentru zilele cȃnd sunt ploi torențiale, să nu intre apă ȋn interiorul serei, forma acoperișului la serele subterane pot diferi. Și la sera subterană cu ajutorul automatizării, procesul de îngrijire a plantelor se poate realiza mai accesibil și mai ușor de coordonat.

Avantajele ei sunt:

– cost redus pentru construcția ei;

– legume proaspete și ȋn perioada rece a anului;

– iarna este o temperatură constantă iar vara mai răcoare;

– ȋntreținere ușoară;

– vântul, zăpada sau ploaia nu vor putea pune în pericol sera dacă se respectă regulile de bază;

Sera subterană sau sera ȋngropată sunt considerate pe viitor o soluție economică fiind ușor de utilizat pentru producerea legumelor pe timpul iernii avȃnd un cost mic ȋn ceea ce privește ȋncălzirea ei. Cu un cost care nu este foarte mare se poate construi o seră subterană ȋn care agricultorii pot să care producă legume proaspete chiar si de Crăciun.

1.1.2 Utilitatea serelor

Este necesar construirea serelor, ȋn special pentru agricultorii care vor să vȃndă legume care nu sunt tratate, deoarece ȋn ele putem avea un control și o monitorizare atentă asupra creșterii plantelor. Ȋn seră se pot regla și monitoriza mulți parametri cum ar fi: temperatura, umiditatea aerului și solului, lumina, concentrația de dioxid de carbon.

Plante care pot fi crescute ȋn seră sunt:

– fructele (portocale, lămâi, nectarine, piersici, caise, struguri, căpșuni);

– legumele (tomate, castraveți, ardei, vinete, ridichi, fasole, mazăre, varză, conopidă);

– florile (trandafiri, orhidee, crini, violete, hibiscus, begonii, garoafe, petunii).

Avantaje:

– se pot crește patru s-au cinci culturi pe an, atȃt ȋn sezonul cald cȃt și ȋn cel rece;

– fenomenele climatice si dăunăorii nu vor mai fi o problemă;

– agricultorii se pot bucura de o productivitate a recoltei crescută și de calitate foarte bună, ei ȋși pot planifica producția ȋn funcție de nevoile pieței;

– serele sunt foarte bune pentru controlul automat și monitorizare.

Dezavantajele sunt puține precum: unele sere necesită costuri mari de construcție, ȋntreținere și automatizare, dar cu timpul cheltuielile se vor amortiza.

Să luăm ȋn considerare următoarele elemente pentru succesul unei sere:

– trebuie să aibe o expunere maximă la razele soare, trebuie cel puțin 6 ore de lumină pe toată perioada zilei cu cȃt are mai multă lumină cu atȃt este mai bine pentru plante, dacă avem puțină lumină atunci trebuie să suplimentăm cu sursă externă;

– trebuie să avem o bună orientare către soare a serei, dacă aceasta este orientată de la Vest la Est se capturează un procent de 5- 10% mai multă lumină decȃt cea cu orientare de la Nord la Sud;

– trebuie să aibe o expunere minimă la vȃnt, dacă costruirea serei se face unde vȃntul bate foarte puternic atunci trebuie luat ȋn considerare montarea unei protecții ȋmpotriva vȃntului sau a unei structuri foarte rezistente;

– trebuie să ținem cont și de felul solului, să nu fie mlăștinos și nisipos ci un sol stabil deoarece să nu fim nevoiți să impunem o muncă suplimentară la fundație.

1.1.3 Structuri de seră

Multe progrese în desene, materialele de seră sau modele au avut loc în ultimii ani. Tradițional, toate serele aveau o structură similară și erau din sticlă, dar astăzi există o mare varietate, iar materialele alese depind de constrângerile financiare și de obiectivele de producție.

Serele diferă de forma arcului și pilonilor care pot face o mare diferență la rezistența și utilitatea structurii. Structurile de seră sunt de diferite tipuri și sunt utilizate cu succes pentru producția de plante. Deși pentru fiecare tip există avantaje, în general, nu există doar un singur tip de seră, care poate fi considerat cel mai bun. Tipurile de sere diferă și sunt concepute pentru a satisface nevoile specifice fiecărei regiuni. Următoarele forme de seră sunt cele mai comune: arc plat, fațadă, cupola ridicată, tunel, fierăstrău și zăpadă.

Ele se ȋmpart ȋn mai multe categorii:

a) După forma cadrului, ele diferă de la simplu la complex, cele mai uzuale sunt:

– Seră montant cu grindă (A): necesită mult lemn dar este o constructie rezistentă, este foarte potrivită pentru regiunile cu fenomene meteorologice periculoase;

Fig.1.4 (A) Seră montant cu grindă

-Seră care are cadrul în formă de tip A (B): astfel de seră, față de celelalte forme necesită mai mult lemn, dar construcția ei fiind mai solidă este avantajoas;

Fig. 1.5 (B) Seră Cadru tip A

-Seră cadru rigid (C )- acest tip de seră are pereți versticali rezistenți și un spațiu interior foarte mare, recircularea aerului este foarte bună. Pentru a suporta incărcarea fundația trebuie turnată foarte solidă ;

Fig. 1.6 Seră cadru rigid (C) [ ]

Fig.1.7 Sere tip Semicerc (D) și Gotic (E) [ ]

– Seră ȋn formă de Semicerc (D): este o structură eficientă și simplă, dezavantajul acestui tip de seră este un spatiu lateral restrȃns;

-Seră cu formă Gotică (E): asemănător celei cu forma de semicerc, aceasta are avantajul unui spatiu lateral mai largit;

-Sere ȋngropate :unde temperatura ȋn sezonul rece nu scade sub 10 grade, sunt avantajoase deoarece nu se consumă multă sticlă la construcția lor .

Fig. 1.8 Seră ȋngropată [3]

b) Ȋn funcție de materiale cadrul serei se poate realiza astfel:

-Aluminiu: un material avantajos, nu necesită vopsire s-au alte tratamente, este cel mai economic material pentru construirea cadrului de seră. Se poate dimensiona după cum este necesar pentru a forma diferite componente structurale și nu are nevoie de întreținere după instalare. Structura de aluminiu are și cea mai lungă durată de viață și permite reflectarea luminii prețul convenabil, de aceea multe sere sunt construite cu acest material;

-Lemn: foarte rezistent dar la un preț foarte ridicat, necesită trtamente mentru menținerea calitații sale, a fost odată un material comun de încadrare, dar în mod constant a pierdut popularitatea. Un dezavantaj al lemnului este că acesta se deteriorează în timp, cherestele tratate sub presiune trebuie achiziționate și apoi tratate.

