Привет!
Часто читаю статьи про различные штуковины собранные энтузиастами (и не только), в которых применяются высокотехнологичные устройства на базе современных микроконтроллеров, программируемые, управляемые на расстоянии, способные выполнять множество различных функций одним нажатием кнопки т.д. И вот однажды, прочитав очередную такую статью я подумал — а как же люди раньше жили без всей этой электроники? Ведь управляли же устройствами и без неё, аналоговыми схемами, реле, переключателями и пр. И тут я вспомнил как мой отец, не будучи радиоэлектронщиком, с помощью доступных ему только аналоговых устройств сделал практически полностью автономную систему управления микроклиматом в теплице. К сожалению отец уже в преклонном возрасте и практически потерял зрение, поэтому статья написана только с его слов, не содержит принципиальных схем и каких-либо продвинутых описаний, но, надеюсь что всем будет понятно о чем речь.
Кому интересно — прошу под кат.
Немного истории
Дело было в уже далекие 80е. Мои родители тогда активно занимались выращиванием цветов (тюльпанов). Во времена СССР этим занимались только гос. теплицы и редкие любители. У моих же родителей это дело было поставлено на поток — посадка луковиц осенью в теплицы для «выгонки» на 8е марта, сбор урожая, продажа и так каждый год. Объемы были примерно 6-7 тыс. луковиц в теплицах. А поскольку тюльпан цветок достаточно нежный и от малейших перепадов температуры он может потерять свой товарный вид, то следить за ростом цветов нужно было с повышенным вниманием. Проблем подкидывала изменчивая погода южного берега Крыма, где живут родители. Зимой, в феврале температура днем может подняться до +18 и вовсю светить солнце, ночью же упасть до минуса и «приморозить» верхний слой почвы. Постоянные туманы с моря в солнечные дни приносили высокую влажность и конденсат от которого цветы покрывались крапинками и совершенно теряли свой товарный вид за один день. В таких условиях поддержание постоянной температуры +18 градусов, влажности и освещения в теплице становилось совершенно адским и утомительным делом. Родители дежурили, можно сказать посменно, постоянно контролируя температуру, открывая и закрывая рамы на крыше теплицы, проветривая её, регулируя температуру отопления, следили за влажностью. А так как папа ходил на работу полный рабочий день, а мама нянчилась со мной маленьким, то бывали моменты, когда силы и нервы были у всех на пределе и что-то нужно было решать — либо закругляться с выращиванием цветов, либо отцу увольняться с работы, либо куда-то девать меня :) автоматизировать процесс. Что в итоге и было сделано. Нужно сказать, что мой отец не был радиоэлектронщиком, он работал в организации Крымлифт, которая занималась установкой и ремонтом лифтов, а в те годы лифты работали на обычных реле (да, это те самые лифты, которые до сих пор стоят в многоэтажках и щелкают всякими релюшками на техническом этаже). Никакой электроники там и близко не пахло.
Дополнительное освещение
Это была самая простая задача которую пришлось решать.
Из-за того, что зимой день короткий, цветам необходим доп. свет, чтоб они быстрее росли и не были бледными. Для этого использовались несколько различных видов ламп — обычные лампочки Ильича по 150-200 Вт, инфракрасные лампы и лампы дневного света. Все это вешалось на определенной высоте, включалось рано утром и отключалось вечером. За включением и отключением следило реле времени типа РВМ2
Подробнее можно почитать здесь
Простое как двери, но вместе с тем позволяло «программировать» время включения и отключения двух (а в некоторых модификациях и больше) контактов. Работает так: на диске расположены 2 дорожки из отверстий в которые вкручиваются штырьки. Каждое отверсти соответствует какой-то временной метке с интервалом, например каждые 15 минут. Диск медленно вращается электромотором. В определенный момент штырек доходит до контакта и начинает его проворачивать, провернув на 90 градусов контакт либо замыкается, либо размыкается. Накрутив штырьков в нужные отверстия получаем такой себе таймер, который вполне справляется с поставленной задачей. А поскольку контактов 2 то ИК лампы включаются и отключаются несколько раз в день, когда общее освещение горит около 12 часов в сутки.
