Pametna komora za rast biljaka: 13 koraka

2024 Autor: John Day | [email protected]. Zadnja izmjena: 2024-01-30 08:05

Došao sam na novu ideju koja je pametna komora za rast biljaka. Rast biljaka u svemiru izazvao je veliki naučni interes. U kontekstu ljudskih svemirskih letova, oni se mogu konzumirati kao hrana i/ili pružiti osvježavajuću atmosferu. Trenutno N. A. S. A. koristiti biljne jastuke za uzgoj hrane na Međunarodnoj svemirskoj stanici.

Pa sam došao na ideju da zakoračim dalje.

Problemi pri uzgoju hrane u svemiru:

Gravitacija:

Glavna je prepreka uzgoju hrane u svemiru, utječe na rast biljaka na nekoliko načina: 1 ne možete zalijevati biljke pravilno jer nema gravitacije pa se voda ne može osigurati prskalicama vode i drugim konvencionalnim metodama koje se koriste na zemlji.

2 Voda ne može doprijeti do korijena biljke jer nema gravitacije.

3 Na rast korijena utječe i gravitacija. (korijenje biljke ide prema dolje, a biljka raste prema gore) Dakle, korijenje biljaka nikada ne raste u pravom smjeru.

Zračenje:

1. U svemiru ima mnogo zračenja pa je štetno za biljke.

2. Zračenje od solarnog vjetra također utječe na biljke.

3. Mnogo ultraljubičastih zraka također je štetno za biljke.

Temperatura:

1. Postoji mnogo temperaturnih varijacija u prostoru (temperatura može ići do sto stepeni i do minus sto stepeni).

2. povećanje temperature isparavanjem vode pa biljke ne mogu preživjeti u svemiru.

Monitoring:

1. Monitoring biljaka je vrlo težak u svemiru jer osoba kontinuirano prati mnoge faktore, poput temperature, vode i zračenja.

2. Različite biljke zahtijevaju različite potrebe za resursima. Ako postoje različite biljke, praćenje postaje teže.

Pa sam došao na ideju da pokušavam ukloniti sve ove prepreke. To je komora za uzgoj hrane u svemiru po vrlo niskim cijenama. Sadrži sve ugrađene resurse i tehnologiju koja prevladava mnoge poteškoće. Pa hajde da se zagledamo !!!

Šta ova komora može:

1. Uklonite učinak gravitacije.

2. Pružanje odgovarajuće vode korijenju biljaka. (Kontrolirano - Ručno, automatski)

3. Pružanje umjetne rasvjete biljkama za fotosintezu.

4. Smanjite efekat zračenja.

5. Senzorsko okruženje, poput temperature tla, vlage, temperature okoline, vlažnosti, zračenja, pritiska i prikaz podataka na računaru u realnom vremenu.

Korak 1: Potrebna komponenta:

1. ESP32 (Glavna ploča za obradu možete koristiti i druge ploče).

2. DHT11 ili DHT-22. (DH22 pruža bolju preciznost)

3. DS18b20 (vodootporna metalna verzija).

4. Senzor vlažnosti tla.

5. Pumpa za vodu. (12V Volt).

6. List od plastike.

7.12 volt DC ventilator.

8. Senzori za gas.

9. ULN2003.

10. Servo motor.

11. Stakleni lim.

12. Elektrostatički lim.

13. Relej od 12 volti.

14. BMP 180.

15. 7805 Regulator napona.

16.100uF, 10uF kondenzator.

17. Svjetlo za krov automobila (LED ili CFL). (Boja je dalje definirana).

18. SMPS napajanje (12 volti - 1A ako pogonite pumpu iz odvojenog napajanja, inače do 2 ampera)

Korak 2: Softverski zahtjevi:

1. Arduino IDE.

2. LABView

3. ESP32 instalacija u Arduino IDE.

4. ESP32 biblioteke. (Mnoge biblioteke se razlikuju od Arduino biblioteka).

Korak 3: Napravite spremnik i sistem za zalijevanje:

Napravite plastičnu posudu bilo koje veličine prema zahtjevu ili slobodnom prostoru. Materijal koji se koristi za kontejner je plastika pa se ne može odložiti vodom (može se napraviti i od metala, ali povećava cijenu, a također i težinu jer postoji ograničenje težine rakete)

Problem: U svemiru nema gravitacije. Kapljice vode ostaju slobodne u prostoru (kako je prikazano na slici N. A. S. A.) I nikada ne dopiru do dna tla pa zalijevanje konvencionalnim metodama nije moguće u svemiru.