-PVC : policlorura de vinil este foarte scumpă, necesită îngrijiri de ȋntreținere și reparații, bările trebuie să fie groase deoarece nu este un material solid ;

– Oțel: este un material foarte rezistent și utilizat în mod obișnuit, recomandat pentru serele cu acoperiș mare, dar trebuie vopsit sau galvanizat pentru a rezista la condiții de umiditate ridicată în seră. Oțelul are nevoie de mai multă întreținere decât aluminiu și este mai greu, necesitând un suport suplimentar.

c) Ȋn funcție de poziționare:

– Seră atașată de casă s-au seră slabă: avantajul serii slabe, de obicei, este aproape de utilitățile necesare: de electricitate, apă și căldură, structura este mai puțin costisitoare. Acest model face o bună utilizare a luminii solare iar cerințele suporturilor de acoperiș sunt mai puține. Are următoarele dezavantaje: spațiu limitat, lumină, ventilație limitată și control al temperaturii;

Fig. 1.8 Seră atașată de casă [ ]

– Seră de sine stătătoare: sunt structuri separate și pot fi construite optim pentru o cât mai bună iluminare. Necesită costuri mari atȃt la construirea, ȋntreținerea ei cȃt și pentru necesarul de ȋncălzire și iluminare.

Fig 1.9 – Seră de sine stătătoare

d) Principalul factor urmărit este temperatura și umiditatea, după acest criteriu sunt 3 tipuri de sere :

– Seră fierbinte: Menținerea temperaturii în interiorul serei, trebuie să fie la cel puțin 20 °C. Creșterea plantelor exotice și tropicale.Ȋn zonele reci, implică costuri ridicate;

– Seră caldă. Ȋn seră trebuie menținută o temperatură de aproximativ 15 °C , iarna trebuie o sursă suplimentară de căldură;

– Seră răcoroasă. Temperatura este păstrată între 7-8 °C. Aceast seră este bună pentru plantarea răsadurilor, în anticiparea lunilor de vară. Utilizarea de lumină sau căldură nu este necesară.

e) Sera poate fi acoperită din următoarele materiale :

– Sticla: permite o transmitere maximă a luminii în seră, potrivita pentru orice stil arhitectural. Sunt și câteva dezavantaje de luat în considerare: este costisitoare, fiind fragilă trebuie înlocuită mai des. Trebuie să se ia în considerare faptul că atunci când se utilizează sticlă, costul componentelor structurale va fi scump din cauza greutății adăugate care trebuie suportată. Când se dorește o sticlă, de preferat a se consulta producătorul ȋn obținerea unor bune aprecieri de rezistență dublă și triplă;

– Polietilenă: o altă opțiune de luat în considerare pentru acoperirea serii. Avantajul utilizării acestui material este că acesta este relativ ieftin. Înlocuirea unei acoperiri din polietilenă ca urmare a vântului, grindinei sau daunelor solare va fi mai frecventă decât orice altă acoperire, însă investiția scăzută și necesitatea unor componente mai puțin structurale fac din ea un material de luat în considerare atunci când se dorește o seră temporară.

– Materialul anti-picurare : reduce umiditatea care poate dăuna plantelor care se dezvoltă mai jos.Umiditatea ar trebui, de asemenea, să fie controlată pentru a împiedica transmiterea luminii reduse, în special în timpul lunilor de iarnă, când nivelu scăzut de lumină poate limita creșterea plantelor;

– Fibră de sticlă: alt material care a castigat popularitate fata de sticla. Este foarte durabil, rigid și disponibil în diferite niveluri de transmisie a luminii. Deși durata de viață este scurtă de cinci ani, alegerea unor produse de calitate superioară și aplicarea unui strat de acoperire duce la o durată de viață de douăzeci de ani;

– Policarbonatul este unul dintre cele mai noi materiale disponibile și este încă în curs de evaluare. Acest material este rigid, dar și suficient de flexibil pentru a fi folosit într-o seră de tip Quonset. Deși costul inițial al policarbonatului este ridicat, se poate aștepta o durată de viață de 10 până la 15 ani. Policarbonatul poate fi achiziționat în forme cu pereți dubli și cu pereți dubli, care sunt foarte rezistenți la impact.

-Acrilicul:este un material nou și scump, de la unii producători are o garanție minimă de zece ani. Cu toate că există multe avantaje, cum ar fi transmitanța ridicată a luminii, rezistența ridicată la impact și forța mare, costurile s-au dovedit prohibitive în majoritatea cazurilor.

Concluzia este că se poate să susținem serele, precum si grădinile, chiar sunt și dezavantaje din punct de vedere economic, sub aspectul întreținerii și construcției lor, totuși utilitatea lor este dovedită, ȋn prezent fiind absolut necesare.

1.2 Sistem de conducere automată

” Sistemele automate sunt sisteme tehnice de supraveghere, comandă și control al proceselor și instalațiilor tehnologice, fără intervenția directă a omului. Un sistem automat (SA) este alcătuit din două părți principale: procesul de automatizat (P) și dispozitivul de automatizare (DA).[ Cîrtoaje V., Teoria sistemelor, Editura Universității din Ploiești, 2012]

Sistemele de conducere automată, sau sistemele automate, s-au dezvoltat foarte mult pe scară largă ȋn viață cotidiană și ȋn economie. Ele pot fi ȋntȃlnite ȋn prezent ȋn centralele nucleare sau pe navele cosmice, dar și ȋn motoarele autoturismelor sau ȋn mașinile automate de spălat vase și rufe.

Sistemele automate se deosebesc prin modul de organizare structurală, dependente de domeniile de aplicare ȋn cea mai mare măsură și o diversitate constructivă mare. Astăzi, sistemele de control sunt computerizate standard pentru serele moderne, au îmbunătățiri continue atȃt timp cȃt tehnologia avansează. Structurile sistemelor de conducere automată au evoluat de la simple bucle de reglare cu o intrare și o ieșire la structuri de sisteme autonome multristat, multifuncționale, avȃnd un nivel de inteligență ridicat.

Primele realizări ȋn acest domeniu sȃnt ȋnregistrare ȋncă din perioada anilor 300 ȋ.e.n, dezvoltarea automaticii ca știință și evoluția teoriei sistemelor automate au o istorie recentă. Ȋn secolul al XX-lea este reprezentată o perioadă în care sunt aduse numeroase contribuții ingineriei reglării automate.

Fig.1.10 Structura unui sistem de conducere automată(SRA clasic)

Sistemele au cȃteva trăsături fundamentale, acestea sunt :

-caracterul: structural-unitar;

informațional;

cauzal-dinamic.

Sunt trei feluri de mărimi variabile :

-mărimi: de intrare – tip cauză;

de stare – tip efect;

de ieșire – tip efect (cȃteodată pot deveni mărimi de stare).

