Išmaniųjų augalų auginimo kamera: 13 žingsnių

2024 Autorius: John Day | [email protected]. Paskutinį kartą keistas: 2024-01-30 10:45

Aš sugalvoju naują idėją, kuri yra protinga augalų augimo kamera. Augalų augimas erdvėje sukėlė daug mokslinio susidomėjimo. Žmonių skrydžio į kosmosą kontekste jie gali būti vartojami kaip maistas ir (arba) suteikiantys gaivinančią atmosferą. Šiuo metu N. A. S. A. naudokite augalų pagalves maistui auginti Tarptautinėje kosminėje stotyje.

Taigi sugalvoju žengti toliau.

Problemos auginti maistą erdvėje:

Gravitacija:

Tai yra pagrindinė kliūtis auginti maistą erdvėje, o tai daro įtaką augalų augimui keliais būdais: 1 jūs negalite tinkamai laistyti augalų, nes nėra gravitacijos, todėl vanduo negali būti aprūpintas vandens purkštuvais ir kitais įprastais metodais, kurie naudojami žemėje.

2 Vanduo negali pasiekti augalo šaknų, nes nėra gravitacijos.

3 Šaknų augimą taip pat veikia gravitacija. (augalo šaknys eina žemyn ir augalas auga aukštyn) Taigi augalų šaknys niekada neauga teisinga kryptimi.

Radiacija:

1. Kosmose yra daug spinduliuotės, todėl ji kenkia augalams.

2. Saulės vėjo spinduliuotė taip pat veikia augalus.

3. Daug ultravioletinių spindulių taip pat kenkia augalams.

Temperatūra:

1. Erdvėje yra daug temperatūros svyravimų (temperatūra gali pakilti iki šimto laipsnių ir nukristi iki minus šimto laipsnių).

2. temperatūra padidina vandens garavimą, todėl augalai negali išgyventi erdvėje.

Stebėjimas:

1. Augalų stebėjimas kosmose yra labai sunkus, nes žmogus nuolat stebi daugelį veiksnių, tokių kaip temperatūra, vanduo ir radiacija.

2. Skirtingoms gamykloms reikalingi skirtingi išteklių poreikiai. Jei yra skirtingų augalų, stebėjimas tampa sudėtingesnis.

Taigi aš sugalvoju, kad bandydamas pašalinti visas šias kliūtis. Tai kamera, skirta maistui auginti erdvėje už labai mažą kainą. Jame yra visi ištekliai ir technologijos, kurios įveikia daugelį sunkumų. Taigi pažiūrėkime !!!

Ką ši kamera gali:

1. Pašalinti gravitacijos poveikį.

2. Tinkamo vandens tiekimas augalų šaknims. (Valdomas - rankiniu būdu, automatiškai)

3. Augalams dirbtinio apšvietimo užtikrinimas fotosintezei.

4. Sumažinkite radiacijos poveikį.

5. Jutimo aplinka, tokia kaip dirvožemio temperatūra, drėgmė, aplinkos temperatūra, drėgmė, spinduliuotė, slėgis ir kompiuterio realaus laiko duomenų rodymas.

1 žingsnis: reikalingas komponentas:

1. ESP32 (pagrindinė apdorojimo plokštė, galite naudoti ir kitas plokštes).

2. DHT11 arba DHT-22. (DH22 užtikrina geresnį tikslumą)

3. DS18b20 (vandeniui atspari metalinė versija).

4. Dirvožemio drėgmės jutiklis.

5. Vandens siurblys. (12 voltų).

6. Plastiko lakštas.

7,12 voltų nuolatinės srovės ventiliatorius.

8. Dujų jutikliai.

9. ULN2003.

10. Servo variklis.

11. Stiklo lakštas.

12. Elektrostatinis lapas.

13. 12 voltų relė.

14. BMP 180.

15. 7805 Įtampos reguliatorius.

16.100uF, 10uF kondensatorius.

17. Automobilio stogo žibintas (LED arba CFL). (Spalva apibrėžta toliau).

18. SMPS maitinimo šaltinis (12 voltų - 1 A, jei varote siurblį iš atskiro maitinimo šaltinio, kitaip iki 2 amperų maitinimo šaltinio)

2 veiksmas: programinės įrangos reikalavimas:

1. „Arduino IDE“.

