Pametna komora za rast biljaka: 13 koraka

2024 Autor: John Day | [email protected]. Zadnja promjena: 2024-01-30 09:34

Došao sam do nove ideje koja je pametna komora za rast biljaka. Rast biljaka u svemiru izazvao je veliki znanstveni 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 postaji.

Pa sam došao na ideju da zakoračim dalje.

Problemi uzgoja 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 raspršivačima vode i drugim konvencionalnim metodama koje se koriste na zemlji.

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

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

Radijacija:

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

2. Zračenje iz solarnog vjetra također utječe na biljke.

3. Puno ultraljubičastih zraka također štetno za biljke.

Temperatura:

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

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

Praćenje:

1. Praćenje biljaka vrlo je teško u svemiru jer osoba kontinuirano prati mnoge čimbenike 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 te prepreke. To je komora za uzgoj hrane u svemiru po vrlo niskim cijenama. Sadrži sve ugrađene resurse i tehnologiju koja prevladava mnoge poteškoće. Pa da se zagledamo !!!

Za što je ova komora sposobna:

1. Uklonite učinak gravitacije.

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

3. Pružanje umjetne rasvjete biljkama za fotosintezu.

4. Smanjite učinak zračenja.

5. Senzorsko okruženje kao što su temperatura tla, vlaga, temperatura okoliša, vlažnost, zračenje, tlak i prikaz podataka u stvarnom vremenu na računalu.

Korak 1: Potrebna komponenta:

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

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

3. DS18b20 (Vodootporna metalna verzija).

4. Senzor vlažnosti tla.

5. Pumpa za vodu. (12 volti).

6. List od plastike.

7.12 volt DC ventilator.

8. Senzori plina.

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 pumpu pokrećete iz zasebnog napajanja, inače do 2 ampera)

Korak 2: Softverski zahtjevi:

1. Arduino IDE.

2. LABView

3. ESP32 instalacija u Arduino IDE.

4. Knjižnice ESP32. (Mnoge se knjižnice razlikuju od Arduino knjižnica).

Korak 3: Napravite spremnik i sustav 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 (kao što je prikazano na slici N. A. S. A.) I nikada ne dopiru do dna tla pa zalijevanje konvencionalnim metodama nije moguće u svemiru.

Također male čestice tvore tlo koje pluta u zraku.

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

Mali ventilator pričvršćen je na vrh komore (zrak struji prema gore prema dolje) tako da pruža pritisak malim česticama i izbjegava plutanje izvan komore.

Sada stavite zemlju u posudu.

Korak 4: Senzori tla:

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

Zašto moramo znati temperaturu i vlažnost tla?

Toplina je katalizator mnogih bioloških procesa. Kad su temperature tla niske (a biološki procesi usporeni), određene hranjive tvari postaju nedostupne ili manje dostupne biljkama. To se posebno odnosi na fosfor, koji je uvelike odgovoran za poticanje razvoja korijena i plodova u biljkama. Dakle, bez topline znači da manje hranjivih tvari dovodi do slabog rasta. Također su visoke temperature štetne za biljke.

Drugi je senzor vlažnosti. Koji detektira vlažnost tla ako se vlaga u tlu smanji s 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. To rezultira sustavom zatvorene petlje. Voda se automatski ispušta bez smetnji osobe.

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

Korak 5: Izrada staklenih zidova

Na stražnjoj strani spremnika nalaze se zidovi s elektrostatičkim filmom. Budući da ne postoji magnetsko polje koje nas štiti od solarnih vjetrova. Koristim jednostavan stakleni lim, ali ga prekrivam elektrostatičkim listom. Elektrostatički lim sprječava naboj čestica solarnog vjetra. Također je korisno smanjiti učinak zračenja u svemiru. također izbjegava plutanje tla i čestica vode u zrak.

Zašto nam je potrebna elektrostatička zaštita?

Zemljina otopljena željezna jezgra stvara električne struje koje stvaraju linije magnetskog polja oko Zemlje slične onima povezanim s običnim magnetom. Ovo magnetsko polje proteže se nekoliko tisuća 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 planetima. Stoga nam je potrebna druga umjetna metoda kako bismo nas, ali i biljke, zaštitili od ovih čestica naboja. Elektrostatički film u osnovi je vodljivi film pa ne dopušta ulazak čestica naboja unutra.

