Cambra de creixement de plantes automatitzada: 7 passos (amb imatges)

2024 Autora: John Day | [email protected]. Última modificació: 2024-01-30 08:12

El següent projecte és la meva presentació al Concurs Growing Beyond Earth Maker a la divisió High School.

La cambra de creixement de la planta té un sistema de reg completament automatitzat. Vaig utilitzar bombes peristàltiques, sensors d’humitat i un microcontrolador per regar automàticament les plantes per mantenir el sòl a la humitat òptima. Vaig dissenyar la meva cambra de creixement perquè es pogués collir i plantar fàcilment i, per tant, va fer un ús eficient de l’espai de la caixa. El disseny flexible permetria als astronautes tenir un flux constant de cultius, podent collir una bossa (aprox. 3 caps) d’enciam completament madurat cada 10-14 dies. Com que les llavors germinen en diferents moments i creixen a ritmes diferents, volia crear un sistema on es poguessin collir les plantes i inserir-hi llavors noves quan estiguessin llestes, així que vaig dissenyar les meves bosses de plantes. La cambra consta de quatre bosses de plantes, o un total de 12 ranures de plantes, que es poden treure, collir, es pot inserir un nou full de llavors i es pot enganxar de nou al sistema mitjançant velcro en pocs minuts. Les fulles de llavors permeten preparar, orientar i enganxar les llavors amb antelació i inserir-les a la bossa quan sigui necessari. - Les bosses estàtiques, a més de protegir els components electrònics, són superfícies reflectides. Així, amb les bosses antiestàtiques, la llum arribarà a totes les plantes / brots del sistema i l’enciam no creixerà directament cap a la llum de cultiu.

Subministraments

Contenidor:

1. Caixa d'emmagatzematge de fitxers acrílics

2. Paperera d’emmagatzematge metàl·lica

3. Organitzador de fitxers d'escriptori

4. tires de velcro

5. Feu créixer la llum

Bosses de plantes:

1. Bosses antiestàtiques

2. Cinta d'escuma de goma esponja (5/16 polzades)

3. Paper de germinació

4. Barreja de terres gruixudes

5. Pega de llavors (farina i aigua)

6. Llavors (he utilitzat un paquet Mesclun Green)

Sistema de reg:

1. Bomba peristàltica

2. Tubs de silicona per a bomba (2 mm x 4 mm)

3. Arduino M0 Pro (qualsevol model funcionarà) i font d'alimentació

4. Micro USB a USB-A

5. Taula de pa

6. Cables de pont

7. Soldador i soldador

8. Bridge Driver (he utilitzat un TA7291P)

9. Sensors d’humitat

En podeu trobar de barats, però es corroiran ràpidament a causa de l’electròlisi induïda per la corrent i caldrà substituir-los perquè les lectures aniran malament. Una alternativa és utilitzar sensors d’humitat capacitius menys propensos a la corrosió o sensors de càtode-ànode més cars

10. Presa de barril de 12v per a taules de pa i cable

11. Ampolla d’aigua amb vàlvula de retenció

Pas 1: Reuneix la cambra

Aquest pas es pot fer de moltes maneres, però vaig optar per un contenidor de dues parts perquè permetia més flexibilitat. He utilitzat el marc metàl·lic que té una part frontal i una tapa obertes per allotjar les bosses de plantes, créixer lleuger i un sistema de reg automàtic. Després, un cop carregades les plantes, tinc una caixa d’acrílic que llisca cap avall sobre la base metàl·lica.

Passos:

1. En primer lloc, he fixat la llum de creixement al marc metàl·lic. He foradat dos forats a cada costat de la llum (després d'assegurar-me que no danyaria cap component) i l'he fixat a la part frontal de la base. (vist a la imatge 1)

2. Vaig haver de tallar un forat al marc i l’acrílic per ajustar l’acord de potència de la llum (imatge 2-4)

Consell: per tallar el forat de l’acrílic he forat quatre forats a la cantonada del rectangle que volia tallar i he utilitzat un Dremel per connectar-los i fer un tall net.

3. Com que vaig comprar un contenidor d’emmagatzematge de fitxers per a la part superior d’acrílic, vaig haver de treure els dos llavis destinats a penjar els fitxers. Per fer-ho, vaig escalfar el plàstic, vaig agafar un rascador de pintura i un mall i vaig fer un toc suau al llarg de la peça separant-lo lentament de la caixa.

4. Amb uns quants ajustaments finals al marc de metall mitjançant un mall, la part superior d’acrílic s’adapta perfectament a la part superior del marc i de la base.

Pas 2: plantar bosses

Vaig optar per crear bosses de plantes en lloc d’un sistema hidropònic per permetre més flexibilitat. Les bosses es poden preparar amb antelació i es poden reutilitzar fàcilment posant un nou paquet de paper de llavors i germinació a la ranura. Les bosses es poden treure fàcilment i tornar a col·locar-les a la cambra mitjançant les corretges de velcro. A més, com que les bosses són tan fàcils de preparar, es poden plantar en temps compensats per permetre un flux constant de cultius. Quan es planten tots alhora, hi ha un moment en què la cambra no té cultius importants. Per tant, suggereixo que les bosses es plantin compensades unes setmanes, de manera que hi hagi un flux constant de collita.