Fig.1.11 Structuri ale unui sistem automat.[ V. Cartoaje ts]

Ȋn fig.1.11 sunt prezentate cele două mari subsisteme ale sistemului automat: procesul sau instalația de automatizat P și dispozitivul de automatizare DA.

Sistemul are următoarele structuri :

-structura: a) un sistem deschis de supraveghere automată (măsurare și semnalizare);

b) un sistem deschis de comandă automată ( după un program prestabilit);

c) un sistem de reglare automată a procesului P.

Clasificarea sistemelor automate se face și ȋn raport cu funcția ȋndeplinită :

-sisteme automate de supraveghere;

protecție;

comandă directă;

reglare;

conducere ( reglare, supraveghere, comandă, protecție)

Sistem de reglare automată

„Reglarea este operația de menținere a mărimii de ieșire a procesului la o valoare cât mai apropiată de cea a unei mărimi de referință în condițiile modificării în timp a mărimii de referință și a acțiunii perturbațiilor asupra procesului reglat.”[A]

Sistemele de reglare automată au o lungă istorie, fiind mai vechi decât însăși umanitatea. Multe sisteme de reglare se regăsesc în structura primilor locuitori ai planetei. Regulatorul de temperatură utilizat ȋntr-un incubator de pui este realizat de Cornelis Drebbel (1572-1633) ȋn Olanda, fiind primul mecanism cu circuit ȋnchis de reglare inventat ȋn Europa.

Ȋntre mărimea de intrare și mărimea de ieșire se obține automat o relație funcțională, fără intervenția omului, ce reflectă legea de conducere a unui proces, acesta este un sistem de reglare automată. Rolul unui SRA este acela de a asigura menținerea automată- fără ca să intervină omul- a mărimilor tehnologice cu o valoare prestabilită,de regim..

Dispozitivul de automatizare are următoarele elemente componenete:

– comandă—regulatorul (controlerul);

– măsurare—traductoare (senzori);

– execuție—elemente de execuție.

– instalația tehnologică.

Sistemul de reglare automată are următoarele clasificări:

a) după modul de variație a referinței: sisteme automate de urmărire și de stabilizare;

b) după modul de realizare al controlului: sisteme automate în buclă închisă și deschisă;

c) după numărul de parametrii urmăriți și reglați: sisteme automate multivariabile și monovariabile;

d) după viteza de evoluție a parametrilor sistemului: sisteme automate pentru procese rapide și lente;

e) după legea de variație a parametrilor: sisteme automate neliniare și liniare;

f) după natura semnalelor implicate: sisteme automate discrete și continue.

Fiecare SRA este orientat pe aplicație, procesul este cel care determină structura și componentele SRA. Sistemul de reglare funcționează pe baza principiului acțiunii după efect sau sisteme cu acțiune inversă( abatere și eroare), ori a principiului acțiunii după cauză sau sisteme cu acțiune directă.

SRA este format din proces și dispozitiv de automatizare și are următoarele mărimi:

mărimi: – de stare;

– de intrare;

de ieșire.

SRA este format din proces (P) și dispozitiv de automatizare (DA) fig.1.14:

Fig.1.14 Schema bloc detaliată a unui SRA: a) după efect; b) după cauză

R- Regulator, EE- Element de Execuție, P- Proces, T- Traductor,

r- referință, c- comandă, u- mărime de execuție, m- măsură, y- ieșire, v1,v2- pertutbații[ ]

1.2.2 Principiile reglării după cauză și după efect

Principiul reglării după cauză sau sisteme cu acțiune directă se referă la acțiunea asupra procesului reglat cu ajutorul valorilor curente a intrării perturbatoare și intrării de referință.

Datorită principiului reglării după perturbație, valoarea curentă a perturbației se măsoară, asupra mărimii reglate efectul acesteia se evaluează adică mărimea de ieșire a procesului iar în scopul compensării efectului produs de perturbație se acționează asupra procesului. Avantajul este acela că sistemul de reglare poate să prevină modificarea mărimii de ieșire a procesului de către perturbația respectivă, deoarece acțiunea compensatorului se face în paralel și în același timp cu acțiunea directă a perturbației. Ȋn acest caz o reglare ideală trebuie să se știe exact modelul matematic dinamic al procesului reglat iar aceasta reprezintă un dezavantaj al acestui principiu.

Ȋn principiul reglării după referință este necesar evaluarea sau măsurarea valorii curente a referinței, se acționează asupra procesului ȋn scopul aducerii mărimii reglate la valoarea mărimii de referință.

Sistemele de reglare automată după perturbație și referință sunt sisteme cu structură deschisă (fig. 1.15), compensatorul nu primește informație referitoare la valoarea mărimii reglate. Aplicațiile practice bazate numai pe principiul reglării după cauză nu pot fi realizate în condiții bune de precizie și forță. Sistemele automate de reglare după cauză sunt sigure doar în corelație cu sistemele de reglare după efect.

Fig 1.15 – Sistem de reglare automată după perturbație și referință[ ]

C– compensator; P– proces; R– referință; U– mărime de execuție;

V1,V2 – perturbații; Y– mărime reglată.

Modelul I-S-E al compensatorului liniar C: reglarea dinamică se realizeză după perturbația V1 și după referința R iar X- starea curentă a compensatorului, are forma I-S-E:

Ẋ=A1X+B1V1+B2R

U=C1X+D1V1+D2R , (1)

Compensantorul C este de tip static pentru reglarea în regim staționar după perturbația V1 și după referința R, modelul liniar are forma:

U=K1R+K2V1 , (2)

Cu modelul staționar, pentru procesul P liniar:

Y=KP1U+KP2V1, (3)

parametrii K1 și K2 ai compensatorului sunt dați de relațiile:

K1= KP1-1, K2= – KP1-1Kp2 (4)

Principiul reglării după efect

Principiul reglării după efect (abatere) are rolul de a menține mărimea reglată la o valoare cât mai apropiată de valoarea de referință, la intervenția asupra procesului reglat, pe baza informației obținute prin măsurarea mărimii reglate (mărimea de ieșire a procesului), în condițiile în care asupra procesului și ale variației în timp a referinței acționează perturbații.[ Cîrtoaje, V., Teoria sistemelor automate, Editura Universității din Ploiești, 2004 ]

Apariția abaterii nu poate fi prevenită la sistemele cu acțiunea după abatere, poate fi eliminată oricare ar fi cauza apariției acesteia. Abaterea trebuie eliminată ȋntr-un interval de timp care este cu atȃt mai mare cu cȃt inerția procesului este mai ridicată. Pe baza algoritmilor universali, P, PI, PID este determinată mărimea de comandă.

