Älykäs kasvien kasvukammio: 13 vaihetta

2024 Kirjoittaja: John Day | [email protected]. Viimeksi muokattu: 2024-01-30 09:00

Keksin uuden idean, joka on älykäs kasvien kasvukammio. Kasvien kasvu avaruudessa on herättänyt paljon tieteellistä kiinnostusta. Ihmisen avaruuslentojen yhteydessä niitä voidaan käyttää ruoana ja/tai tarjota virkistävä ilmapiiri. käytä kasvityynyjä ruoan kasvattamiseen kansainvälisellä avaruusasemalla.

Joten keksin ajatuksen edetä pidemmälle.

Ongelmia kasvattaa ruokaa avaruudessa:

Painovoima:

Se on tärkein este kasvattaa ruokaa avaruudessa, ja se vaikuttaa kasvien kasvuun useilla tavoilla: 1 et voi kastaa kasveja kunnolla, koska siellä ei ole painovoimaa, joten vettä ei voida saada vesisprinklereillä ja muulla tavanomaisella menetelmällä, jota käytetään maan päällä.

2 Vesi ei pääse kasvin juuriin, koska siinä ei ole painovoimaa.

3 Juurten kasvu vaikuttaa myös painovoimaan. (kasvin juuret menevät alaspäin ja kasvi kasvaa ylöspäin) Joten kasvien juuret eivät koskaan kasva oikeaan suuntaan.

Säteily:

1. avaruudessa on paljon säteilyä, joten se on haitallista kasveille.

2. Auringon tuulen säteily vaikuttaa myös kasveihin.

3. paljon ultraviolettisäteitä myös haitallisia kasveille.

Lämpötila:

1. Avaruudessa on paljon lämpötilan vaihteluita (lämpötila voi nousta jopa sataan asteeseen ja alas miinus sataan asteeseen).

2. lämpötila lisää veden haihtumista, jotta kasvit eivät selviä avaruudessa.

Seuranta:

1. Kasvien seuranta on erittäin vaikeaa avaruudessa, koska henkilö seuraa jatkuvasti monia tekijöitä, kuten lämpötilaa, vettä ja säteilyä.

2. Eri laitokset vaativat erilaisia resurssitarpeita. Jos laitoksia on erilaisia, seuranta vaikeutuu.

Joten keksin ajatuksen, että yrittämällä poistaa kaikki nämä esteet. Se on kammio elintarvikkeiden kasvattamiseen avaruudessa erittäin edulliseen hintaan. Se sisältää kaikki rakennetut resurssit ja tekniikan, jotka voittavat monia vaikeuksia. Joten tuijotetaan !!!

Mihin tämä kammio pystyy:

1. Poista painovoiman vaikutus.

2. Asianmukaisen veden tarjoaminen kasvien juurille. (Hallittavissa - manuaalisesti, automaattisesti)

3. Keinotekoisen valaistuksen tarjoaminen kasveille fotosynteesiä varten.

4. Minimoi säteilyn vaikutus.

5. Tunnistusympäristö, kuten maaperän lämpötila, kosteus, ympäristön lämpötila, kosteus, säteily, paine ja reaaliaikaisten tietojen näyttäminen tietokoneella.

Vaihe 1: Vaadittu komponentti:

1. ESP32 (pääkäsittelylevy, voit käyttää myös muita levyjä).

2. DHT11 tai DHT-22. (DH22 tarjoaa paremman tarkkuuden)

3. DS18b20 (vesitiivis metalliversio).

4. Maaperän kosteusanturi.

5. Vesipumppu. (12V).

6. Muovilevy.

7,12 voltin tasavirtapuhallin.

8. Kaasuanturit.

9. ULN2003.

10. Servomoottori.

11. Lasilevy.

12. Sähköstaattinen levy.

13. 12 voltin rele.

14. BMP 180.

15. 7805 Jännitteen säädin.

16.100uF, 10uF kondensaattori.

