Inteligentní komora pro růst rostlin: 13 kroků

2024 Autor: John Day | [email protected]. Naposledy změněno: 2024-01-30 08:21

Přicházím s novým nápadem, kterým je inteligentní komora pro růst rostlin. Růst rostlin ve vesmíru vyvolal velký vědecký zájem. V kontextu lidských vesmírných letů je lze konzumovat jako potravu a/nebo zajistit osvěžující atmosféru. V současné době N. A. S. A. používejte rostlinné polštáře k pěstování potravin na Mezinárodní vesmírné stanici.

A tak jsem přišel s nápadem jít dál.

Problémy s pěstováním potravin ve vesmíru:

Gravitace:

Je to hlavní překážka pěstování potravin ve vesmíru, což ovlivňuje růst rostlin několika způsoby: 1 nemůžete rostliny správně zalévat, protože v nich není gravitace, takže vodu nemohou poskytovat vodní postřikovače a jiné konvenční metody používané na Zemi.

2 Voda se nemůže dostat ke kořenům rostliny, protože neexistuje gravitace.

3 Růst kořenů ovlivňuje také gravitace. (kořeny rostlin klesají dolů a rostliny rostou nahoru) Takže kořeny rostlin nikdy nerostou správným směrem.

Záření:

1. Ve vesmíru je mnoho záření, takže je škodlivé pro rostliny.

2. Radiace ze slunečního větru také působí na rostliny.

3. Spousta ultrafialových paprsků také škodlivých pro rostliny.

Teplota:

1. V prostoru je mnoho teplotních výkyvů (teplota může stoupnout až na sto stupňů a až na minus sto stupňů).

2. zvýšení teploty odpařování vody, aby rostliny nemohly přežít ve vesmíru.

Monitorování:

1. Monitorování rostlin je ve vesmíru velmi obtížné, protože člověk nepřetržitě monitoruje mnoho faktorů, jako je teplota, voda a záření.

2. Různé závody vyžadují různé potřeby zdrojů. Pokud existují různé závody, monitorování se stává obtížnějším.

Takže jsem přišel s myšlenkou, že se snažím odstranit všechny tyto překážky. Je to komora pro pěstování potravin ve vesmíru za velmi nízké náklady. Obsahuje všechny zdroje a technologie, ve kterých je překonáno mnoho obtíží. Pojďme tedy zírat !!!

Co je tato komora schopná:

1. Odstraňte vliv gravitace.

2. Zajištění správné vody kořenům rostlin. (Ovladatelné - ručně, automaticky)

3. Zajištění umělého osvětlení rostlinám pro fotosyntézu.

4. Minimalizujte účinek záření.

5. Snímací prostředí, jako je teplota půdy, vlhkost, teplota prostředí, vlhkost, záření, tlak a zobrazení dat v reálném čase na počítači.

Krok 1: Požadovaná součást:

1. ESP32 (hlavní procesorová deska, můžete použít i jiné desky).

2. DHT11 nebo DHT-22. (DH22 poskytuje lepší přesnost)

3. DS18b20 (vodotěsná kovová verze).

4. Čidlo vlhkosti půdy.

5. Vodní čerpadlo. (12Volt).

6. Plastový list.

7,12 V stejnosměrný ventilátor.

8. Plynové senzory.

9. ULN2003.

10. Servomotor.

11. Skleněná tabule.

12. Elektrostatický list.

13. Relé 12 voltů.

14. BMP 180.

15. 7805 Regulátor napětí.

16,100uF, 10uF kondenzátor.

17. Střešní světlo automobilu (LED nebo CFL). (Barva definována dále).

18. Napájení SMPS (12volt - 1A, pokud poháníte čerpadlo ze samostatného zdroje, jinak až 2 ampéry)

Krok 2: Softwarový požadavek:

1. Arduino IDE.

2. LABView

3. Instalace ESP32 v Arduino IDE.

4. Knihovny ESP32. (Mnoho knihoven se liší od knihoven Arduino).

Krok 3: Vyrobte si kontejner a zavlažovací systém:

Vytvořte plastovou nádobu jakékoli velikosti podle požadavku nebo dostupného prostoru. Materiál použitý pro kontejner je plast, takže se nemůže zbavit vody (Může být také vyroben z kovů, ale zvyšuje náklady a také hmotnost, protože existuje hmotnostní limit rakety)

Problém: Ve vesmíru není gravitace. Kapky vody zůstávají volně v prostoru (jak ukazuje obrázek N. A. S. A.) A nikdy se nedostanou na dno půdy, takže zalévání konvenčními metodami ve vesmíru není možné.