2. LABView

3. ESP32 diegimas „Arduino IDE“.

4. ESP32 bibliotekos. (Daugelis bibliotekų skiriasi nuo „Arduino“bibliotekų).

3 žingsnis: padarykite konteinerį ir laistymo sistemą:

Padarykite bet kokio dydžio plastikinį indą pagal poreikį ar turimą vietą. Konteineriui naudojama medžiaga yra plastikas, todėl negali jos išmesti vandeniu (ji taip pat gali būti pagaminta iš metalų, tačiau padidina išlaidas ir svorį, nes yra raketos svorio apribojimas)

Problema: erdvėje nėra gravitacijos. Vandens lašeliai erdvėje lieka laisvi (kaip parodyta N. A. S. A. paveiksle) ir niekada nepasiekia dirvožemio dugno, todėl laistyti įprastais būdais erdvėje negalima.

Taip pat mažos dalelės sudaro ore plūduriuojančią dirvą.

Sprendimas: Aš įdedu mažus vandens vamzdžius į dirvą (jame yra mažos skylės) centre, o vamzdžiai yra pritvirtinti prie siurblio. Kai siurblys įjungiamas, vanduo išeina iš mažų vamzdžio skylių iki dirvos dugno, kad jis lengvai pasiektų augalo šaknis.

Mažas ventiliatorius yra pritvirtintas ant kameros (oras teka aukštyn žemyn), todėl jis spaudžia mažas daleles ir neleidžia plaukioti už kameros ribų.

Dabar supilkite dirvą į konteinerį.

4 žingsnis: dirvožemio jutikliai:

Aš įdedu du jutiklius į dirvą. Pirmasis yra temperatūros jutiklis (atsparus vandeniui DS18b20). Kuris nustato dirvožemio temperatūrą.

Kodėl turime žinoti dirvožemio temperatūrą ir drėgmę?

Šiluma yra daugelio biologinių procesų katalizatorius. Kai dirvožemio temperatūra yra žema (o biologiniai procesai lėti), tam tikros maistinės medžiagos augalams tampa neprieinamos arba mažiau prieinamos. Tai ypač pasakytina apie fosforą, kuris iš esmės yra atsakingas už augalų šaknų ir vaisių vystymąsi. Taigi, be šilumos reiškia, kad mažiau maistinių medžiagų blogai auga. Aukšta temperatūra taip pat kenkia augalams.

Antrasis yra drėgmės jutiklis. Kuris nustato dirvožemio drėgmę, jei drėgmė dirvožemyje sumažėja nuo iš anksto nustatytos ribos, variklis įsijungia, kai drėgmė pasiekia viršutinę ribą, variklis automatiškai išsijungia. Viršutinė ir apatinė ribos priklauso nuo augalų ir skiriasi. Dėl to susidaro uždaro ciklo sistema. Vanduo gaminamas automatiškai, netrukdant žmogaus.

Pastaba. Vandens poreikis skirtingiems augalams yra skirtingas. Taigi reikia koreguoti minimalų ir maksimalų vandens lygį. Tai galima padaryti naudojant potenciometrą, jei naudojate skaitmeninę sąsają, kitaip ją galima pakeisti programuojant.

5 žingsnis: Stiklo sienų gamyba

Galinėje konteinerio pusėje yra sienos su elektrostatine plėvele. Kadangi nėra magnetinio lauko, kuris apsaugotų mus nuo saulės vėjų. Aš naudoju paprastą stiklo lakštą, bet padengiu jį elektrostatiniu lakštu. Elektrostatinis lakštas apsaugo nuo saulės vėjo įkrovimo dalelių. Taip pat naudinga sumažinti radiacijos poveikį erdvėje. taip pat neleidžia plisti dirvožemiui ir vandens dalelėms į orą.

Kodėl mums reikalinga elektrostatinė apsauga?