17. Auton kattovalo (LED tai CFL) (väri määritelty tarkemmin).

18. SMPS -virtalähde (12 volttia - 1 A, jos käytät pumppua erillisestä virtalähteestä, muuten jopa 2 ampeerin virtalähde)

Vaihe 2: Ohjelmistovaatimus:

1. Arduino IDE.

2. LABView

3. ESP32 -asennus Arduino IDE: hen.

4. ESP32 -kirjastot. (Monet kirjastot eroavat Arduinon kirjastoista).

Vaihe 3: Tee säiliö ja kastelujärjestelmä:

Tee minkä tahansa kokoinen muovisäiliö tarpeen tai tilan mukaan. Säiliössä käytetty materiaali on muovia, joten sitä ei voi hävittää vedellä (se voi olla myös valmistettu metalleista, mutta se lisää kustannuksia ja myös painoa, koska rakettien painoraja on olemassa)

Ongelma: Avaruudessa ei ole painovoimaa. Vesipisarat pysyvät vapaina avaruudessa (kuten N. A. S. A: n kuva osoittaa) eivätkä koskaan pääse maaperän pohjaan, joten kastelu tavanomaisilla menetelmillä ei ole mahdollista avaruudessa.

Myös pienet hiukkaset muodostavat ilmassa kelluvan maaperän.

Ratkaisu: Laitan pienet vesiputket maaperään (siinä on pieniä reikiä) keskelle ja putket on kiinnitetty pumppuun. Kun pumppu käynnistää vettä, tulee pieniä reikiä putken pohjalle, jotta se pääsee helposti kasvin juuriin.

Pieni tuuletin on kiinnitetty kammion päälle (ilma virtaa ylöspäin alaspäin), joten se tuottaa painetta pienille hiukkasille ja välttää kellumisen kammion ulkopuolella.

Laita nyt maaperä astiaan.

Vaihe 4: Maaperän anturit:

työnnän kaksi anturia maahan. Ensimmäinen on lämpötila -anturi (DS18b20 vedenpitävä). Joka havaitsee maaperän lämpötilan.

Miksi meidän on tiedettävä maaperän lämpötila ja kosteus?

Lämpö on katalyytti monille biologisille prosesseille. Kun maaperän lämpötila on matala (ja biologiset prosessit hitaita), tietyt ravintoaineet eivät ole kasvien saatavilla tai saatavilla. Tämä pätee erityisesti fosforiin, joka on suurelta osin vastuussa kasvien juurien ja hedelmien kehityksen edistämisestä. Joten ei lämpöä tarkoittaa sitä, että vähemmän ravinteita johtaa heikkoon kasvuun. Myös korkea lämpötila on haitallista kasveille.

Toinen on kosteusanturi. Moottori käynnistyy, kun kosteus saavuttaa ylärajan moottori sammuu automaattisesti, jos maaperän kosteus laskee ennalta määritellystä raja -arvosta. Ylä- ja alaraja riippuvat ja vaihtelevat kasveittain. Tämä johtaa suljetun silmukan järjestelmään. Vesi valmistetaan automaattisesti ilman ihmisten häiriöitä.

Huomautus. Veden tarve eri kasveille. Joten on säädettävä minimi- ja maksimi vedenpinta. Se voidaan tehdä potentiomittarista, jos käytät digitaalista rajapintaa, muuten sitä voidaan muuttaa ohjelmoinnissa.

Vaihe 5: Lasiseinien tekeminen

Säiliön takapuolella on seinät, joissa on sähköstaattinen kalvo. Koska ei ole magneettikenttää, joka suojaa meitä aurinkotuulilta. Käytän yksinkertaista lasilevyä, mutta peitän sen sähköstaattisella levyllä. Sähköstaattinen levy estää aurinkotuulen varaushiukkaset. On myös hyödyllistä minimoida säteilyvaikutus avaruudessa. se myös välttää maaperän ja vesihiukkasten kelluttamista ilmaan.

Miksi tarvitsemme sähköstaattista suojaa?

