Inteligentná rastová komora rastlín: 13 krokov

2024 Autor: John Day | [email protected]. Naposledy zmenené: 2024-01-30 11:57

Prichádzam s novou myšlienkou, ktorou je inteligentná komora na rast rastlín. Rast rastlín vo vesmíre vyvolal veľký vedecký záujem. V kontexte ľudských vesmírnych letov môžu byť konzumované ako jedlo a/alebo poskytnúť osviežujúcu atmosféru. V súčasnej dobe N. A. S. A. používajte rastlinné vankúše na pestovanie potravín na Medzinárodnej vesmírnej stanici.

Preto som prišiel s nápadom ísť ďalej.

Problémy s pestovaním potravín vo vesmíre:

Gravitácia:

Je to hlavná prekážka pestovania potravín vo vesmíre, ktorá ovplyvňuje rast rastlín niekoľkými spôsobmi: 1 Nemôžete rastliny správne zalievať, pretože v nich nie je gravitácia, takže vodu nemôžu poskytovať vodné postrekovače a iné konvenčné metódy, ktoré sa používajú na Zemi..

2 Voda nemôže dosiahnuť korene rastlín, pretože neexistuje gravitácia.

3 Rast koreňov ovplyvňuje aj gravitácia. (korene rastlín idú nadol a rastliny rastú nahor) Korene rastlín teda nikdy nerastú správnym smerom.

Žiarenie:

1. Vo vesmíre je veľa žiarenia, takže je škodlivé pre rastliny.

2. Žiarenie zo slnečného vetra ovplyvňuje aj rastliny.

3. Veľa ultrafialových lúčov je tiež škodlivých pre rastliny.

Teplota:

1. V priestore je veľa teplotných rozdielov (teplota môže dosiahnuť až sto stupňov a až mínus sto stupňov).

2. zvýšenie teploty odparovanie vody, aby rastliny nemohli prežiť vo vesmíre.

Monitorovanie:

1. Monitorovanie rastlín je vo vesmíre veľmi ťažké, pretože človek neustále monitoruje mnoho faktorov, ako sú teplota, voda a žiarenie.

2. Rôzne závody vyžadujú rôzne potreby zdrojov. Ak existujú rôzne závody, monitorovanie je ťažšie.

Preto som prišiel s myšlienkou, že sa pokúsim odstrániť všetky tieto prekážky. Je to komora na pestovanie potravín vo vesmíre za veľmi nízke náklady. Obsahuje všetky zdroje a technológie, v ktorých je zabudovaných, ktoré prekonávajú mnohé ťažkosti. Tak sa poďme pozerať !!!

Čo je táto komora schopná:

1. Odstráňte vplyv gravitácie.

2. Zabezpečenie správnej vody pre korene rastlín. (Ovládateľné - ručne, automaticky)

3. Poskytovanie umelého osvetlenia rastlinám na fotosyntézu.

4. Minimalizujte vplyv žiarenia.

5. Snímanie prostredia, ako je teplota pôdy, vlhkosť, teplota prostredia, vlhkosť, žiarenie, tlak a zobrazenie údajov v reálnom čase na počítači.

Krok 1: Požadovaný komponent:

1. ESP32 (hlavná procesorová doska, môžete použiť aj iné dosky).

2. DHT11 alebo DHT-22. (DH22 poskytuje lepšiu presnosť)

3. DS18b20 (Vodotesná kovová verzia).

4. Senzor vlhkosti pôdy.

5. Vodné čerpadlo. (12 V).

6. Plastový list.

7,12 voltový ventilátor DC.

8. Plynové senzory.

9. ULN2003.

10. Servomotor.

11. Sklenená tabuľa.

12. Elektrostatický list.

13. 12 voltové relé.

14. BMP 180.

15. 7805 Regulátor napätia.

16,100uF, 10uF kondenzátor.