Takođe male čestice tvore tlo koje pluta u zraku.

Rješenje: Stavio sam male vodovodne cijevi u tlo (ima male rupe) u sredini, a cijevi su pričvršćene na pumpu. Kada se pumpa uključi, voda izlazi iz malih rupa na dnu zemlje tako da lako dopire do korijena biljke.

Mali ventilator je pričvršćen na vrh komore (vazduh struji nagore prema dole) tako da pruža pritisak malim česticama i izbegava da pluta izvan komore.

Sada stavite zemlju u kontejner.

Korak 4: Senzori tla:

ubacujem dva senzora u tlo. Prvi je temperaturni senzor (DS18b20 vodootporan). Koji detektuju temperaturu tla.

Zašto moramo znati temperaturu i vlažnost tla?

Toplina je katalizator mnogih bioloških procesa. Kada su temperature tla niske (a biološki procesi usporeni), određene hranjive tvari postaju nedostupne ili manje dostupne biljkama. Ovo je posebno istinito u slučaju fosfora, koji je u velikoj mjeri odgovoran za poticanje razvoja korijena i plodova u biljkama. Dakle, bez topline znači da manje hranjivih tvari dovodi do slabog rasta. Takođe, visoke temperature su štetne za biljke.

Drugi je senzor vlažnosti. Koji detektira vlažnost tla ako se vlaga u tlu smanji sa unaprijed definirane granice, motor se uključuje, kada vlaga dosegne gornju granicu motor se automatski isključuje. Gornja i donja granica ovise i razlikuju se od biljke do biljke. Ovo rezultira sistemom zatvorene petlje. Voda se automatski ispušta bez smetnji osobe.

Bilješka. Različite potrebe za vodom za različite biljke. Stoga je potrebno prilagoditi minimalni i maksimalni nivo vode. To se može učiniti pomoću potenciometra ako koristite digitalno sučelje, inače se može promijeniti u programiranju.

Korak 5: Izrada staklenih zidova

Na stražnjoj strani posude nalaze se zidovi sa elektrostatičkim filmom. Budući da ne postoji magnetsko polje koje nas štiti od solarnih vjetrova. Koristim jednostavan stakleni lim, ali ga prekrivam elektrostatičkim limom. Elektrostatički lim sprečava naelektrisanje čestica solarnog vetra. Također je korisno smanjiti učinak zračenja u svemiru. izbjegava se i plutanje tla i čestica vode u zrak.

Zašto nam je potrebna elektrostatička zaštita?

Zemljino rastopljeno željezno jezgro stvara električne struje koje stvaraju linije magnetskog polja oko Zemlje slične onima povezanim s običnim magnetom. Ovo magnetsko polje proteže se nekoliko hiljada kilometara od površine Zemlje. Zemljino magnetsko polje odbija čestice naboja u obliku solarnog vjetra i izbjegava ulazak u zemljinu atmosferu. Ali takva zaštita ne postoji izvan zemlje i na drugim planetama. Zato nam je potrebna druga umjetna metoda kako bismo nas, ali i biljke, zaštitili od ovih čestica naboja. Elektrostatički film je u osnovi provodljiv film pa ne dopušta ulazak čestica naboja unutra.

Korak 6: Izgradnja kapka:

Svaka biljka ima svoju potrebu za sunčevom svjetlošću. Dugotrajno izlaganje suncu i jako zračenje takođe su štetni za biljke. Krila su postavljena van ogledala, a zatim spojena na servo motore. Kut otvaranja krila i omogućavanje ulaska svjetlosti koji se održava glavnim procesnim krugom

Komponenta za detekciju svjetla LDR (otpornik ovisan o svjetlu) spojena je na glavni procesni krug Način rada ovog sistema:

1. Pri prekomjernom zračenju i svjetlosti (koje detektira LDR) zatvara krila i eliminira svjetlost koja ulazi unutra. 2. Svaka biljka ima svoju potrebu za sunčevom svjetlošću. Glavni krug obrade bilježi vrijeme za dopuštanje sunčeve svjetlosti nakon ovog vremena kada se vjetrovi zatvore. Izbjegava se dodatna rasvjeta koja ulazi u komoru.

Korak 7: Osećaj i kontrola okoliša:

Različite biljke zahtijevaju različite uvjete okoline, poput temperature i vlažnosti.