Maan sula rautaydin luo sähkövirtoja, jotka tuottavat magneettikenttälinjoja ympäri maapalloa samanlaisia kuin tavalliseen tangomagneettiin liittyvät linjat. Tämä magneettikenttä ulottuu useita tuhansia kilometrejä maan pinnasta. Maapallon magneettikenttä hylkii varaushiukkasia aurinkotuulen muodossa ja välttää pääsyn maan ilmakehään. Mutta tällaista suojaa ei ole saatavilla maan ulkopuolella ja muilla planeetoilla. Tarvitsemme siis muita keinotekoisia menetelmiä suojaamaan meitä sekä kasveja näiltä varauspartikkeleilta. Sähköstaattinen kalvo on pohjimmiltaan johtava kalvo, joten se ei salli varaushiukkasten pääsyä sisälle.

Vaihe 6: Sulkimen rakentaminen:

Jokainen kasvi tarvitsee oman auringonvalon. Pitkä altistuminen auringolle ja korkea säteily ovat myös haitallisia kasveille. Sulkimen siivet kiinnitetään peilin ulkopuolelle ja kytketään sitten servomoottoreihin. Avaussiiven kulma ja päästää valoa sisään, jota ylläpitää pääkäsittelypiiri

Valoa havaitseva komponentti LDR (valosta riippuva vastus) on kytketty pääprosessointipiiriin Kuinka tämä järjestelmä toimii:

1. Liiallisessa säteilyssä ja valossa (jonka LDR havaitsee) se sulkee siivet ja eliminoi valon. 2. Jokaisella kasvilla on oma auringonvalon tarve. Pääprosessointipiiri huomioi auringonvalon sallitun ajan tuulen sulkeutumisen jälkeen. Se estää ylimääräisen valaistuksen pääsyn kammioon.

Vaihe 7: Ympäristön tunnistaminen ja hallinta:

Eri kasvit vaativat erilaisia ympäristöolosuhteita, kuten lämpötilaa ja kosteutta.

Lämpötila: Ympäristön lämpötilan havaitsemiseksi käytetään DHT-11-anturia (DHT 22: lla voidaan saavuttaa korkea tarkkuus). Kun lämpötila nousee tai laskee määrätystä rajasta, se varoittaa ja käynnistää ulkoisen tuulettimen.

Miksi meidän on säilytettävä lämpötila?

Ulkoavaruuden lämpötila on 2,73 Kelvin (-270,42 Celsius, -454,75 Fahrenheit) pimeällä puolella (jossa aurinko ei paista). Auringonpuoleisella puolella lämpötila voi nousta noin 121 C: n (250 asteen F) kuumiin lämpötiloihin.

Säilytä kosteus:

Kosteus on vesihöyryn määrä ilmassa suhteessa vesihöyryn enimmäismäärään, jonka ilma voi pitää tietyssä lämpötilassa.

Miksi meidän on säilytettävä kosteus?

Kosteustasot vaikuttavat siihen, milloin ja miten kasvit avaavat stomatat lehtiensä alapuolella. Kasvit käyttävät stomattoja liikkuakseen tai "hengittämään". Kun sää on lämmin, kasvi voi sulkea stomatansa vähentääkseen vesihukkaa. Stomatat toimivat myös jäähdytysmekanismina. Kun ympäristön olosuhteet ovat liian lämpimiä kasveille ja se sulkee stomatat liian kauan pyrkien säästämään vettä, sillä ei ole mahdollisuutta siirtää hiilidioksidia ja happimolekyylejä aiheuttaen hitaasti kasvin tukehtumisen vesihöyryyn ja sen omiin kaasuihin..

Haihtumisen vuoksi (kasveista ja maaperästä) kosteus kasvaa nopeasti. Se ei ole vain haitallista kasveille vaan myös haitallista anturille ja lasipeilille. Sen voi laiminlyödä kahdella tavalla.

1. Pinnan päällä oleva muovipaperi estää helposti kosteuden. Muovipaperia levitetään maaperän yläpinnalle ja siinä on aukko substraatille ja siemenille (kasvi kasvaa siinä). Siitä on apua myös kastelun aikana.