17. Strešné svetlo do auta (LED alebo CFL). (Farba definovaná ďalej).

18. Napájanie SMPS (12volt - 1A, ak poháňate čerpadlo z oddeleného zdroja, inak až 2 ampéry)

Krok 2: Požiadavka na softvér:

1. Arduino IDE.

2. LABView

3. Inštalácia ESP32 v Arduino IDE.

4. Knižnice ESP32. (Mnoho knižníc sa líši od knižníc Arduino).

Krok 3: Vytvorte kontajner a zalievací systém:

Vyrobte plastovú nádobu akejkoľvek veľkosti podľa požiadavky alebo dostupného priestoru. Materiál použitý na nádobu je plast, takže nemôže byť zneškodnený vodou (môže byť vyrobený aj z kovov, ale zvyšuje náklady a tiež hmotnosť, pretože existuje hmotnostný limit rakety)

Problém: Vo vesmíre neexistuje gravitácia. Vodné kvapky zostávajú voľne v priestore (ako ukazuje obrázok N. A. S. A.) A nikdy sa nedostanú na dno pôdy, takže zalievanie konvenčnými metódami vo vesmíre nie je možné.

Malé častice tiež tvoria pôdu plávajúcu vo vzduchu.

Riešenie: Malé vodné fajky vložím do pôdy (má malé otvory) v strede a potrubia sú pripevnené k čerpadlu. Keď sa čerpadlo zapne, voda vychádza z malých otvorov potrubia na dno pôdy, aby sa ľahko dostal ku koreňom rastliny.

Malý ventilátor je pripevnený k hornej časti komory (vzduch prúdi nahor až nadol), takže vytvára tlak na malé častice a zabraňuje vznášaniu sa mimo komory.

Teraz vložte pôdu do nádoby.

Krok 4: Pôdne senzory:

Vložím dva snímače do pôdy. Prvým je teplotný snímač (vodotesný DS18b20). Zisťujú teplotu pôdy.

Prečo potrebujeme poznať teplotu a vlhkosť pôdy?

Teplo je katalyzátorom mnohých biologických procesov. Keď sú teploty pôdy nízke (a biologické procesy sa spomaľujú), niektoré živiny sú pre rastliny nedostupné alebo menej dostupné. To platí najmä v prípade fosforu, ktorý je do značnej miery zodpovedný za podporu rozvoja koreňov a ovocia v rastlinách. Žiadne teplo teda znamená, že menej živín spôsobí zlý rast. Vysoká teplota je škodlivá aj pre rastliny.

Druhým je snímač vlhkosti. Detekcia vlhkosti pôdy, ak sa vlhkosť v pôde zníži z vopred definovaného limitu, motor sa zapne, keď vlhkosť dosiahne horný limit, motor sa automaticky vypne. Horná a dolná hranica závisí od rastlín od rastliny a líši sa. Výsledkom je systém s uzavretou slučkou. Voda sa robí automaticky bez rušenia osôb.

Poznámka. Potreba vody pre rôzne pre rôzne rastliny. Preto je potrebné upraviť minimálnu a maximálnu hladinu vody. Môžete to urobiť z potenciometra, ak používate digitálne rozhranie, inak sa to dá zmeniť v programovaní.

Krok 5: Výroba sklenených stien

Na zadnej strane kontajnera sú steny s elektrostatickým filmom. Pretože neexistuje žiadne magnetické pole, ktoré nás chráni pred slnečným vetrom. Používam jednoduchú sklenenú tabuľu, ale prikryjem ju elektrostatickou tabuľou. Elektrostatický list zabraňuje časticiam náboja slnečného vetra. Pomáha tiež minimalizovať radiačný efekt vo vesmíre. vyhýba sa tiež vznášaniu častíc pôdy a vody do vzduchu.

Prečo potrebujeme elektrostatickú ochranu?