Také malé částice tvoří půdu vznášející se ve vzduchu.

Řešení: Umístil jsem malé vodní dýmky do půdy (má malé otvory) uprostřed a potrubí je připojeno k čerpadlu. Když se čerpadlo zapne, voda vychází z malých děr potrubí na dno půdy, aby se snadno dostala ke kořenům rostliny.

Malý ventilátor je připevněn na horní části komory (vzduch proudí nahoru a dolů), takže vytváří tlak na malé částice a vyhýbá se plavení mimo komoru.

Nyní vložte půdu do nádoby.

Krok 4: Půdní senzory:

Vložím dva senzory do půdy. Prvním je teplotní senzor (DS18b20 Waterproof). Které zjišťují teplotu půdy.

Proč potřebujeme znát teplotu a vlhkost půdy?

Teplo je katalyzátorem mnoha biologických procesů. Když jsou teploty půdy nízké (a biologické procesy se zpomalují), některé živiny jsou pro rostliny nedostupné nebo méně dostupné. To platí zejména v případě fosforu, který je do značné míry zodpovědný za podporu vývoje kořenů a ovoce v rostlinách. Žádné teplo tedy znamená méně živin, což vede ke špatnému růstu. Také vysoké teploty jsou škodlivé pro rostliny.

Druhým je snímač vlhkosti. Detekuje vlhkost půdy, pokud se vlhkost v půdě sníží z předem definovaného limitu, motor se zapne, když vlhkost dosáhne své horní hranice, motor se automaticky vypne. Horní a dolní mez závisí na rostlině a rostlině. Výsledkem je uzavřený smyčkový systém. Voda se provádí automaticky bez rušení osob.

Poznámka. Potřeba vody pro různé pro různé rostliny. Je tedy nutné upravit minimální a maximální hladinu vody. Pokud používáte digitální rozhraní, lze to provést z potenciometru, jinak to lze změnit v programování.

Krok 5: Výroba skleněných stěn

Na zadní straně kontejneru jsou stěny s elektrostatickým filmem. Protože neexistuje žádné magnetické pole, které nás chrání před slunečním větrem. Používám jednoduchou skleněnou tabuli, ale zakrývám ji elektrostatickým plechem. Elektrostatický plech zabraňuje částicím náboje slunečního větru. Je také užitečné minimalizovat radiační efekt ve vesmíru. vyhýbá se také vznášení částic půdy a vody do vzduchu.

Proč potřebujeme elektrostatickou ochranu?

Zemské jádro roztaveného železa vytváří elektrické proudy, které kolem Země vytvářejí magnetické siločáry podobné těm, které jsou spojeny s obyčejným tyčovým magnetem. Toto magnetické pole se rozprostírá několik tisíc kilometrů od povrchu Země. Magnetické pole Země odpuzuje částici náboje ve formě slunečního větru a vyhýbá se vstupu do zemské atmosféry. Mimo Zemi a na jiných planetách však taková ochrana není k dispozici. Potřebujeme tedy jinou umělou metodu, která by nás i rostliny chránila před těmito částicemi náboje. Elektrostatický film je v podstatě vodivý film, takže nedovoluje vstoupit do částice náboje uvnitř.

Krok 6: Budování závěrky:

Každá rostlina potřebuje sluneční světlo. Vystavení slunci na dlouhou dobu a vysokému záření také škodlivé pro rostliny. Křídla závěrky jsou připevněna ze strany zrcadla a poté připojena k servomotorům. Úhel otevíracího křídla a umožnění vstupu světla, který je udržován hlavním obvodem zpracování

Součást pro detekci světla LDR (rezistor závislý na světle) je připojen k hlavnímu obvodu zpracování Jak tento systém funguje:

1. Při nadměrném záření a světle (které je detekováno LDR) zavírá křídla a eliminuje světlo, které se dostane dovnitř. 2. Každá rostlina má svou vlastní potřebu slunečního světla. Hlavní procesní obvod zaznamenává čas, aby po tomto konkrétním čase byly větry uzavřeny. Vyhýbá se dodatečnému osvětlení v komoře.

Krok 7: Snímání a ovládání prostředí:

Různé rostliny vyžadují různé podmínky prostředí, jako je teplota a vlhkost.