Sistemele cu acțiune după efect sunt cu structură închisă, adică elementul care produce mărimea de comandă este informat în legătură cu rezultatul acțiunii sale.[ Paraschiv, N., Introducere în știința sistemelor și calculatoarelor, curs ]

Compensatorul liniar C care efectuează urmărirea referinței R de către mărimea reglată Y , are modelul I-S-E sub forma:

X=A1X+B1E

U=C1X+D1E , (5)

X este starea curentă a compensatorului, iar E = R-Y reprezintă eroarea de reglare.

Ȋn locul algoritmului cu grad de libertate (5), folosim algoritmul cu două grade de libertate:

X=A1X+B1Y+B2R

U=C1X+D1Y+D2R , (6)

Compensatorul liniar care folosește reglarea după eroare și după perturbație, are modelul I-S-E sub forma:

X=A1X+B1Y+B2R+B3V1

U=C1X+D1Y+D2R+D3V1 , (7)

Fig. 1.16 Sistem de reglare automată după abatere [ ]

R – regulator, E – element de execuție, P – proces, T – traductor, r – semnal de referință, m – semnal măsură, c – comandă, u – mărime de execuție, y – mărime reglată, y – mărime reglată, ε – eroare (ε = r-m).

Sistemele de reglare automată se clasifică după următoarele criterii:

a) după scopul reglării:

– sisteme automate de reglare propriu- zise sau sisteme de stabilizare automată;

cu program;

de urmărire.

SRA propriu- zise păstrează neschimbată mărimea de ieșire la o valoare prescrisă dată. Ȋn industrie așa sunt cele mai multe sisteme de reglare automată. Prin intermediul mărimii de intrare Xi numită și constantă, este stabilită valoarea prescrisă. Ei numit și dispozitiv de referință, este elementul de intrare care are rolul s fixeze constanta sistemului.

Sistemele de reglare cu program cu mărimea de intrare xi, variabilă în concordanță cu un program stabilit anterior. Orice sistem de reglare automată produce modificarea mărimii de ieșire în conformitate cu variațiile date mărimii de intrare, mărimea de ieșire a sistemului variază după programul dat. Elementul de intrare Ei elaborează semnalul Xi printr-o construcție specială numită dipozitiv de programare. Ȋntr-un sistem de reglare automată se folosește un dispozitiv de programare, înlocuind elementul de referință, și se obține un sistem de reglare automată după program.

Sistemele de urmărire au mărimea de intrare xi variabilă. Mărimea de ieșire urmărește în permanență variațiile mărimii de intrare în sistemul automat.

b) după modul de variație a mărimii de comandă:

-sisteme de reglare cu acțiune continuă;

discontinue- regulatoare bipoziționale;

tripoziționale;

cu acțiune prin impulsuri.

c) după numărul mărimilor reglate și numărul mărimilor de execuție:

-sisteme de reglare simple: o singură mărime de ieșire și execuție;

de reglare multivariabile: mai multe mărimi de ieșire și execuție.

d) după numărul buclelor de reglare avem:

-SRA cu o buclă de reglare (un singur regulator automat);

cu mai multe bucle de reglare (mai multe regulatoare automate).

1.2.3 Sistem de reglarea automată a temperaturii aerului

“Temperatura unui corp (solid, lichid sau gazos) poate fi determinată pe baza influenței acesteia asupra unei proprietăți a corpului respectiv sau a altuia pus în contact cu el și care reprezintă senzorul de temperatură.”[ Paraschiv, N., Introducere în știința sistemelor și calculatoarelor, curs]

Deși la prima vedere reglarea temperaturii pare o problemă simplă, aceasta ȋnsă cere multă precauție. Sunt multe soluții, valabile pentru unele cazuri particulare, neexistȃnd soluții universal valabile. Sistemele de reglare automate a temperaturii sunt cele mai utilizate atȃt ȋn aplicațiile casnice cȃt și ȋn economie.

Temperatura este unul din factorii determinanți ai proceselor ale plantelor ȋntr-o incintă. Sunt diferite faze ale creșterii vegetative și generative ale plantelor ce se petrec doar ȋn prezența unei anumite temperaturi. Posibilitatea de control al acestui factor este dată de operațiunea de reglare, de sursa de energie termică și aparatura de control și ȋnregistrare.

Reglarea temperaturii ȋn instalații tehnologice se poate realiza cu regulatoare cu sau fără legi de reglare, bi și tripoziționale ( cu acțiune discontinuă), cȃt și cu regulatoare continue, ȋn funcție de performanțele ce se cer realizate. Aceste instalații tehnologice se caracterizează prin proprietatea de autoreglare. Mediul de seră prezintă provocări unice pentru un control bun. Modificările de temperatură apar rapid și variază foarte mult în funcție de nivelurile radiației solare, de temperaturile și umiditatea exterioară, de viteza și direcția vântului și de cantitatea de material vegetal din seră. Controlul adecvat al bolilor plantelor este esențial în mediile cu efect de seră, unde temperaturile ridicate și umiditatea ridicată sunt ideale pentru dezvoltarea bolilor.

Ȋn zilele de astăzi sistemele computerizate de control sunt un standard bun pentru serele moderne, cu îmbunătățiri continue pe măsură ce tehnologia avansează. Condițiile de mediu din sere pot fi menținute de aceste sisteme de control computerizate, unde sistemul poate fi operat manual și / sau automat. Ȋncă nu există astfel de modele pentru horticultura comercială pentru sere.

Reglarea bipozițională a temperaturii este foarte utilizată ȋn instalațiile tehnologice. Este caracterizată prin simplitatea aparaturii și funcționarea economică.Această reglare este asigurată prin modificarea fluxului de energie de la intrarea instalației tehnologice, ȋn regim de funcționare ’’tot sau nimic” sau ’’mai mult sau mai puțin’’, ȋn funcție de abatere.

Reglarea tripozițională a temperaturii este o metodă des utilizată, datorită simplității funcționale și constructive și mai ales datorită efectelor de reglare superioară față de reglarea bipozițională. Ȋn cazul acestei reglări se folosesc elemente de execuție echipate cu organe de acționare (servomotoare electrice reversibile cu viteză constantă).

În sectorul agricol, în țările în curs de dezvoltare, este limitată aplicarea tehnologiei de control a mediului, în general datorită costului ridicat. Este inevitabilă dezvoltarea durabilă a sistemului de monitorizare și control a mediului pentru a avea o producție intensă ȋn sere.

Componentele principale ale oricărui sistem de control sunt controlerul de măsurare, prelucrarea datelor, achiziția de date, prezentarea și înregistrarea datelor. În sistemul de control al mediului, fiecare parametru trebuie menținut în mod continuu într-un anumit interval.[ http://www.ijab.org.]

Condensarea este transformarea apei din faza de vapori în fază lichidă, atunci cȃnd temperatura aerului este sub o anumită valoare numită punct de rouă, aerul nu mai transportă toate particulele de vapori de apă, iar vaporii de apă se condensează.