Mida de la bossa:

Aquest pas del procés és específic per a les dimensions de cada quadre de persones. Acabo fent servir dues bosses 4x6 i he modificat dues bosses de 12x16 per adaptar-les a la part posterior i inferior de la caixa. Les bosses 4x6 tenien cremalleres per tancar, però les bosses més grans no i les vaig modificar. Per tant, he utilitzat cinta adhesiva de doble cara per tancar la bossa per dins i he fet servir una altra peça a l’exterior per mantenir-la plegada cap enrere (imatge 5)

Muntatge de les bosses:

(vegeu la imatge 3 per a la disposició que he utilitzat per a les meves bosses. La vaig dissenyar perquè les plantes no creixessin cap a l'espai de les altres i que no s'ombressin de la font de llum)

1. Tallar escletxes d'una polzada a les bosses antiestàtiques (imatge 1)

Vaig fer servir un ganivet Xacto i un tros de cartró per assegurar-me de no tallar els dos costats de la bossa

2. Talleu un tros de polzada i mitja de la cinta d'escuma i col·loqueu-lo directament a sobre de la ranura (imatge 2)

3. Amb el ganivet o la fulla Xacto, talleu una escletxa d’una polzada a l’escuma que estigui alineada amb la tallada a la bossa durant el pas 1 (imatge 2)

4. Repetiu el mateix procés en una bossa, però feu una escletxa més gran per adaptar-la al sensor d'humitat

5. Repetiu el mateix procés en totes les bosses, però en lloc d'un quadrat de cinta d'escuma i feu una incisió en forma de x petita prou gran per adaptar-se al tub peristàltic.

Consell: per als forats de la mànega, col·loqueu-los a les zones on les mànegues no creuin les zones de cultiu de la planta i també puguin connectar-se més fàcilment al compartiment posterior.

Pas 3: lliscaments de llavors

Els fulls de llavor es van dissenyar perquè es poguessin preparar amb antelació i apilar-los fins a utilitzar-los. Vaig preparar una cola senzilla que ajudés les llavors per adherir la llavor al paper de germinació i orientar la radícula de les llavors o apuntar cap avall de manera que les arrels creixin cap a la bossa i el brot surti de la fenedura.

Creació dels fulls de llavor

1. Tallar un tros de paper de germinació (2,5 x 1 polzada)

2. Barregeu una cullerada de farina amb prou aigua per formar una pasta espessa

3. Amb un escuradents poseu un punt de la cola de llavors al centre del paper de germinació

4. Orientar la llavor amb la radícula o el punt cap avall i marcar / recordar cap a quin extrem s’enfronta, perquè és aquí on creix l’arrel

5. Doblegueu el paper de germinació dues vegades, fent un triple amb la llavor al centre

Pas 4: Sistema de reg automàtic

El sistema de reg consistirà en sensors d'humitat i bombes peristàltiques per regar automàticament les bosses de la planta quan passin per sota d'un nivell d'humitat del 30%. Vaig escriure el codi perquè es comprovés el nivell d'humitat a les bosses després de 8 hores i si el nivell és inferior al 30%, la bomba s'encendrà durant 10 segons. Per a la meva bomba i font d'alimentació, 10 segons van ser prou bons per augmentar la humitat de les bosses per sobre del 30%, de manera que la bomba s'activarà cada 16 hores, però s'hauria de provar i ajustar per a diferents configuracions.

Connexions:

GND al pont 1 del controlador de pont

12V GND al pont 1 del controlador de pont

5V al pont 7 del controlador de pont (vcc)

D5 al pont 5 del controlador de pont (in1)

D6 al pont 6 del controlador de pont (in2)

Arduino D13 a R1 (si s'utilitza el LED extern opcional)

Pont de controlador 2 (out1) al terminal positiu de la bomba peristàltica

Bridge driver pin 4 (vref) and pin 8 (vs) to 12V pos.

Pont de controlador 10 (out2) al terminal negatiu de la bomba peristàltica

Notes:

No s’utilitzen els pins 9 i 3 del controlador de pont

L’extrem del controlador del pont amb la cantonada bisellada a la part superior és el pin 1 i l’extrem quadrat és el pin 10

Codi:

int IN1Pin = 5; // canviar segons el pin que utilitzeuint IN2Pin = 6; // canvieu segons el pin que utilitzeu #define moist_pin A0

configuració nul·la ()

{

Serial.begin (9600);

pinMode (IN1Pin, OUTPUT);

pinMode (IN2Pin, OUTPUT);

analogWrite (IN1Pin, 0);

analogWrite (IN2Pin, 0);

pinMode (humitat_pin, INPUT);

retard (1000);