Teplota: Pro snímání teploty prostředí se používá snímač DHT-11 (k dosažení vysoké přesnosti lze použít DHT 22). Když se teplota zvýší nebo sníží z předepsaného limitu, varuje a zapne vnější ventilátor.

Proč musíme udržovat teplotu?

Teplota ve vesmíru je 2,73 Kelvina (-270,42 Celsia, -454,75 Fahrenheita) na temné straně (kde nesvítí slunce). Na straně obrácené ke slunci může teplota dosáhnout opařujících horkých teplot kolem 121 C (250 stupňů F).

Udržujte vlhkost:

Vlhkost je množství vodní páry ve vzduchu v poměru k maximálnímu množství vodní páry, které vzduch při určité teplotě pojme.

Proč potřebujeme udržovat vlhkost?

Vlhkost ovlivňuje, kdy a jak rostliny otevírají průduchy na spodní straně listů. Rostliny používají průduchy k transpiraci neboli „dýchání“. Když je teplé počasí, rostlina může zavřít průduchy, aby snížila ztráty vody. Stomata také fungují jako chladicí mechanismus. Když jsou okolní podmínky pro rostlinu příliš teplé a zavírá své průduchy příliš dlouho ve snaze šetřit vodou, nemá možnost pohybovat molekulami oxidu uhličitého a kyslíku, což pomalu způsobuje, že se rostlina dusí vodní párou a vlastními transpirovanými plyny.

V důsledku odpařování (z rostlin a půdy) se vlhkost rychle zvyšuje. Není škodlivý pouze pro rostliny, ale také škodlivý pro senzor a skleněné zrcadlo. Lze to opomenout dvěma způsoby.

1. Plastový papír na povrchu zabraňuje vlhkosti snadno. Plastový papír se rozprostře na horní povrch půdy s otvorem pro substrát a osivo (rostou v něm rostliny). Pomůže také při zavlažování.

Problém této metody je, že rostliny s většími kořeny potřebují vzduch do půdy a kořenů. plastový sáček zastaví vzduch, aby úplně dosáhl svých kořenů.

2. Na horní střeše komory jsou připevněny malé ventilátory. Vlhkost v komoře je snímána vestavěným vlhkoměrem (DHT-11 a DHT-22). Když se zvýší vlhkost z limitních ventilátorů, automaticky se zapnou, na dolním limitu se ventilátory zastaví.

Krok 8: Eliminace gravitace:

V důsledku gravitace stonky rostou vzhůru nebo pryč od středu Země a směrem ke světlu. Kořeny rostou směrem dolů nebo do středu Země a daleko od světla. Bez gravitace rostlina nezdědila schopnost orientovat se.

K odstranění gravitace existují dvě metody

1. Umělá gravitace:

Umělá gravitace je vytvoření setrvačné síly, která napodobuje účinky gravitační síly, obvykle výsledkem rotace při vytváření odstředivých sil. Tento proces se také nazývá pseudo-gravitace.

Tato metoda je příliš drahá a velmi obtížná. existuje příliš mnoho šancí na selhání. Také tuto metodu nelze na Zemi řádně otestovat.

2. Použití substrátu: Je to příliš snadná metoda a také účinná. Semena jsou držena v malém sáčku, který se nazývá Substrátová semena jsou držena pod substrátem, který poskytuje správný směr ke kořenům a listům, jak je znázorněno na obrázku. Pomáhá pěstovat kořeny dolů a sázet listy nahoru.

Je to látka s otvory. Protože semeno je uvnitř, umožňuje vstup vody a také umožňuje vycházení kořenů a pronikání do půdy. Osivo se udržuje pod hloubkou 3 až 4 palce pod půdou.

Jak dát semeno pod půdu a udržet si pozici ??

Odřízl jsem plastový list o délce 4 až 5 palců a před ním vytvořím drážku. Umístěte tento nástroj na poloviční délku této látky (strana s drážkou). Vložte semeno do drážky a obalte látku. Nyní vložte tento nástroj do půdy. Vyjměte nástroj z půdy, aby se semeno a substrát dostaly do půdy.

Krok 9: Umělé sluneční světlo:

Ve vesmíru sluneční světlo není vždy možné, takže může být nutné umělé sluneční světlo. To zajišťují CFL a nově přicházející LED světla. Používám světlo CFL, které není příliš jasné a má modrou a červenou barvu. Tato světla jsou namontována na horní střeše komory. To poskytuje celé spektrum světla (CFL se používají tam, kde je požadavek na světlo s vysokou teplotou, zatímco LED diody se používají, když zařízení nevyžadují žádné vytápění nebo nízké topení. To lze řídit ručně, vzdáleně automaticky (řízeno hlavním obvodem zpracování).