Evidențierea a două noțiuni:

– temperatura practică (empirică): reprezintă parametrul care permite compararea stărilor aflate în echilibru termic.

– temperatura termodinamică (absolută): pentru fiecare corp dintr-un sistem termodinamic, este realizată prin efect termic factorul de proporționalitate al schimbului de energie.

Temperatura are ca unitate de măsură în Sistemul Internațional Kelvinul (K).Celelalte două scări de temperatură sunt scara Fahrenheit și scara Celsius. Ȋn mai multe domenii sunt utilizate sistemele de reglare automată a temperaturii. Acestea pot fi sisteme pentru instalații frigorifice sau sisteme pentru instalații de încălzire.

Filtrarea perturbațiilor de frecvență înaltă sunt determinate de comportarea procesului de transfer termic, astfel încât măsurarea temperaturii să poată permite utilizarea componentei derivative în regulator.[ Mihalache, S., Ingineria sistemelor automate, curs;]

Fig. 1.18 Schema bloc a unui sistem de reglare a temperaturii [ B]

R – regulator; EE – element de execuți; Tr – traductor temperatură; Rf – element de referință; 1, 2 – incinte; t– temperatură.

Incinta 1 se află la temperatura t. Temperatura se obține cu ajutorul serpentinei 2, aceasta este parcursă de un agent termic (temperatura t este mai mare decât temperatura mediului ambiant) sau este parcursă de un agent de răcire (atunci când temperatura t este mai mică decât temperatura mediului ambiant). Atunci când temperatura t crește, regulatorul R trimite comanda de micșorare a secțiunii de trecere a elementului de reglare. Alimentarea pentru încălzire se face prin curent alternativ, în timp ce alimentarea schemei de măsurare se face prin curent continuu[B]

Dinamica SRA-T este caracterizată ȋn general de comportamentul dinamic al procesului, caracterizarea se determină prin inerții apreciabile.

1.2.4 Sistem de reglarea automată a umidității aerului

“Umiditatea reprezintă cantitatea de vapori de apă conținută într-un eșantion de aer. Aceasta se poate exprima în trei moduri: umiditatea absolută, umiditatea relativă și umiditatea specifică.”[C]

Factorul cel mai dificil ȋntr-o incintă poate fi umiditatea aerului, și pentru cel mai sofisticat echipament de monitorizare și control menținerea stărilor și corectarea umidității poate fi o sarcină grea. Odată cu schimbarea temperaturii aerului nivelul umidității fluctuează, iar cantitatea de apă din aer este suplimentatăde plante prin transpirație. Umiditatea este reprezentată de cantitatea vaporilor de apă din aer. Aceasta este un gaz invizibil care variază ȋntre 1-4% din atmosferă după volum.

Umiditatea aerului este ȋn strȃnsă legătură cu temperatura și cerițele speciilor legumicole care diferă de la o specie la alta. Unele plante și legume au nevoie de un regim moderat de umiditate relativă iar mai scăzut după plantare 55-65% și mai ridicat ȋn perioada cȃnd fac fructele 65-70% , la castraveți este nevoie de o umiditate relativ ridicată și constantă 80- 90%. Ȋn general se vorbește de umiditatea aerului ȋn termeni de umiditatea relativă, cantitatea de apă care este reținută de aer este fluctuantă ȋn raport cu temperatura, cȃnd avem 50% umiditate relativă ȋnseamnă că aerul conține vapori de apă pe care ȋi poate susține numai dacă este complet saturat. Umiditatea relativă este metoda de a descrie cantitatea de apă care poate fi susținută ȋn aer la saturație. În funcție de valoarea umidității relative, aerul se caracterizează din punct de vedere higrometric astfel:

100% – suprasaturat; 100% – saturat;

91- 99% – foarte umed; 81-90% – umed;

51-80% – normal ; 31-50% – uscat ;

<30% – foarte uscat.

Menținerea umidității corespunzătoare este important pentru că umiditatea din seră are o legătură strânsă cu creșterea culturilor, volumul și deteriorarea insectelor. Ventilația are un rol important în controlul umidității relative în interiorul instalațiilor, iar echipamentul de ventilație trebuie instalat luând în considerare necesitatea fiziologică a unei culturi.

O relație importantă ȋn gestionarea umidității ȋn seră: pentru fiecare creștere de 200 F a temperaturii uscate capacitatea de menținere a aerului se dublează, iar umiditatea relativă se reduce la jumătate, ȋn funcție de temperatură avem umiditatea dorită

Higrometria este cea care se ocupă cu măsurarea cantității de vapori de apă din atmosferă. Sunt două căi prin care se fac măsurători:

– se măsoară masa m a vaporilor de apă conținuți într-un volum dat V de aer atmosferic;

– se determină presiunea actuală pv a vaporilor de apă din atmosferă.

Valori corespunzătoare ale temperaturii și umidității relative pentru a preveni bolile plantelor:

500 F—83%;

610 F—89%;

680 F—91%;

860 F—95%.

Condensul reprezintă dovada indirectă de existență a unei umidități ridicate.

Reglarea umidității

În unele domenii de activitate economice și în cazul sistemelui de aer condiționat pentru un bun confort se realizează reglarea umidității.

Produsul informatic CoolPack se folosește pentru a realiza calculele termice ale circuitelor frigorifice reale, poate rula doar pe trei sisteme de operare: Windows 95, Windows 98 și Windows 2000 Professional. Conține cinci module: analiza ciclurilor, proiectarea, evaluarea, auxiliar, dinamica. Cu ajutorul acestui program se realizează calcule pentru:

– subrăcirea în condensator și supraîncălzirea în vaporizator;

– supraîncălzirea pe conducta de aspirație și refulare;

– schimbul intern de căldură;

– condiții de funcționare a compresorului

Exemplificarea funcționării unui sistem de reglare automată a umidității poate fi făcută asociind un senzor de umiditate cu o schemă de acționare electropneumatică în programul Fluidsim.[B]

Variind umiditatea aerului acesta poate afecta aproape orice categorie de produse, cauzând modificări suferite de mărfuri.

Fig 1.19 – Schema electropneumatică a regulatorului de umiditate[B]

Circuitul electro-pneumatic este alcătuit dintr-un procesor care produce presiunea de aer necesară circuitului pneumatic. Două pistoane pneumatice sunt utilizate pentru acționarea unor valve dintr-o instalație tehnologică. Comandarea pistoanelor se face de două distribuitoare care permit inversarea circuitelor pneumatice. Două bobine din circuitul electric acționează distribuitoarele. Circuitul electric este alcătuit dintr-un releu care conține două butoane (pornit-oprit). Butonul de pornire pune sub tensiune releul, iar butonul de oprire scoate releul de sub tensiune. Alte componente ale circuitului sunt bobinele distribuitoarelor care sunt comandate de către senzorul de umiditate.[B]

CAPITOLUL 2

PROIECTAREA SISTEMULUI AUTOMAT LA SERA SUBTERANĂ

2.1 Schema de principiu

Schema de principiu a sistemului de control într-o incintă de tip seră subterană este următoarea:

Fig. 2.1 Schema de principiu

2.2. Proiectarea incintei de tip seră

Pentru a face macheta unei incinte de tip seră subterană este necesar ansamblarea mai multor piese care vor ajuta la funcționarea acesteia.