}

bucle buit ()

{

int sensorValue = map (analogRead (humitat_pin), 0, 1023, 100, 0); // assigna les lectures d’humitat que van del 0-1023 al 100%

Serial.print ("El nivell actual de temps lliure és:");

Serial.print (sensorValue);

Serial.println ("%");

if (sensorValue <30) // si la humitat és inferior al 30% s’executa el següent

{

analogWrite (IN1Pin, 255); // 255 estableix la bomba a la màxima potència

retard (10000); // fa funcionar la bomba durant 10 segons

analogWrite (IN1Pin, 0); // apaga la bomba

Serial.println ("Comprovació dels nivells d'humitat en 2 hores");

retard (28800000); // 8 hores en mil·lisegons

int sensorValue = map (analogRead (humitat_pin), 0, 1023, 100, 0); // comprova els nivells d’humitat

Serial.println (sensorValue); // imprimeix el nivell d’humitat

}

en cas contrari

{

Serial.println ("El sòl està humit, torna a comprovar-se en 1 hora"); // si la humitat del sòl és superior al 30% imprimeix aquesta afirmació

retard (3600000); // 1 hora en mil·lisegons

}

}

Consell: després de penjar el codi a l'Arduino, per a aquells que no els hàgiu utilitzat abans, no cal que el deixeu endollat a l'ordinador. Podeu obtenir una petita font d’alimentació per a l’arduino i executarà el vostre codi quan s’encengui. Per tant, per a aquest disseny tot el que necessiteu és una font d’alimentació per a l’arduino i una font d’alimentació de 12v per a la presa de barril de la vostra taula de treball.

Pas 5: ajuntar-ho tot

En aquesta etapa, hauríeu de tenir la caixa completa amb llums de cultiu, sistema de reg i bosses de plantes, de manera que només queda unir-ho tot.

Aquesta etapa pot ser diferent per a moltes persones, segons les dimensions de la caixa i del compartiment per al dipòsit d’aigua, la bomba i els microcontroladors.

Com que la cambra de creixement està pensada per funcionar sense gravetat, em vaig assegurar de tirar tots els components del compartiment posterior mitjançant tires de velcro de 15 lliures.

1. He utilitzat un suport per a taulers i arduino i les corretges de velcro connectades al marc i a la part posterior del suport i les he muntat a la part superior del contenidor d'emmagatzematge de fitxers que és el meu compartiment posterior. (imatge 2)

2. Després, vaig posar tires de velcro a la part inferior de la bomba peristàltica i a la base del compartiment i vaig fer el mateix amb el dipòsit d’aigua.

3. A continuació, es troba el sistema de reg. Vaig utilitzar tres juntes de te per dividir la mànega de la bomba peristàltica en quatre mànegues per a les quatre bosses de plantes. (imatge 3)

4. Finalment, he col·locat les tires de velcro per mantenir les bosses de plantes al seu lloc. Com que fixava les tires a una malla, vaig tallar segments de cintes industrials i les vaig enganxar a l'exterior del marc contra la part posterior de les tires de velcro.

Pas 6: Configuració de les bosses de plantes i funcionament

Després que el compartiment posterior, els tubs i els sensors d'humitat estiguin al seu lloc, només queda fixar les bosses de plantes, el tub i els sensors d'humitat.

Assemblea final

1. Col·loqueu les bosses de plantes al costat per al qual van ser dissenyades. (la imatge 2 mostra el procés)

2. Introduïu el sensor d'humitat a la bossa amb la ranura més llarga feta anteriorment

3. Introduïu els tubs a les bosses a través dels ports quadrats d'escuma més petits

4. Connecteu els llums de cultiu al temporitzador i configureu-los de manera que els llums estiguin engegats durant 16 hores al dia

5. Connecteu la font d'alimentació de 12 V a la presa de barril de la placa de connexió

6. Connecteu Arduino a l'ordinador (si voleu controlar les sortides) o a la font d'alimentació i deixeu funcionar el programa.

Pas 7: Resultats

El primer conjunt d’imatges (1-4) anteriors són de dues setmanes de creixement

El segon conjunt (5-6) és del cinquè dia en què la majoria de les bosses de plantes tenien brots visibles

La darrera imatge (7) és del primer dia que es va activar el sistema

La millor part d’aquest aparell era que quan es feia una bossa de cultiu perquè creixien a velocitats diferents, podia treure l’enciam i inserir un nou joc de llavors a la mateixa bossa sense haver de collir els altres cultius abans que estiguessin preparats.. En futures proves, tinc previst compensar la plantació de cada bossa en dues setmanes perquè triguen uns 45-55 dies a madurar la majoria d’enciams. I en fer-ho, cada dues setmanes tindré una bossa de plantes d’enciam completament preparada per collir i evitarà que les altres plantes d’enciam bloquegin la llum a les altres bosses perquè hi haurà menys caps grans.

Accèssit al concurs Growing Beyond Earth Maker