Temperatura: Za mjerenje temperature okoline koristi se senzor DHT-11 (DHT 22 se može koristiti za postizanje visoke tačnosti). Kad se temperatura poveća ili smanji od propisane granice, upozorite i uključite vanjski ventilator.

Zašto moramo održavati temperaturu?

Temperatura u svemiru je 2,73 Kelvina (-270,42 Celzijusa, -454,75 Fahrenheita) na tamnoj strani (gdje sunce ne sja). Na strani okrenutoj suncu, temperatura može doseći vruće vruće temperature od oko 121 C (250 stepeni F).

Održavajte vlažnost:

Vlažnost je količina vodene pare u zraku u odnosu na maksimalnu količinu vodene pare koju zrak može zadržati na određenoj temperaturi.

Zašto moramo održavati vlažnost?

Razine vlažnosti utječu na to kada i kako biljke otvaraju stomake na donjoj strani lišća. Biljke koriste stomate za disanje ili "disanje". Kad je vrijeme toplo, biljka može zatvoriti stomake kako bi smanjila gubitke vode. Stomati također djeluju kao mehanizam za hlađenje. Kada su okolišni uvjeti previše topli za biljku i ona predugo zatvara stomake u nastojanju da sačuva vodu, nema načina da pomakne molekule ugljičnog dioksida i kisika, polako uzrokujući da se biljka uguši na vodenoj pari i vlastitim isparljivim plinovima.

Zbog isparavanja (iz biljke i tla) vlažnost se brzo povećava. Nije štetan samo za biljke, već je štetan i za senzor i stakleno ogledalo. Može se zanemariti na dva načina.

1. Plastični papir na površini lako sprječava vlagu. Plastični papir se rasprostire na gornjoj površini tla sa otvorom za supstrat i sjeme (biljke rastu u njemu). Takođe je korisno tokom zalijevanja.

Problem ove metode je što je biljkama s većim korijenjem potreban zrak u tlo i korijenje. plastična vrećica zaustavlja zrak da potpuno dođe do korijena.

2. Mali ventilatori su pričvršćeni na gornji krov komore. Vlažnost u komori se mjeri pomoću ugrađenog higrometra (DHT-11 i DHT-22). Kada se poveća vlaga s graničnih ventilatora, automatski se uključuju, Na donjoj granici ventilatori se zaustavljaju.

Korak 8: Uklonite gravitaciju:

Zbog gravitacije stabljike rastu prema gore, ili dalje od središta Zemlje, i prema svjetlosti. Korijeni rastu prema dolje, ili prema središtu Zemlje, i dalje od svjetlosti. Bez gravitacije biljka nije naslijedila sposobnost orijentacije.

Postoje dvije metode za uklanjanje gravitacije

1. Umjetna gravitacija:

Umjetna gravitacija je stvaranje inercijske sile koja oponaša učinke gravitacijske sile, obično rotacionim rezultiranjem na stvaranje centrifugalnih sila. Ovaj proces se naziva i pseudo gravitacija.

Ova metoda je preskupa i vrlo teška. previše je šanse za neuspjeh. Također se ova metoda ne može pravilno testirati na zemlji.

2. Korištenje podloge: Ovo je previše laka metoda, a i učinkovita od tkanine. Sjemenke se čuvaju u maloj vrećici koja se zove Seme supstrata čuvaju se pod supstratom koji daje pravi smjer korijenju i lišću kao što je prikazano na slici. Pomaže pri rastu korijena prema dolje i biljnih listova prema gore.

To je tkanina sa rupama. Budući da se sjeme nalazi unutra, omogućava ulazak vode, a korijenu također omogućava izlazak i prodiranje u tlo. Sjeme se čuva pod zemljom dubine 3 do 4 inča.

Kako staviti sjeme pod tlo i zadržati položaj ??

Izrežem plastični lim duljine 4 do 5 i oblikujem utor ispred njega. Postavite ovaj alat na pola dužine ove tkanine (strana utora). Stavite sjeme u utor i omotajte krpu okolo. Sada umetnite ovaj alat u tlo. Izvadite alat iz tla kako bi sjeme i supstrat ušli u tlo.

Korak 9: Umjetna sunčeva svjetlost:

Na svemiru sve vrijeme nije moguće sunčevo svjetlo pa može biti potrebno umjetno sunčevo svjetlo. To rade CFL i novonastala LED svjetla. Koristim CFL svjetlo koje je plave i crvene boje koje nije previše svijetlo. Ova svjetla su postavljena na gornji krov komore. Ovo osigurava cijeli spektar svjetlosti (CFL -ovi se koriste kada postoji potreba za svjetlom sa visokom temperaturom, dok se LED -i koriste kada postrojenja ne zahtijevaju grijanje ili nisko grijanje. Ovo se može pokretati ručno, daljinski ili automatski (kontrolirano glavnim procesnim krugom).