Korak 6: Izgradnja kapka:

Svaka biljka ima vlastitu potrebu za sunčevom svjetlošću. Dugotrajno izlaganje suncu i jako zračenje također su štetni za biljke. Krila roletne pričvršćena su s vanjske strane ogledala, a zatim spojena na servo motore. Kut otvaranja krila i dopuštanje 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 sustava:

1. U 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 zatvaranja vjetrova. Izbjegava se dodatna rasvjeta koja ulazi u komoru.

Korak 7: Osećaj i kontrola okoliša:

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

Temperatura: Za osjet temperature okoliša koristi se senzor DHT-11 (DHT 22 se može koristiti za postizanje visoke točnosti). 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 stupnjeva F).

Održavanje vlažnosti:

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

Zašto moramo održavati vlažnost?

Razine vlažnosti utječu na to kada i kako biljke otvaraju stoma na donjoj strani lišća. Biljke koriste stomate za ispiranje ili "disanje". Kad je vrijeme toplo, biljka može zatvoriti stomake kako bi smanjila gubitke vode. Stomati također djeluju kao mehanizam hlađenja. Kad 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, što dovodi do toga da se biljka polako guši od vodene pare i vlastitih isparljivih plinova.

Zbog isparavanja (iz biljke i tla) vlaga 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 prostire se na gornju površinu tla s otvorom za supstrat i sjeme (u njemu rastu biljke). Također je korisno tijekom zalijevanja.

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

2. Mali ventilatori pričvršćeni su na gornji krov komore. Vlažnost u komori se mjeri pomoću ugrađenog higrometra (DHT-11 i DHT-22). Kada se poveća vlažnost zraka 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 rezultirajući rotacijom na stvaranje centrifugalnih sila. Taj se proces naziva i pseudo-gravitacija.

Ova metoda je preskupa i vrlo teška. prevelike su šanse za neuspjeh. Također se ova metoda ne može ispravno 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 Sjeme supstrata čuva se pod supstratom koji daje pravi smjer korijenju i lišću kao što je prikazano na slici. Pomaže rastu korijena prema dolje i biljnih listova prema gore.

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

Kako staviti sjeme pod tlo i zadržati svoj položaj ??

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

Korak 9: Umjetno sunčevo svjetlo:

Na svemirskoj sunčevoj svjetlosti cijelo vrijeme nije moguće 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. To osigurava cijeli spektar svjetlosti (CFL -ovi se koriste kada postoji potreba za svjetlom s visokom temperaturom, dok se LED -i koriste kada postrojenja ne zahtijevaju grijanje ili nisko grijanje. To se može upravljati ručno, daljinski ili automatski (kontrolirano glavnim procesnim krugom).

Zašto koristim kombinaciju plave i crvene boje?

Plavo svjetlo pristaje uz vrhunac apsorpcije klorofila, koji fotosinteziraju za proizvodnju šećera i ugljika. Ti su elementi bitni za rast biljaka, jer su oni gradivni elementi za biljne stanice. Međutim, plavo svjetlo je manje učinkovito od crvenog za poticanje fotosinteze. To je zato što plavo svjetlo mogu apsorbirati pigmenti slabije učinkovitosti 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 uzgojenim samo s crvenim svjetlom.

Korak 10: Vizualni 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 spojiti na glavni procesni krug. Podaci koji dolaze iz glavnog kruga za obradu (ESP-32) formatirani su u prikazu prikazanom na LABview-u.

Koraci koje treba slijediti:

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

2. Pokrenite dolje navedeni vi kod.

3. Priključite USB priključak u računalo.

4. Prenesite 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 s različitih senzora prikazani na ekranu.

Korak 11: Pripremite hardver (krug):

Shema sklopa prikazana je na slici. možete preuzeti i PDF u nastavku.

Sastoji se od sljedećih dijelova:

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 način dubokog mirovanja.

2. Glavni procesor je zaštićen metalom pa je učinak zračenja manji.

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

Senzorski odjeljak:

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

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

Glavno napajanje:

Koristi se SMPS od 12 volti od 5 amp. Također možete koristiti 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 knjižnica DHT11 ne može ispravno raditi s ESP-32), možete preuzeti odavde:

github.com/beegee-tokyo/DHTesp

Korak 13: Pripremite LABview:

1. Preuzmite LABview s ove veze

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

2. Preuzmite vi datoteku.

3. Spojite USB port. Priključak za prikaz indikatora je priključen ili nije.

gotovo !!!!