Incinta de tip seră este realizată dintr-o cutie de silicon (fig. 2.2), partea de sus de sus este transparentă pentru apermite transfuzia luminii necesară dezvoltării plantelor, aceasta are următoarele dimensiuni:

– adȃncime 21 cm;

– lățime 28 cm;

– lungime 45 cm.

Fig 2.2 Cutia de silicon pentru incinta de tip seră subterană

Macheta serei subterane este fizic structurată din mai multe component descrise și enumerate mai jos:

a) Placă de dezvoltare Arduino UNO;

b) Breadboard 82x52x10mm și fire de conexiune;

c) Led Brick bicolor și albastru;

d) Sursă alimentare 5—12 V;

e) Display LCD 16 x 2 Alb pe Albastru- 5V;

f) Senzor de temperatură-umiditate aer DHT 11;

g) Două Microventilatoare de 12 V ;

h) Rezistențe de 220 Ω și semireglabil 10Hz;

i) Modul releu 5V;

j) Două mosfeturi( tranzistoare) și două rezistențe de 20KΩ;

l) Sursa de ȋncălzire :Bec 12 V- 21W+ un microventilator.

2.3 Componente

Ȋn cele ce urmează voi face o scurtă descriere pentru fiecare component al incintei serei subterane, după cum urmează:

2.3.1 Platforma de dezvoltare Arduino UNO

Arduino UNO (Fig. 2.3), această placă de dezvoltare conține microcontrollerul Atemega328p. Sursa externă cu care se poate opera la acestă placă este de 6—12 volți. Dacă alimentăm mai puțin de 7 volți ,este posibil, pinul de 5 volți să furnizeze mai puțin și placa să devină instabilă iar dacă alimentăm mai mult de 12 volți se poate supra-ȋncălzi regulatorul, ducȃnd la uzarea plăcii. Trbuie să folosim intervalul 7—12 volți recomandat de producător.

Aceasta are ȋn alcătuirea sa 14 intrări/ieșiri digitale, din care 6 se folosesc ca ieșiri PWM, 6 intrări analogice, un port de conexiune USB, un jack pentru a conecta surssa de alimentare, un cristal oscilator de 16 Mhz, un header ICSP și butonul pentru resetarea microcontroller-ului.

Specificații tehnice:

Microcontroller – Atmega328p;

Tensiunea de intrare – 7-12V;

Tensiunea de operare – 5V;

14 Pini digitali de intrare/ieșire (din care 6 PWM de ieșire);

Pini analogi de intrare – 6;

Curent continuu (DC)/pini de intrare/ieșire – 25 mA;

Curent continuu (DC)/pini de 3.3 V – 50 mA;

EEPROM – 1 KB;

SRAM – 2 KB (ATmega328);

Viteza de ceas – 16 MHz.

Fig. 2.3 Placa de dezvoltare Arduino UNO

Pentru a realiza diverse proiecte extraordinare această placă se dezvoltare UNO conține tot ceea ce este necesar, se conectează la calculator prin intermediul unui cablu USB sau cu o sursă de alimentare externă, unde se efectuează alimentarea cu energie electrică cȃt și transferul de date. Sursa de alimentare se selectează automat.

Mufele și pini de pe placa UNO au următoarea descriere :

V in – este o mufă de alimentare cu tensiunea de la intrare la placa Arduino atunci când este utilizată o sursă de alimentare externă;

5 V- este pinul pentru sursa de alimentare normală utilizată pentru alimentarea microcontrolerului și a altor componente de pe placă;

3.3 V- Este un pin pentru alimentare de 3.3 volți care este generată de regulatorul situat pe placă. Are un curent maxim de 50 mA;

GND – Este pinul de masă.

Descrierea pinilor digitali :

Cei 14 de pini digitali de pe Arduino Uno pot fi folosiți ca intrări sau ca ieșiri, folosind funcțiile pinMode (), digitalWrite () și digitalRead (). Ei pot oferi sau primi un maxim de 25 mA și are un rezistor intern pull-up (deconectat în mod implicit), de 20-50 kΩ. Unii pini au funcții specializate:

– Serial: 0 (RX) și Serial 1 (TX) sunt folosiți pentru a primi (RX) și transmite (TX) date seriale;

-Întreruperile externe: 2 (întrerupere 0), 3 (​​de întrerupere 1). Pot fi configurați pentru a declanșa o întrerupere la o valoare scăzută, o margine de creștere sau scădere sau o schimbare a valorii;

– LED-uri: 13. Există încorporat un LED pe placă, conectat la pinul digital 13. Cȃnd PIN-ul este de valoare mare LED-ul este pornit iar când PIN-ul este de valoare scăzută este oprit;

– PWM: 3, 5, 6, 9, 10 și 11. Furnizare de 8-biți de ieșire PWM funcția analogWrite ();

-Aref: Este tensiunea de referință de la 0 la 5V numai pentru intrări analogice. Folosit cu analogReference ();

-TWI: 4 (SDA) and 4 (SCL). Asigură lui I2C(TWI) comunicarea cu librăria WIRE;

– SPI: 10(SS), 11(MISO), 13(SCK) asigură comunicarea SPI folosind biblioteca SPI;

-Reset: resetare prorpiu-zisă a microcontrolerului.

2.3.2 Breadboard 82x52x10mm și fire de conexiune:

Cu ajutorul firelor de tip jumper, tată-mamă și tată-tată, precum și prin intermediul unui breadboard, componentele sistemului au fost conectate.

Ȋn figura 2.4, (A) și (B) sunt prezentate firele de conexiune de tipul jumper, tată-tată și tată-mamă, acestea sunt realizate din conductor metalic multifilar din cupru, acestea oferă o conexiune simplă ȋntre Arduino și orice alt dispozitiv.

Fig. 2.4. Fire de conexiune: A) jumper; B) tată-tată, tată-mamă 30cm, C)breadboardul și firele

Tot ȋn această figură (C) este prezentat breadboardul cu fire montate, acesta este din PVC care are ȋn interior o placă dintr-un material care este un bun conductor electric și este prevăzut cu găuri unde se pot monta mufele tată de la capătul firelor de conexiune.