Влажность
Осушить теплицу и убрать конденсат со всех внутренних поверхностей во время повышенной влажности снаружи по началу казалось задачей не простой. Притом что почва должна быть достаточно увлажнена влага испаряется с её поверхности и с цветов очень интенсивно при этом так же интенсивно конденсируясь на пленке, которой накрыта теплица. Решение оказалось достаточно простым и эффективным — то что сейчас называется тепловые пушки (большой фен). В трубу большого диаметра был вставлен вентилятор который гнал воздух через нагретые спирали. Воздух осушался и конденсата оседало меньше. Но проблема заключалась в другом — такие пушки нужно было как-то включать причем в зависимости от влажности и температуры поскольку они не только сушили воздух а еще его и грели. На помощь пришло еще одно аналоговое устройство — датчик влажности воздуха (фото к сожалению найти не удалось). Данный датчик представлял собой коробочку сквозь которую проходил поток воздуха и в зависимости от его влажности каким-то чудным образом замыкал контакты. Датчик этот можно было настроить на необходимую влажность и при этом он срабатывал с допустимой погрешностью. Датчик замыкал магнитный пускатель, который в свою очередь уже и включал пушки. Для большей точности датчик был размещен в зоне действия одной из пушек таким образом, чтоб сухой воздух дул на него, при этом система часто включалась на короткие промежутки времени не перегревая воздух. Из-за большой инертности помещения влажность поддерживалась достаточно ровно. Конденсат не скапливался большими объемами и в теплице не выпадали осадки :) Профит!
Отопление
Сложнее вышеперечисленного оказалось обеспечить стабильную температуру внутри. Причем было 2 пути развития: простой — сделать электроотопление (воздушные тэны) и датчик температуры. И путь, которым пошел мой папа — модернизировать водяное отопление управляя котлом на жидком топливе в зависимости от температуры. Советские люди не ищут легких путей :)
Но у первого варианта быль только один плюс — простота монтажа и настройки, минусов было больше — сушит воздух, не безопасный (тэны нужно было развесить по всей теплице), дорого (найти и купить не так то было легко в небольшом городке). Водяное отопление уже было сделано, плюс оно еще и было заложено под грядки чтоб прогревать землю для достижения более быстрых всходов луковиц, а закапывать тэны под землю было неблагодарным делом, плюс к этому нагрузка на счетчик привела бы к его явной потере. Решено — модернизируем старую систему! Для этого нужно: иметь датчик температуры внутри теплицы, каким-то образом регулировать подачу топлива на горелку, обеспечить аварийное отключение. Сейчас бы это все решилось заказом нужных деталей по интернету или походом в ближайший магазин радиотоваров с последующим монтажом и доводкой, неделя максимум. Тогда же это заняло порядка 2х лет… Для регулировки подачи солярки (да, именно ей топили тогда по 70 рублей за 1000 литров :) ) было перепробовано много чего, но самой оптимальной на то время оказалась система из 4х электро клапанов которые были подключены параллельно и открывались открывались в зависимости от температуры воздуха тем самым увеличивая подачу топлива в горелку. Датчиками служили четыре вот таких термометра:
подключенный каждый к своему клапану. Подробнее здесь. Термометр этот был реально крутой, по крайней мере тогда он мне так казался. Наверное потому что в нем были проводки, серебристая ртуть (много), контакты, 2 шкалы и пр. Принцип действия его такой — возле пузырька со ртутью был впаян проводок, который подавал напряжение на саму ртуть. С другой стороны трубочки где двигалась эта ртуть был помещен тонкий проводок, который и задавал температуру. Двигать его можно было с помощью крутилки в верхней части термометра, которая вращала стержень с резьбой и гайкой к которой и был прикреплен этот проводок. Наверное сильно запутанно написал, но по ссылке есть больше подробностей, надеюсь будет понятен его принцип.