Zemské jadro roztaveného železa vytvára elektrické prúdy, ktoré okolo Zeme vytvárajú magnetické siločiary podobné tým, ktoré sú spojené s obyčajným tyčovým magnetom. Toto magnetické pole sa rozprestiera niekoľko tisíc kilometrov od povrchu Zeme. Magnetické pole Zeme odpudzuje častice náboja vo forme slnečného vetra a zabraňuje vstupu do zemskej atmosféry. Mimo Zeme a na iných planétach však taká ochrana nie je k dispozícii. Potrebujeme teda inú umelú metódu, ktorá by nás aj rastliny chránila pred týmito časticami náboja. Elektrostatický film je v zásade vodivý film, takže neumožňuje preniknúť do vnútra nabitých častíc.

Krok 6: Budovanie žalúzie:

Každá rastlina potrebuje slnečné svetlo. Dlhodobé vystavenie slnku a vysokému žiareniu je škodlivé aj pre rastliny. Krídla žalúzií sú pripevnené k boku zrkadla a potom sú pripojené k servomotorom. Uhol otvárania krídla a umožnenie vstupu svetla, ktoré je udržiavané hlavným obvodom spracovania

K hlavnému spracovateľskému obvodu je pripojený komponent LDR (odpor závislý na svetle), ako tento systém funguje:

1. Pri nadmernom žiarení a svetle (ktoré detekuje LDR) zatvára krídla a eliminuje svetlo, ktoré sa dostane dovnútra. 2. Každá rastlina má svoju vlastnú potrebu slnečného svetla. Hlavný procesorový obvod zaznamenáva čas, aby po tomto konkrétnom čase vetry zavreli slnečné svetlo. Zabraňuje dodatočnému osvetleniu, ktoré je potrebné dosiahnuť v komore.

Krok 7: Snímanie a kontrola prostredia:

Rôzne rastliny vyžadujú rôzne podmienky prostredia, ako je teplota a vlhkosť.

Teplota: Na snímanie teploty prostredia sa používa snímač DHT-11 (na dosiahnutie vysokej presnosti je možné použiť DHT 22). Keď sa teplota zvýši alebo zníži z predpísaného limitu, upozorní a zapne vonkajší ventilátor.

Prečo musíme udržiavať teplotu?

Teplota vo vesmíre je 2,73 Kelvina (-270,42 Celzia, -454,75 Fahrenheita) na tmavej strane (kde slnko nesvieti). Teplota smerujúca k slnku môže dosiahnuť oparivé teploty okolo 121 ° C (250 ° F).

Udržujte vlhkosť:

Vlhkosť je množstvo vodnej pary vo vzduchu v pomere k maximálnemu množstvu vodných pár, ktoré môže vzduch udržať pri určitej teplote.

Prečo musíme udržiavať vlhkosť?

Vlhkosť vzduchu ovplyvňuje, kedy a ako rastliny otvárajú priedušky na spodnej strane listov. Rastliny používajú stomaty na transpiráciu alebo „dýchanie“. Keď je počasie teplé, rastlina môže zatvoriť svoje prieduchy, aby znížila straty vody. Stomaty pôsobia aj ako chladiaci mechanizmus. Keď sú okolité podmienky pre rastlinu príliš teplé a príliš dlho zatvára svoje prieduchy v snahe šetriť vodou, nemá ako pohnúť molekulami oxidu uhličitého a kyslíka, čo spôsobuje, že sa rastlina pomaly dusí na vodnej pare a vlastných transpiračných plynoch..

V dôsledku odparovania (z rastlín a pôdy) sa vlhkosť rýchlo zvyšuje. Je škodlivý nielen pre rastliny, ale aj pre senzor a sklenené zrkadlo. Dá sa to zanedbať dvoma spôsobmi.

1. Plastový papier na povrchu ľahko zabráni vlhkosti. Plastový papier sa rozprestiera na hornom povrchu pôdy a otvára sa v ňom substrát a semeno (rastie v ňom rastlina). Je nápomocný aj pri polievaní.