Žemės išlydytos geležies šerdis sukuria elektros sroves, kurios aplink Žemę sukuria magnetinio lauko linijas, panašias į tas, kurios yra susijusios su paprastu juostiniu magnetu. Šis magnetinis laukas tęsiasi kelis tūkstančius kilometrų nuo Žemės paviršiaus. Žemės magnetinis laukas atstumia įkrautas daleles saulės vėjo pavidalu ir neleidžia patekti į žemės atmosferą. Tačiau tokios apsaugos nėra už žemės ribų ir kitose planetose. Taigi mums reikia kitų dirbtinių metodų, kad apsaugotume mus ir augalus nuo šių įkrovos dalelių. Elektrostatinė plėvelė iš esmės yra laidi plėvelė, todėl ji neleidžia patekti į krūvio daleles.

6 žingsnis: Užrakto kūrimas:

Kiekvienas augalas turi savo saulės šviesos poreikį. Ilgas buvimas saulėje ir didelė radiacija taip pat kenkia augalams. Užrakto sparnai pritvirtinami prie veidrodžio pusės, tada prijungiami prie servo variklių. Atidarymo sparno kampas ir įleidžiama šviesa, kurią palaiko pagrindinė apdorojimo grandinė

Šviesos aptikimo komponentas LDR (nuo šviesos priklausomas rezistorius) yra prijungtas prie pagrindinės apdorojimo grandinės Kaip veikia ši sistema:

1. Esant per didelei spinduliuotei ir šviesai (kurią nustato LDR), ji uždaro sparnus ir pašalina šviesą. 2. Kiekvienas augalas turi savo saulės šviesos poreikį. Pagrindinėje apdorojimo grandinėje atkreipkite dėmesį į laiką, leidžiantį saulės spinduliams uždaryti šį konkretų laiką. Tai neleidžia papildomam apšvietimui patekti į kamerą.

7 žingsnis: aplinkos jutimas ir valdymas:

Skirtingiems augalams reikia skirtingų aplinkos sąlygų, tokių kaip temperatūra ir drėgmė.

Temperatūra: aplinkos temperatūrai nustatyti naudojamas DHT-11 jutiklis (DHT 22 gali būti naudojamas dideliam tikslumui pasiekti). Kai temperatūra pakyla arba sumažėja nuo nustatytos ribos, ji įspėja ir įjungia išorinį ventiliatorių.

Kodėl mums reikia palaikyti temperatūrą?

Oro temperatūra kosmose yra 2,73 Kelvino (-270,42 Celsijaus, -454,75 Fahrenheito) tamsioje pusėje (ten, kur saulė nešviečia). Į saulę nukreipta pusė, temperatūra gali pasiekti apie 121 C (250 laipsnių F) karštą temperatūrą.

Išlaikyti drėgmę:

Drėgmė yra vandens garų kiekis ore, palyginti su didžiausiu vandens garų kiekiu, kurį oras gali išlaikyti tam tikroje temperatūroje.

Kodėl mums reikia išlaikyti drėgmę?

Drėgmės lygis turi įtakos tam, kada ir kaip augalai atveria stomatą apatinėje lapų pusėje. Augalai naudoja stomatą judėti arba „kvėpuoti“. Kai oras yra šiltas, augalas gali uždaryti savo stomatą, kad sumažintų vandens nuostolius. Stomata taip pat veikia kaip aušinimo mechanizmas. Kai augalui aplinkos sąlygos yra per šiltos ir jis per ilgai uždaro savo stomatą, stengdamasis išsaugoti vandenį, jis negali perkelti anglies dioksido ir deguonies molekulių, lėtai priversdamas augalą uždusti nuo vandens garų ir jo patekusių dujų.

Dėl garavimo (iš augalų ir dirvožemio) drėgmė sparčiai didėja. Tai kenkia ne tik augalams, bet ir jutikliui bei stikliniam veidrodžiui. Tai galima apleisti dviem būdais.

1. Plastikinis popierius ant paviršiaus lengvai apsaugo nuo drėgmės. Plastmasinis popierius paskleidžiamas ant viršutinio dirvožemio paviršiaus, kuriame yra anga substratui ir sėklai (augalas auga jame). Tai taip pat naudinga laistymo metu.