Proč používám kombinaci modré a červené barvy?

Modré světlo odpovídá absorpčnímu vrcholu chlorofylů, které fotosyntézou produkují cukry a uhlíky. Tyto prvky jsou nezbytné pro růst rostlin, protože to jsou stavební kameny rostlinných buněk. Pro řízení fotosyntézy je však modré světlo méně účinné než červené. Důvodem je, že modré světlo může být absorbováno pigmenty s nižší účinností, jako jsou karotenoidy, a neaktivními pigmenty, jako jsou antokyany. V důsledku toho dochází ke snížení energie modrého světla, která se dostává k pigmentům chlorofylu. Překvapivě, když jsou některé druhy pěstovány pouze s modrým světlem, rostlinná biomasa (hmotnost) a rychlost fotosyntézy jsou podobné rostlině pěstované pouze s červeným světlem.

Krok 10: Vizuální monitorování:

LABview používám pro vizuální monitorování dat a ovládání také proto, že LABview je velmi flexibilní software. Je to vysokorychlostní sběr dat a snadné ovládání. Může být připojen kabelem nebo bez kabelu k hlavnímu obvodu zpracování. Data pocházející z hlavního zpracovatelského obvodu (ESP-32) jsou formátována a zobrazena v LABview.

Kroky, které je třeba dodržovat:

1. Nainstalujte si LABview a stáhněte si jej. (není třeba instalovat doplňky Arduino)

2. Spusťte níže uvedený kód vi.

3. Připojte port USB k počítači.

4. Nahrajte kód Arduino.

5. COM port zobrazený ve vašem labview (pokud windows pro linux a MAC „dev/tty“) a indikátor ukazuje, že váš port je připojen nebo ne.

6. Dokončete !! Data z různých senzorů zobrazená na obrazovce.

Krok 11: Příprava hardwaru (obvod):

Schéma zapojení je znázorněno na obrázku. níže si také můžete stáhnout PDF.

Skládá se z následujících částí:

Hlavní obvod zpracování:

Lze použít jakoukoli desku, která je kompatibilní s arduino, například arduino uno, nano, mega, nodeMCU a STM-32. ale ESP-32 používá z následujícího důvodu:

1. Má vestavěné teplotní čidlo, takže při vysoké teplotě je možné uvést procesor do režimu hlubokého spánku.

2. Hlavní procesor je stíněný kovem, takže je zde menší radiační efekt.

3. Interní snímač Hallova jevu slouží k detekci magnetického pole kolem obvodů.

Sekce senzoru:

Všechny senzory jsou napájeny 3,3 voltů. Regulátor napětí uvnitř ESP-32 poskytuje nízký proud, takže může být přehřát. Aby se tomu zabránilo, je použit regulátor napětí LD33.

Uzel: Použil jsem 3,3 voltové napájení, protože používám ESP-32 (Stejné pro nodeMCU a STM-32). Pokud používáte arduino, můžete také použít 5 voltů

Hlavní napájecí zdroj:

Používá se 12 voltů 5 amp SMPS. můžete také použít regulovaný zdroj s transformátorem, ale je to lineární napájení, takže je navrženo pro konkrétní vstupní napětí, takže výstup se změní, když přepneme 220 voltů na 110 voltů. (Napájení 110 voltů je k dispozici v ISS)

Krok 12: Příprava softwaru:

Kroky, které je třeba dodržovat:

1. Instalace Arduina: Pokud nemáte arduino, můžete si jej stáhnout z odkazu

www.arduino.cc/en/main/software

2. Máte -li NodeMCU Chcete -li jej přidat k arduinu, postupujte takto:

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

3. Používáte-li ESP-32, přidejte jej pomocí arduina:

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

4. Pokud používáte ESP-32 (jednoduchá knihovna DHT11 nemůže správně fungovat s ESP-32), můžete si jej stáhnout zde:

github.com/beegee-tokyo/DHTesp

Krok 13: Příprava LABview:

1. Stáhněte si LABview z tohoto odkazu

www.ni/

2. Stáhněte soubor vi.

3. Připojte port USB. Indikátor zobrazení portu je připojen nebo není.

Hotovo!!!!