Problém tejto metódy je, že rastliny s väčšími koreňmi potrebujú vzduch do pôdy a koreňov. plastové vrecko zastaví vzduch, aby úplne dosiahol korene.

2. Na hornej streche komory sú pripevnené malé ventilátory. Vlhkosť v komore je snímaná zabudovaným vlhkomerom (DHT-11 a DHT-22). Keď sa vlhkosť zvýši z limitu, ventilátory sa automaticky zapnú, pri spodnej hranici sa ventilátory zastavia.

Krok 8: Odstráňte gravitáciu:

V dôsledku gravitácie stonky rastú nahor alebo von od stredu Zeme a smerom k svetlu. Korene rastú smerom nadol alebo do stredu Zeme a ďaleko od svetla. Bez gravitácie rastlina nezdedila schopnosť orientovať sa.

Existujú dva spôsoby eliminácie gravitácie

1. Umelá gravitácia:

Umelá gravitácia je vytváranie zotrvačnej sily, ktorá napodobňuje účinky gravitačnej sily, zvyčajne výsledkom rotácie pri vytváraní odstredivých síl. Tento proces sa nazýva aj pseudo-gravitácia.

Táto metóda je veľmi drahá a náročná. existuje príliš veľa šancí na zlyhanie. Túto metódu tiež nemožno správne otestovať na Zemi.

2. Použitie substrátu: Je to príliš jednoduchá metóda a tiež účinná tkanina. Semená sa uchovávajú v malom vrecku, ktoré sa nazýva substrát, a pod substrátom, ktorý poskytuje správny smer ku koreňom a listom, ako je znázornené na obrázku. Pomáha rast koreňov nadol a vysádzanie listov nahor.

Je to tkanina s otvormi. Pretože semená sú vo vnútri, umožňujú vstup vody a tiež korene vychádzajú a prenikajú do pôdy. Osivo sa uchováva pod hĺbkou 3 až 4 palce pod pôdou.

Ako vložiť osivo pod pôdu a udržať si pozíciu?

Odrezal som plastový plech s dĺžkou 4 až 5 palcov a pred ním vytvarujem drážku. Umiestnite tento nástroj na polovicu dĺžky tejto utierky (strana s drážkou). Vložte semeno do drážky a omotajte látku. Teraz vložte tento nástroj do pôdy. Vyberte nástroj z pôdy, aby sa semeno a substrát dostali do pôdy.

Krok 9: Umelé slnečné svetlo:

Vo vesmíre nie je vždy možné slnečné svetlo, takže môže byť potrebné umelé slnečné svetlo. To robia CFL a novo prichádzajúce LED svetlá. Používam svetlo CFL, ktoré nemá príliš jasnú modrú a červenú farbu. Tieto svetlá sú namontované na hornej streche komory. To poskytuje úplné spektrum svetla (CFL sa používajú tam, kde je potrebné svetlo s vysokou teplotou, zatiaľ čo LED diódy sa používajú vtedy, keď zariadenia nevyžadujú žiadne vykurovanie alebo nízke vykurovanie. To je možné ovládať ručne, diaľkovo alebo automaticky (riadené hlavným obvodom spracovania).

Prečo používam kombináciu modrej a červenej farby?

Modré svetlo je v súlade s absorpčným vrcholom chlorofylov, ktoré fotosyntézou produkujú cukry a uhlíky. Tieto prvky sú nevyhnutné pre rast rastlín, pretože sú stavebnými kameňmi rastlinných buniek. Na riadenie fotosyntézy je však modré svetlo menej účinné ako červené. Je to preto, že modré svetlo môžu absorbovať pigmenty s nižšou účinnosťou, ako sú karotenoidy, a neaktívne pigmenty, ako sú antokyány. Výsledkom je zníženie energie modrého svetla, ktoré sa dostane k pigmentom chlorofylu. Prekvapivo, keď sú niektoré druhy pestované iba s modrým svetlom, rastlinná biomasa (hmotnosť) a rýchlosť fotosyntézy sú podobné rastlinám pestovaným iba s červeným svetlom.