Tämän menetelmän ongelmana on, että suurempien juurien kasvit tarvitsevat ilmaa maaperään ja juuriin. muovipussi pysäyttää ilman päästäkseen juurilleen kokonaan.

2. Pienet tuulettimet on kiinnitetty kammion yläkattoon. Sisäisen kosteusmittarin (DHT-11 ja DHT-22) ansiosta kosteus kammiossa on järkevää. Kun kosteus nousee rajatuulettimista, ne kytkeytyvät automaattisesti päälle, alarajalla tuulettimet pysäytetään.

Vaihe 8: Poista painovoima:

Painovoiman vuoksi varret kasvavat ylöspäin tai poispäin maan keskeltä ja kohti valoa. Juuret kasvavat alaspäin tai kohti maan keskustaa ja kaukana valosta. Ilman painovoimaa kasvi ei perinyt kykyä orientoitua.

Painovoiman poistamiseksi on kaksi tapaa

1. Keinotekoinen painovoima:

Keinotekoinen painovoima on inertiavoiman luominen, joka jäljittelee painovoiman vaikutuksia, yleensä pyörimisen tuloksena keskipakovoimien tuottamiseen. Tätä prosessia kutsutaan myös pseudo-painovoimaksi.

Tämä menetelmä on liian kallis ja erittäin vaikea. epäonnistumisen mahdollisuuksia on liikaa. Tätä menetelmää ei myöskään voida testata maan päällä kunnolla.

2. Käyttämällä alustaa: Tämä on liian helppo menetelmä ja myös kangas tehokas. Siemenet pidetään pienessä pussissa, jota kutsutaan substraattisiemeniksi, pidetään substraatin alla, joka antaa oikean suunnan juurille ja lehdille, kuten kuvassa. Se auttaa kasvattamaan juuria alaspäin ja istuttamaan lehtiä ylöspäin.

Se on kangas, jossa on reikiä. Koska siemenet ovat sisällä Se sallii veden tulla sisään ja myös juuret voivat tulla ulos ja tunkeutua maaperään. Siemenet pidetään alle 3-4 tuuman syvyydessä maaperän alla.

Kuinka laittaa siemenet maan alle ja säilyttää asemansa ??

Leikkasin muovilevyn, jonka pituus oli 4-5, ja muotoilin sen eteen uran. Aseta tämä työkalu tämän kankaan puoleen pituuteen (uran puoli). Laita siemenet uraan ja kiedo kangas ympärille. Aseta tämä työkalu nyt maahan. Ota työkalu pois maaperästä, jotta siemen ja alusta pääsevät maahan.

Vaihe 9: Keinotekoinen auringonvalo:

Avaruudessa auringonvalo ei ole aina mahdollista, joten keinotekoista auringonvaloa voidaan tarvita. Tämän tekevät CFL ja uudet LED -valot. Käytän CFL -valoa, joka on sininen ja punainen, ei liian kirkas. Nämä valot on asennettu kammion yläkattoon. Tämä tarjoaa täyden valon spektrin (CFL -valoja käytetään, kun tarvitaan valoa korkeassa lämpötilassa, kun taas LED -valoja käytetään, kun laitokset eivät vaadi lämmitystä tai alhaista lämmitystä. Tätä voidaan ajaa manuaalisesti, etänä automaattisesti (pääprosessointipiiri ohjaa).

Miksi käytän punaisen ja sinisen yhdistelmää?

Sininen valo sopii klorofyllien absorptiopiikkiin, joka fotosynteesi tuottaa sokereita ja hiiltä. Nämä elementit ovat välttämättömiä kasvien kasvulle, koska nämä ovat kasvisolujen rakennuspalikoita. Sininen valo on kuitenkin vähemmän tehokas kuin punainen valo fotosynteesin ajamiseen. Tämä johtuu siitä, että sinistä valoa voivat absorboida matalamman tehokkuuden pigmentit, kuten karotenoidit, ja inaktiiviset pigmentit, kuten antosyaanit. Tämän seurauksena sinisen valon energia vähenee, mikä tekee siitä klorofyllipigmenttejä. Yllättäen, kun joitakin lajeja kasvatetaan vain sinisellä valolla, kasvien biomassa (paino) ja fotosynteesinopeus ovat samanlaisia kuin vain punaisella valolla kasvatettu kasvi.