Вообщем, когда ртуть поднималась до нужной температуры, она замыкала через себя проводники (касаясь проводка в трубочке) и так срабатывало маломощное реле которое в свою очередь закрывало клапан и «убавляло жару». Как только температура падала — цепь размыкалась, клапан открывался и в котел поступало больше топлива. Температура поднималась. Вы спросите — зачем четыре таких системы — для плавности регулировки. Термометры были настроены с интервалом в 2 градуса. Т.е. обеспечивался диапазон температур практически в 10 градусов чего вполне хватало для сглаживания дневных скачков температур. Ночью же все клапаны обычно в зависимости от температуры были открыты и котел горел на полную мощность. Такая, вроде на первый взгляд простая система, подкинула одну проблему — из-за инертности теплоносителя и медленной его циркуляции внутри контура отопления воздух перегревался что один раз чуть не привело к порче всего «урожая». Насос для циркуляции не сделал ситуацию намного лучше. 500+ литров воды в системе быстро не остынут. Да и при внезапном освещении теплицы солнцем температура внутри могла подняться за считанные минуты выше нормы. И после долгих мучений было принято решение сделать систему вентиляции. Но и она оказалась совсем не тривиальной.
Система вентиляции
Самое простое — это врезать вентилятор в стенку теплицы. Но такое отец не делал даже до автоматизации процесса. Причина простая — когда он не используется — дырку нужно закрывать чтоб не выходил теплый воздух. Так же вентилятор не сильно полезен тем, что дует. Хм. ну а что ему еще делать? Вот в этом его и минус — нагоняет конденсат на цветы и они, ну вы поняли — не товарный вид и всему крышка. Чтоб этого не было в теплицах были сделаны открывающиеся верхние рамы, грубо говоря — крыша поднималась! Это было самое безумное что можно было сделать! Но это было на столько эффективно, что подняло качество урожая практически до 100%!
Система была сделана на базе привода для открывания дверей лифта. Фото не нашел, но принцип такой — блок состоял из самого двигателя, редуктора и рычажного механизма. Работал он по принципу дворников в автомобиле — мотор вращается и через редуктор поворачивает рычаг то в одну то в другую сторону. Далее вся эта система была приспособлена внутри теплицы под подвижной рамой крыши. Сама рама была закреплена одним краем в центре крыши (на коньке) а другой край свободно лежал на стенке теплицы. Его-то и поднимал снизу рычаг. Мощности хватало вполне чтоб поднять раму на высоту до 40 см. Но методом научного тыка подъем был установлен в 10 см. При таком подъеме обеспечивалась хорошая вентиляция, не резкое падение температуры и плавный приток свежего воздуха по большой площади. Работало это все достаточно просто — еще один контрольный термометр, который был настроен на 20 градусов (критическая температура). При замыкании цепи — рама поднималась и воздух охлаждался, термометр размыкал цепь и рама опускалась. Весь цикл открывания/закрывания рамы занимал не более 10 минут, затем воздух медленно нагревался снова и если наступала критическая температура — срабатывало проветривание.
После проветривания обычно срабатывали пушки чтоб подсушить свежий воздух, который был иногда более влажный.
На первый взгляд система может показаться излишне сложной для такой, казалось бы, тривиальной задачи, но она действительно хорошо себя зарекомендовала. При всей кустарности сборки критических поломок не случалось. Максимум это были плохо подключенные контакты которые ни к чему серьезному не приводили. За время эксплуатации системы урожайность была на высшем уровне при минимальных вмешательствах в процесс.
Все это дело просуществовало до начала 90х и стало нерентабельным когда начали возить цветы из Голландии. Конкурировать с перекупами на месте стало тяжело, если раньше отец загружал коробки цветами, грузился на самолет и летел день чтоб продать цветы где-то там за горизонтом нашей необъятной тогда страны, то после развала союза такое уже было не реально. Да и возраст уже у родителей был не тот.
Но конструкция просто так не ушла в историю. По словам отца к нему приезжал садовод любитель откуда-то из центра Украины где тоже занимался (и возможно и сейчас занимается) выращиванием цветов и записывал, зарисовывал, запоминал как все устроено. После этого делал нечто подобное у себя. А уже по его модернизированной системе была статья в каком-то журнале, то-ли «Огородник», то-ли «Приусадебное цветоводство» то-ли в каком-то подобном. Если вдург кому-то что-то известно какой это был журнал — буду вам благодарен.
Спасибо за внимание!
Автор: AlexSam