Krok 10: Vizuálne monitorovanie:

LABview používam na vizuálne monitorovanie údajov a kontrolu aj preto, že LABview je veľmi flexibilný softvér. Jedná sa o vysokorýchlostný zber dát a jednoduchú obsluhu. Môže byť zapojený káblom alebo bez drôtu do hlavného obvodu spracovania. Údaje pochádzajúce z hlavného spracovateľského obvodu (ESP-32) sú formátované a zobrazené v programe LABview.

Kroky, ktoré treba dodržať:

1. Nainštalujte si LABview a stiahnite si ho. (nie je potrebné inštalovať doplnky Arduino)

2. Spustite vi kód uvedený nižšie.

3. Pripojte port USB k počítaču.

4. Nahrajte kód Arduino.

5. COM port zobrazený vo vašom LabView (ak sú okná pre Linux a MAC „dev/tty“) a indikátor ukazuje, že váš port je pripojený alebo nie.

6. Dokončiť !! Údaje z rôznych senzorov zobrazené na obrazovke.

Krok 11: Príprava hardvéru (obvod):

Schéma zapojenia je znázornená na obrázku. Môžete si tiež stiahnuť PDF uvedené nižšie.

Skladá sa z nasledujúcich častí:

Hlavný obvod spracovania:

Je možné použiť akúkoľvek dosku kompatibilnú s arduino, napríklad arduino uno, nano, mega, nodeMCU a STM-32. ale použitie ESP-32 z nasledujúceho dôvodu:

1. Má vstavaný snímač teploty, takže pri vysokých teplotách je možné prepnúť procesor do režimu hlbokého spánku.

2. Hlavný procesor je tienený kovom, takže dochádza k menšiemu žiareniu.

3. Interný snímač Hallovho efektu sa používa na detekciu magnetického poľa okolo obvodov.

Sekcia senzora:

Všetky senzory sú napájané 3,3V. Regulátor napätia vo vnútri ESP-32 poskytuje nízky prúd, takže môže dôjsť k jeho prehriatiu. Aby sa tomu zabránilo, používa sa regulátor napätia LD33.

Uzol: Použil som 3,3 voltové napájanie, pretože používam ESP-32 (To isté platí pre nodeMCU a STM-32). Ak používate arduino, môžete použiť aj 5 voltov

Hlavné napájanie:

Používa sa 12 voltov 5 amp SMPS. môžete tiež použiť regulovaný zdroj s transformátorom, ale je lineárny, takže je navrhnutý pre konkrétne vstupné napätie, takže výstup sa zmení, keď prepneme 220 voltov na 110 voltov. (Napájanie 110 voltov je k dispozícii na ISS)

Krok 12: Príprava softvéru:

Kroky, ktoré treba dodržať:

1. Inštalácia Arduina: Ak nemáte arduino, môžete si ho stiahnuť z odkazu

www.arduino.cc/en/main/software

2. Ak máte NodeMCU Pri pridávaní k arduinu postupujte podľa týchto krokov:

circuits4you.com/2018/06/21/add-nodemcu-esp8266-to-arduino-ide/

3. Ak používate ESP-32, pridajte ho do arduina:

randomnerdtutorials.com/installing-the-esp32-board-in-arduino-ide-windows-instructions/

4. Ak používate ESP-32 (jednoduchá knižnica DHT11 nemôže správne fungovať s ESP-32), môžete si ho stiahnuť tu:

github.com/beegee-tokyo/DHTesp

Krok 13: Príprava LABview:

1. Stiahnite si LABview z tohto odkazu

www.ni-shop.cz

2. Stiahnite si súbor vi.

3. Pripojte port USB. Indikátor ukážky port je pripojený alebo nie.

hotový!!!!