Šio metodo problema yra ta, kad augalams su didesnėmis šaknimis reikia oro į dirvą ir šaknis. plastikinis maišelis sustabdo orą, kad visiškai pasiektų šaknis.

2. Maži ventiliatoriai pritvirtinti prie viršutinio kameros stogo. Drėgmę kameroje nustato higrometras, kuris yra įmontuotas (DHT-11 ir DHT-22). Kai drėgmė padidėja nuo ribinių ventiliatorių, jie įjungiami automatiškai, esant žemesnei ribai, ventiliatoriai sustabdomi.

8 žingsnis: pašalinkite gravitaciją:

Dėl gravitacijos stiebai auga aukštyn arba toli nuo Žemės centro ir link šviesos. Šaknys auga žemyn arba Žemės centro link, toli nuo šviesos. Be gravitacijos augalas nepaveldėjo gebėjimo orientuotis.

Yra du gravitacijos pašalinimo būdai

1. Dirbtinė gravitacija:

Dirbtinė gravitacija yra inercinės jėgos sukūrimas, imituojantis gravitacinės jėgos poveikį, paprastai sukimosi būdu sukuriant išcentrines jėgas. Šis procesas taip pat vadinamas pseudogravitacija.

Šis metodas yra per brangus ir labai sunkus. nesėkmės tikimybė per didelė. Be to, šis metodas negali būti tinkamai išbandytas žemėje.

2. Naudojant substratą: tai per lengvas metodas ir efektyvus audinys. Sėklos laikomos mažame maišelyje, vadinamame substrato sėkla, laikomos po substratu, kuris suteikia teisingą šaknų ir lapų kryptį, kaip parodyta paveikslėlyje. Tai padeda auginti šaknis žemyn, o lapus - aukštyn.

Tai audinys su skylėmis. Kadangi sėklos yra viduje, jis leidžia patekti vandeniui, taip pat leidžia šaknims išeiti ir prasiskverbti į dirvą. Sėklos laikomos 3–4 colių gylyje po dirvožemiu.

Kaip įdėti sėklą po žeme ir išlaikyti savo padėtį ??

Aš supjaustau plastikinį lakštą, kurio ilgis yra nuo 4 iki 5, ir suformuoju griovelį priešais jį. Padėkite šį įrankį ant šio audinio pusės (griovelio pusėje). Įdėkite sėklas į griovelį ir apvyniokite audinį. Dabar įdėkite šį įrankį į dirvą. Ištraukite įrankį iš dirvos, kad sėkla ir substratas patektų į dirvą.

9 žingsnis: Dirbtinė saulės šviesa:

Kosminėje saulės šviesoje visą laiką neįmanoma, todėl gali prireikti dirbtinės saulės šviesos. Tai daro CFL ir naujai ateinantys LED žibintai. Aš naudoju CFL šviesą, kuri yra mėlyna ir raudona, ne per šviesi. Šie žibintai sumontuoti ant viršutinio kameros stogo. Tai suteikia visą šviesos spektrą (CFL yra naudojami, kai reikia šviesos esant aukštai temperatūrai, o šviesos diodai yra naudojami, kai augalams nereikia šildymo ar žemo šildymo. Tai galima valdyti rankiniu būdu, nuotoliniu būdu automatiškai (valdoma pagrindine apdorojimo grandine).

Kodėl aš naudoju mėlynos ir raudonos spalvos derinį?

Mėlyna šviesa dera su chlorofilų absorbcijos smailėmis, kurios fotosintezuoja cukrų ir anglį. Šie elementai yra būtini augalų augimui, nes tai yra augalų ląstelių statybiniai blokai. Tačiau mėlyna šviesa yra mažiau veiksminga nei raudona šviesa, skatinanti fotosintezę. Taip yra todėl, kad mėlyną šviesą gali absorbuoti mažesnio efektyvumo pigmentai, tokie kaip karotinoidai, ir neaktyvūs pigmentai, tokie kaip antocianinai. Dėl to sumažėja mėlynos šviesos energija, kuri patenka į chlorofilo pigmentus. Keista, kai kai kurios rūšys auginamos tik mėlyna šviesa, augalų biomasė (svoris) ir fotosintezės greitis yra panašūs į augalą, užaugintą tik raudona šviesa.