Breadboardul este un bun dispozitiv care permite să conectăm componetele electronice, pentru alimentare ușoară alimentăm cele două perechi de rȃnduri + și ⸺. Pentru a conecta componetele folosim fire de conexiune cu pini la capete.

2.3.3 Led Brick bicolor și albastru

Intensitetea luminoasă ledului Bicolor Brick (a) se controlează de către placa Arduino fplosinduse două porturi digitale PWM iar prin variația intensității acestor două semnale PWM se pot obține orice de combinație ȋntre culorile verde și roșu.

Fig.2.5 Led Brick Bicolor (a) și Albastru (b)

Led-ul brick albastru (b) reprezintă o componentă fiind cea mai simplă posibiltate de a emite un semnal luminos atunci cȃnd portul digital Arduino la care este conectat trece ȋn HIGH.

2.3.4 Sursă alimentare 5—12 V

Acest adaptor (Fig.2.6) așa cum este denumit pe eticheta sa este o sursă stabilizatoare de tensiune continuă.

„Sursele stabilizatoare de tensiune continuă sunt circuite electronice care au rolul de a menține constantă valoare tensiunii v0 pe o sarcină RL, în condițiile în care, din diferite cauze se modifică valoarea tensiunii de la intrarea circuitului vi, curentul i0 absorbit de sarcina RL sau temperatura T a mediului ambiant.

Stabilizatorul este un sistem automat de reglare a valorii tensiunii V0 atunci cand asupra sistemului acționează perturbațiile necunoscute (variațiile Vi , I0 si T). Sistemul își îndeplinește misiunea furnizând comenzi către un element de reglaj EC.

Dacă elementul de comandă primește comandă și acționează asupra mărimii de iesire la momente discrete de timp spunem că stabilizatorul lucrează în comutație. În cazul când primește tot timpul comandă este stabilizator continuu (sau liniar).‟[D]

Fig.2.6. Sursă de alimentare 5—12 V,1A

Specificații:

– Tensiune nominală: 220-240 V;

– Tensiune ieșire: 5/6/7,5/9/12 V;

– Intensitatea curentului la ieșire: 1 A.

2.3.5 Display LCD 16 x 2 Alb pe Albastru- 5V

Pentru a afișa temperatura și umiditatea aerului am folosit un display LCD electronic 16 caractere x 2 linii. Are o conexiune I2C, fundal albastru și text iluminare alb, afișează 32 de carectere pe 2 rȃnduri.

Fig.2.7. Display LCD 16 x 2 Albastru- 5V

Specificații:

⸺Funcționează la o tensiune de 5 V; Controller: HD44780;

⸺ Culoare caractere: alb;Dimensiuni: 80mm x 36mm; Culoare background: albastru.

Circuitul:

-Pin RS RS pin digital 12;

– LCD Se activează pinul la pinul digital 11;

– Pin D4 LCD pin digital 5;

– PIN D5 LCD pinul digital 4;

– Pinul LCD D6 pinul digital 3;

– PIN D7 LCD pinul digital 2;

– LCD R / W pini la sol;

– Pin VSS LCD la masă;

– Pin VCC LCD la 5V;

2.3.6 Senzor de temperatură-umiditate aer DHT 11

Pentru măsurarea temperaturii și a umidității aerului am folosim senzorul DHT 11, datorită acestuia se face simțită atȃt umiditatea cȃt și temperatura din mediul ȋn care se face măsurarea. Senzorul este de tip brick cu un circuit integrat permițȃnd determinarea temperaturii și a umidității aerului din incinta serei, este o componentă proiectată special pentru a fi conectată la platforma Arduino, are ȋncorporat un senzor de umiditate capacitiv și un termistor pentru măsurarea aerului din seră. Procesarea semnalului este o dată pe secundă adică 1 Hz și dimensiuni de 15.5mm x 12mm x 5.5mm.

Fig. 2.8. Senzor DHT 11- temperatură și umiditate aer

Specificații:

Alimentare si I / O: 3 – 5V;

Curent maxim: 2.5mA;

Pentru umiditate: 20-80% are o precizie de 5%;

Pentru temperatură: 0-50 ° are o precizie de ± 2 ° C;

2.3.7 Microventilatoare 12 V

Microventilatoarele sunt folosite pentru a circula aerul ȋn incinta de tip seră subterană. Acestea au o tensiune alimentară de 12 V DC, dimensiunile 40 x40 x10 mm, nivel zgomot 27 dBA , tensiune de lucru 6…13,8 V, consum curent 1,08 W.

Fig. 2.9. Microventilatoare

Alte specificații:

– randament ventilatoare: 11,9 m3/h;

– viteză de rotație: 5800(±15%) rot./min;

– masa : 17g;

– curent nominal 0.09A;

– temparatură de lucru: -10…..700C.

2.3.8 Rezistența de 220 Ω și semireglabil 10KΩ

Rezistența de 220Ω este o rezistență cu peliculă metalică și ȋmpreună cu semireglabilul de 10KΩ, determină ce valoare de tensiune este necesară pentru ca un anumit curent să alimenteze LCD-ul.

Fig. 2.10 Semireglabil 10 Hz (A); rezistență cu peliculă metalică (B)

2.3.9 Modul releu 5V

Acest releu este alimentat direct din placa Arduino cu tensiunea de 5V curent continuu și funcționează direct pe pinii de la Arduino nefiind nevoie de alte adaptări. Releul pe partea de execuție are un contact normal deschis și un contact normal ȋnchis folosind ca tensiune de alimentare pentru sursa de ȋncălzire tensiunea de 12V curent contuu. Ca element de execuție releul folosește un tranzistor pentru al inversa, astfel să poată fi activat ȋn high level (nivel ridicat).

Fig. 2.11 Modul releu 5V cu un canal

Caracteristici:

Tensiune de comandă: 5V;

Sarcina maximă: AC 250V/10A, DC 30V/10A;

Dimensiuni: 50 x 26 x18.5mm;

Găuri de montaj: 4;

LED-uri care indică alimentarea și comanda;

Curent suportat: 10A

Tensiune pe partea de putere: 250VAC, 125VAC, 30VDC, 28VDC.

2.3.10 Mosfet-tranzistor și rezistență 20Ω

Mosfetul-tranzistor este folosit pentru acționarea ventilatoarelor din incinta serei iar rezistența bobinată de 20KΩ am folosit-o pentru alimentarea tranzistorilor.

Fig. 2.12 Mosfet-tranzistor (A) și rezistența de 20KΩ (B)

2.3.11 Bec 12 V- 21W

Becul de 12V este folosit ca sursă de ȋncălzire ȋn incinta de tip seră.

dimensiuni: ȋnalțime 12.9cm, lungime 6.7cm;

tip bec: halogen;

putere: 21W.