Zašto koristim kombinaciju plave i crvene boje?

Plavo svjetlo se uklapa u vrh apsorpcije hlorofila, koji vrše fotosintezu za proizvodnju šećera i ugljika. Ovi elementi su neophodni za rast biljaka, jer su oni gradivni blokovi za biljne ćelije. Međutim, plavo svjetlo je manje učinkovito od crvenog za poticanje fotosinteze. To je zato što plavo svjetlo mogu apsorbirati pigmenti slabije efikasnosti poput karotenoida i neaktivni pigmenti poput antocijanina. Kao rezultat toga, dolazi do smanjenja energije plave svjetlosti koja dolazi do pigmenata klorofila. Iznenađujuće, kada se neke vrste uzgajaju samo s plavim svjetlom, biljna biomasa (težina) i brzina fotosinteze slični su biljkama koje se uzgajaju samo sa crvenim svjetlom.

Korak 10: Vizuelni nadzor:

LABview koristim za vizualno praćenje podataka i kontrolu i zato što je LABview vrlo fleksibilan softver. Brzim prikupljanjem podataka i lakim za rukovanje. Može se ožičiti ili bez žice povezati s glavnim procesorskim krugom. Podaci koji dolaze iz glavnog procesnog kruga (ESP-32) formatirani su u prikazu na LABview-u.

Koraci koje treba slijediti:

1. Instalirajte LABview i preuzmite. (nema potrebe za instaliranjem Arduino dodataka)

2. Pokrenite vi kod dolje naveden.

3. Priključite USB port u računar.

4. Otpremite Arduino kod.

5. COM port prikazan u vašem laboratorijskom prikazu (ako su prozori za linux i MAC "dev/tty") i indikator pokazuje da je vaš port povezan ili nije.

6. Završi !! Podaci sa različitih senzora prikazani na ekranu.

Korak 11: Pripremite hardver (krug):

Shema kola prikazana je na slici. takođe možete preuzeti PDF ispod.

Sastoji se od sledećih delova:

Glavni procesni krug:

Može se koristiti bilo koja ploča kompatibilna s arduinom, poput arduino uno, nano, mega, nodeMCU i STM-32. ali ESP-32 koristite iz sljedećeg razloga:

1. Ima ugrađen temperaturni senzor, pa je pri visokim temperaturama moguće prebacivanje procesora u stanje dubokog mirovanja.

2. Glavni procesor je zaštićen metalom tako da je efekat zračenja manji.

3. Unutarnji senzor Hall efekta koristi se za otkrivanje magnetskog polja oko strujnog kruga.

Odeljak senzora:

Svi senzori rade na napajanju od 3,3 V. Regulator napona unutar ESP-32 daje nisku struju pa se može pregrijati. Da bi se to izbjeglo, koristi se regulator napona LD33.

Čvor: Primijenio sam napajanje od 3,3 V jer sam u upotrebi ESP-32 (isto za nodeMCU i STM-32). Ako koristite arduino, možete koristiti i 5 volti

Glavno napajanje:

Koristi se SMPS od 12 volti sa 5 amp. možete koristiti i regulirano napajanje s transformatorom, ali to je linearno napajanje pa je dizajnirano za određeni ulazni napon pa će se izlaz mijenjati pri prelasku 220 volti na 110 volti. (Napajanje od 110 V dostupno je u ISS -u)

Korak 12: Pripremite softver:

Koraci koje treba slijediti:

1. Instaliranje Arduina: Ako nemate arduino, možete ga preuzeti s veze

www.arduino.cc/en/main/software

2. Ako imate NodeMCU Slijedite ove korake da biste ga dodali u arduino:

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

3. Ako koristite ESP-32 Slijedite ove korake da biste ga dodali u arduino:

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

4. Ako koristite ESP-32 (jednostavna biblioteka DHT11 ne može ispravno raditi s ESP-32), možete preuzeti ovdje:

github.com/beegee-tokyo/DHTesp

Korak 13: Pripremite LABview:

1. Preuzmite LABview sa ove veze

www.ni.com/en/shop/labview.html?cid=Paid_Search-129008

2. Preuzmite vi datoteku.

3. Priključite USB port. Port za prikaz indikatora je povezan ili nije.

gotovo !!!!