Vaihe 10: Visuaalinen seuranta:

Käytän LABviewä tietojen visuaaliseen seurantaan ja hallintaan myös siksi, että LABview on erittäin joustava ohjelmisto. Se on nopea tiedonkeruu ja helppo käyttää. Se voidaan kytkeä langallisesti tai langattomasti pääkäsittelypiiriin. Pääkäsittelypiiristä (ESP-32) tulevat tiedot muotoillaan LABview-näytössä.

Seuraavat vaiheet:

1. Asenna LABview ja lataa. (ei tarvitse asentaa Arduino-lisäosia)

2. Suorita alla annettu vi -koodi.

3. Liitä USB -portti tietokoneeseen.

4. Lähetä Arduino -koodi.

5. COM -portti näkyy laboratorionäkymässä (jos Windows Linux- ja MAC -järjestelmissä "dev/tty") ja ilmaisin osoittaa, että porttisi on kytketty tai ei.

6. Lopeta !! Tiedot eri antureista näytetään näytöllä.

Vaihe 11: Valmistele laitteisto (piiri):

Kytkentäkaavio on esitetty kuvassa. voit myös ladata alla olevan PDF -tiedoston.

Se koostuu seuraavista osista:

Pääkäsittelypiiri:

Mitä tahansa arduino-yhteensopivaa levyä voidaan käyttää, kuten arduino uno, nano, mega, nodeMCU ja STM-32. mutta ESP-32-laitetta käytetään seuraavasta syystä:

1. Siinä on sisäänrakennettu lämpötila -anturi, joten korkeassa lämpötilassa prosessorin asettaminen syvään lepotilaan on mahdollista.

2. Pääprosessori on suojattu metallilla, joten säteilyvaikutusta on vähemmän.

3. Sisäistä halliefektianturia käytetään havaitsemaan magneettikenttä piirin ympärillä.

Anturiosa:

Kaikki anturit toimivat 3,3 voltin virtalähteellä. ESP-32: n sisällä oleva jännitesäädin tuottaa pienen virran, joten se voi ylikuumentua. Tämän välttämiseksi käytetään LD33 -jännitesäädintä.

Solmu: Käytin 3,3 voltin syöttöä, koska käytössä ESP-32 (Sama koskee myös nodeMCU: ta ja STM-32: ta). Jos käytät arduinoa, voit käyttää myös 5 volttia

Päävirtalähde:

Käytössä on 12 voltin 5 ampeerin SMPS. Voit myös käyttää säädeltyä virtalähdettä muuntajalla, mutta se on lineaarinen syöttö, joten se on suunniteltu tietylle tulojännitteelle, joten lähtö muuttuu, kun vaihdamme 220 voltista 110 volttiin. (110 voltin syöttö on saatavilla ISS: ssä)

Vaihe 12: Valmistele ohjelmisto:

Seuraavat vaiheet:

1. Arduinon asentaminen: Jos sinulla ei ole arduinoa, voit ladata sen linkistä

www.arduino.cc/en/main/software

2. Jos sinulla on NodeMCU, lisää se arduinolla seuraavasti:

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

3. Jos käytät ESP-32-laitetta, lisää se arduinolla seuraavasti:

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

4. Jos käytät ESP-32: ta (yksinkertainen DHT11-kirjasto ei toimi oikein ESP-32: n kanssa), voit ladata sen täältä:

github.com/beegee-tokyo/DHTesp

Vaihe 13: Valmistele LABview:

1. Lataa LABview tästä linkistä

www.ni.com/fi-fi/shop/labview.html

2. Lataa vi -tiedosto.

3. Liitä USB -portti. Merkkinäytön portti on kytketty tai ei.

tehty!!!!