Fig. 2.13 Bec 12 V- 21W

CAPITOLUL 3

IMPLEMENTAREA SISTEMULUI DE MĂSURARE ȘI REGLARE A TEMPERATURII ȘI UMIDITĂȚII AERULUI DIN INCINTA DE TIP SERĂ SUBTERANĂ

3.1 Schema electrică și realizare montaj

Fig. 3.1 Schema electrică

1. Sursa de alimentare de 12V⸺1,5A și 5V⸺2.5A se alimentează cu tensiunea de 220V⸺50Hz. Ieșirile sursei se conectează astfel: tensiunea de 12V este folosită pentru alimentarea sursei de ȋncălzire, formată din bec de 12V⸺21W și microventilator. Această tensiune o regăsim pe partea de execuție a releului. La contactul comun al releului se conectează plusul sursei de alimentare 12V, care la acționarea releului se alimentează sursa , minusul fiind permanent.

Tensiunea de 5V este folosită pentru alimentarea microventilatoarelor care realizează microclimatul.

Fig. 3.2 Montare sursă de alimentare

2. Microventilatoarele se montează ȋn interiorul incintei de tip seră subterană, avȃnd rolul de intrare și ieșire a aerului controlat.

Fig. 3.3 Montare (A) și conectare (B) microventilatoare

Conexiunile microventilatoarelor sunt:

Arduino GND – Microventilator GND;

Arduino 5V – Microventilator VCC;

Arduino D -9 ⸺ Microventilator IN;

Arduino D -10 ⸺ Microventilator OUT.

3. Pentru realizarea sursei de ȋncălzire (fig. 3.4) am folosit un microventilator la 12V și un bec de 12V, aceste două componente au fost introduse ȋntr-o incintă confecționată din tablă eloxată (lucioasă). Sursa a fost montată opus senzorului DHT 11 pentru a obține informații corecte.

Fig. 3.4 Realizare și montaj sursă de ȋncălzire

4. Conexiunile senzorului DHT 11 la placa Arduino au fost realizate astfel:

Arduino GND – Senzor GND;

Arduino 5V – Senzor VCC;

Arduino D2 – Senzor OUT.

Pentru protecția ȋmpotriva intemperiilor senzorul DHT11 a fost introdus ȋntr-o carcasă din material plastic (A).

Fig. 3.5 Conexiune și montare senzor DHT11

5. Display LCD 16 x 2- 5V

Pentru o bună protecție și vizualizare a datelor afișate am optat pentru montarea LCD-ului intr-o carcasă din PVC (A).

Cu ajutorul firelor de conexiune și prin intermediul breadboardului am conectat LCD-ul la placa Arduino.

Arduino GND – LCD GND;

Arduino 5V – LCD VCC.

Fig.3.6 Montare (A) și conectare (B) LCD

6. Modul releu 5V

Fig. 3.7 Conectare modul releu

Conexiunile modulului releu 5V sunt următoarele:

Arduino GND – Releu GND;

Arduino 5V – Releu VCC;

Arduino D13 – releu INT.

7. Led Brick bicolor și albastru

Fig. 3.8 Conexiune leduri Brick bicolor și albastru

Conexiunile celor două leduri brick:

Led Brick Bicolor se conectează la placa Arduino cu ajutorul a trei fire și are următoarea conexiune:

Arduino GND – Led Bicolor GND;

Arduino 5V – Led Bicolor VCC;

Arduino D-6 – Led Bicolor IN.

Led Brick Albastru:

Arduino GND – Led Albastru GND;

Arduino D7 – Led Albastru IN.

Cele două leduri au fost montate (Fig. 3.8) pe același panou cu LCD-ul pentru o bună vizibilitate.

Fig. 3.9 Montarea Ledurilor

8. Mosfet( tranzistor tip efect de cȃmp) și rezistența de 20KΩ

Cu aceste două componente rezistența de 220 Ω și semireglabilul 10Hz se realizează alimentarea prin limitarea tensiunii necesară aprinderii display LCD.

Fig. 3.10 Conexiune Mosfet( tranzistor tip efect de cȃmp) și rezistența de 20K

9. Rezistențe de 220 Ω și semireglabil 10Hz

Fig. 3.11 Conexiune semireglabil 10Hz și Rezistență de 220 Ω

Fig. 3.12 Conexiune finală

CAPITOLUL 4

PROGRAMAREA APLICAȚIEI LA SERA SUBTERANĂ

4.1 Prezentare Arduino UNO

Placa de dezvoltare Arduino UNO este o platformă foarte simplu de utilizat bazată pe microcontrolerul MEGA328P. Este capabilă pentru culegerea informațiilor din mediu, de exemplu senzori ce determină temperatura și umiditatea din aer, și să reacționeze la acestea. Avem nevoie de 5 minute pentru instalarea mediului de dezvoltare iar după aceea urmează scrierea programului pe Arduino.

Selectare tipului de placă cu care se lucrează se face din meniul Instrumente>Placa de dezvoltare>Arduino Uno (Fig. 4.1).

Fig. 4.1 Tipul de placa folosit Arduino UNO

După aceea din meniul Instrumente se alege portul serial COM folosit de placa Arduino (Fig.4.3): Instrumente>Port serial>COM(Arduino Uno)

Fig. 4.2 Alegerea portului serial

Butoanele aplicației:

Verifică programul de erori

Încarcă programul în placa de dezvoltare;

Crează un nou proiect;

Deschide un proiect;

Salvează proiectul curent;

Monitorizare serială –comunicarea prin portul serial cu calculatorul.

Pentru ȋncărcarea programului trebuie să-l facem din meniul Fisier>Deschide (Fig.4.3). Iar după ȋncărcarea programului se validează apoi se rulează (Fig.4.4). Ȋn figura 4.3 avem o eroare.

Fig. 4.3 Ȋncărcarea programului

Fig. 4.4 Funcționarea programului

4.2 Aplicatia softwoare- codul sursă

#include <LiquidCrystal.h>

LiquidCrystal lcd(12, 11, 5, 4, 3, 2);

void setup() {

// initializeaza iesirea pentru releu si DEZACTIVEAZA releul

pinMode(13,OUTPUT);

digitalWrite(13,HIGH);

//initializeaza seriala

Serial.begin(9600);

//initializeaza LCD

lcd.begin(16, 2);

}

4.3 Funcționarea sistemului de reglare a temperaturii și umidității aerului din incinta de tip seră subterană.

Placa de dezvoltare Arduino are conectate senzorul de temperatură, senzorul de umiditate și modulul cu cele 3 relee. La contactul releului K2 se conectează sursa de încălzire, care în cazul nostru este becul cu halogen. La contactul releului K3 se conectează pompa de apă micro, iar la contactul releului K4 se conectează microventilatorul.