10 žingsnis: vizualinis stebėjimas:

Aš naudoju „LABview“vizualiam duomenų stebėjimui ir valdymui taip pat todėl, kad „LABview“yra labai lanksti programinė įranga. Tai greitas duomenų surinkimas ir paprastas valdymas. Jis gali būti prijungtas prie laido arba be laidų prie pagrindinės apdorojimo grandinės. Duomenys, gaunami iš pagrindinės apdorojimo grandinės (ESP-32), yra suformatuoti rodomi „LABview“.

Žingsniai, kurių reikia laikytis:

1. Įdiekite „LABview“ir atsisiųskite. (nereikia diegti „Arduino“priedų)

2. Paleiskite žemiau pateiktą vi kodą.

3. Prijunkite USB prievadą prie kompiuterio.

4. Įkelkite „Arduino“kodą.

5. COM prievadas rodomas jūsų laboratorijoje (jei „Linux“ir MAC „dev/tty“langai) ir indikatorius rodo, kad jūsų prievadas prijungtas.

6. Baigti !! Ekrane rodomi įvairių jutiklių duomenys.

11 žingsnis: Paruoškite aparatūrą (grandinę):

Grandinės schema parodyta paveikslėlyje. taip pat galite atsisiųsti žemiau pateiktą PDF.

Jį sudaro šios dalys:

Pagrindinė apdorojimo grandinė:

Galima naudoti bet kurią plokštę, suderinamą su arduino, pvz., Arduino uno, nano, mega, nodeMCU ir STM-32. bet ESP-32 naudojamas dėl šios priežasties:

1. Jis turi įmontuotą temperatūros jutiklį, todėl esant aukštai temperatūrai, procesorius gali būti įjungtas į gilaus miego režimą.

2. Pagrindinis procesorius yra ekranuotas metalu, todėl radiacijos poveikis yra mažesnis.

3. Vidinis salės efekto jutiklis naudojamas magnetiniam laukui aplink grandinę aptikti.

Jutiklio sekcija:

Visi jutikliai veikia 3,3 voltų maitinimo šaltiniu. Įtampos reguliatorius ESP-32 viduje užtikrina mažą srovę, todėl gali būti perkaitęs. Siekiant to išvengti, naudojamas įtampos reguliatorius LD33.

Mazgas: Aš naudoju 3,3 voltų maitinimą, nes naudojamas ESP-32 (taip pat tas pats mazgui MCU ir STM-32). Jei naudojate arduino, taip pat galite naudoti 5 voltus

Pagrindinis maitinimo šaltinis:

Naudojamas 12 voltų 5 amperų SMPS. Taip pat galite naudoti reguliuojamą maitinimo šaltinį su transformatoriumi, tačiau jis yra linijinis, todėl jis skirtas konkrečiai įėjimo įtampai, todėl išėjimas bus pakeistas, kai 220 voltų perjungsime į 110 voltų. (110 voltų maitinimas yra prieinamas ISS)

12 žingsnis: Paruoškite programinę įrangą:

Žingsniai, kurių reikia laikytis:

1. „Arduino“diegimas: jei neturite „arduino“, galite atsisiųsti iš nuorodos

www.arduino.cc/en/main/software

2. Jei turite „NodeMCU“, atlikite šiuos veiksmus, kad pridėtumėte jį prie „arduino“:

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

3. Jei naudojate ESP-32, atlikite šiuos veiksmus, kad pridėtumėte jį prie arduino:

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

4. Jei naudojate ESP-32 (paprasta DHT11 biblioteka negali tinkamai veikti su ESP-32), galite atsisiųsti iš čia:

github.com/beegee-tokyo/DHTesp

13 žingsnis: Paruoškite „LABview“:

1. Atsisiųskite „LABview“iš šios nuorodos

www.ni.com/en-in/shop/labview.html?

2. Atsisiųskite vi failą.

3. Prijunkite USB prievadą. Indikatoriaus rodymo prievadas prijungtas arba ne.

padaryta!!!!