Cambra de creixement de plantes intel·ligents: 13 passos

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

Tinc una nova idea que és la càmera intel·ligent de creixement de les plantes. El creixement de les plantes a l’espai exterior ha suscitat un gran interès científic. En el context del vol espacial humà, es poden consumir com a aliment i / o proporcionar un ambient refrescant. utilitzeu coixins vegetals per cultivar aliments a l’Estació Espacial Internacional.

Així que se m’acut la idea de fer un pas més.

Problemes per cultivar aliments a l’espai:

Gravetat:

És el principal obstacle per cultivar aliments a l’espai i afecta el creixement de les plantes de diverses maneres: 1 no es poden regar les plantes correctament perquè no hi ha gravetat, de manera que els ruixadors d’aigua no poden proporcionar-los l’aigua i altres mètodes convencionals que s’utilitzen a la terra..

2 L'aigua no pot arribar a les arrels de la planta perquè no hi ha gravetat.

3 El creixement de les arrels també afecta la gravetat. (les arrels de les plantes baixen i les plantes creixen cap amunt) Així, les arrels de les plantes mai creixen en la direcció correcta.

Radiació:

1. Hi ha molta radiació a l’espai, de manera que és perjudicial per a les plantes.

2. La radiació del vent solar també afecta les plantes.

3. Molts rajos ultraviolats també nocius per a les plantes.

Temperatura:

1. Hi ha moltes variacions de temperatura a l’espai (la temperatura pot pujar fins a cent graus i baixar fins a menys de cent graus).

2. augmentar la temperatura de l'evaporació de l'aigua perquè les plantes no puguin sobreviure a l'espai.

Seguiment:

1. El control de les plantes és molt difícil a l’espai, ja que la persona controla contínuament molts factors com la temperatura, l’aigua i la radiació.

2. Les plantes diferents requereixen diferents necessitats de recursos, si hi ha plantes diferents, el control serà més difícil.

Així que se m’acut la idea que intentar eliminar tots aquests obstacles. És una cambra per cultivar aliments a l’espai a un cost molt baix. Conté tots els recursos i tecnologia construïts en els quals superar moltes dificultats. Així que deixem-nos mirar !!!

De què és capaç aquesta cambra:

1. Eliminar l’efecte de la gravetat.

2. Proporcionar aigua adequada a les arrels de les plantes. (Controlable: manualment, automàticament)

3. Proporcionar il·luminació artificial a les plantes per a la fotosíntesi.

4. Minimitzar l’efecte de la radiació.

5. Detectar entorns com la temperatura del sòl, la humitat, la temperatura de l’ambient, la humitat, la radiació, la pressió i mostrar dades en temps real a l’ordinador.

Pas 1: component necessari:

1. ESP32 (Tauler principal de processament també podeu utilitzar altres taules).

2. DHT11 o DHT-22. (DH22 proporciona una millor precisió)

3. DS18b20 (versió metàl·lica impermeable).

4. Sensor d’humitat del sòl.

5. Bomba d’aigua. (12 Volts).

6. Full de plàstic.

Ventilador de corrent continu de 7,12 volts.

8. Sensors de gas.

9. ULN2003.

10. Servomotor.

11. Full de vidre.

12. Full electrostàtic.

13. Relé de 12 volts.

14. BMP 180.

15. 7805 Regulador de tensió.

Condensador de 16.100uF, 10uF.

17. Llum de sostre del cotxe (LED o CFL). (El color es defineix més endavant).

18. Font d'alimentació SMPS (12 volts - 1A si conduïu la bomba des d'un subministrament separat, en cas contrari, fins a 2 amperes)

Pas 2: requisit de programari:

1. ID Arduino.

2. LABView

3. Instal·lació ESP32 a Arduino IDE.

4. Biblioteques ESP32. (Moltes biblioteques són diferents de les biblioteques Arduino).

Pas 3: Feu el contenidor i el sistema de reg:

Feu un envàs de plàstic de qualsevol mida segons els requisits o l’espai disponible. El material utilitzat per al contenidor és de plàstic, per tant, no es pot llençar per aigua (també es pot fer de metalls, però augmenta el cost i el pes, ja que hi ha un límit de pes del coet)

Problema: no hi ha gravetat a l’espai. Les gotes d’aigua queden lliures a l’espai (com es mostra a la imatge de N. A. S. A.) I mai arriben al fons del sòl, de manera que no es poden regar amb mètodes convencionals a l’espai.

També les petites partícules formen sòl flotant a l’aire.

Solució: poso canonades d'aigua petites al sòl (té petits forats) al centre i les canonades s'uneixen a la bomba. Quan la bomba s'encén surt de forats petits de la canonada al fons del sòl perquè arribi fàcilment a les arrels de la planta.

El ventilador petit s’uneix a la part superior de la cambra (l’aire flueix cap amunt i cap avall) de manera que proporciona pressió a les petites partícules i evita que suri fora de la cambra.

Ara poseu terra al contenidor.

Pas 4: Sensors del sòl:

Inserixo dos sensors al sòl. El primer és el sensor de temperatura (DS18b20 Waterproof). Que detecten la temperatura del sòl.

Per què hem de conèixer la temperatura i la humitat del sòl?

La calor és el catalitzador de molts processos biològics. Quan les temperatures del sòl són baixes (i els processos biològics són lents), certs nutrients no estan disponibles o estan menys disponibles per a les plantes. Això és particularment cert en el cas del fòsfor, que és el principal responsable de promoure el desenvolupament de les arrels i els fruits de les plantes. Per tant, cap calor significa que hi hagi menys nutrients que resultin en un creixement deficient. També les altes temperatures són perjudicials per a les plantes.

El segon és el sensor d’humitat. Què detecta la humitat del sòl si la humitat del sòl es redueix del límit predefinit, el motor s'encén, quan la humitat arriba al límit superior, el motor s'apaga automàticament. El límit superior i el límit inferior depenen i varien segons les plantes. Això es tradueix en un sistema de llaç tancat. L’aigua es fa automàticament sense interferències de la persona.

Nota. Necessitat d’aigua per a diferents plantes diferents. Per tant, cal ajustar el nivell mínim i màxim de l’aigua. Es pot fer des de potentímetre si utilitzeu una interfície digital, en cas contrari es pot canviar a la programació.

Pas 5: fabricació de parets de vidre

Hi ha parets a la part posterior del contenidor amb una pel·lícula electrostàtica. Atès que no hi ha cap camp magnètic que ens protegeixi dels vents solars. Faig servir una làmina de vidre senzilla però la cobreixo amb làmina electrostàtica. Les làmines electrostàtiques impedeixen la càrrega de partícules del vent solar. També és útil minimitzar l’efecte de la radiació a l’espai. també evita surar partícules d’aigua i de terra a l’aire.

Per què necessitem protecció electrostàtica?

El nucli de ferro fos de la Terra crea corrents elèctrics que produeixen línies de camp magnètic al voltant de la Terra similars a les associades amb un imant de barra ordinari. Aquest camp magnètic s’estén diversos milers de quilòmetres de la superfície de la Terra. El camp magnètic terrestre repel·leix les partícules de càrrega en forma de vent solar i evita l’entrada a l’atmosfera terrestre. Però no hi ha aquesta protecció disponible fora de la terra i en altres planetes. Per tant, necessitem un altre mètode artificial per protegir-nos, així com les plantes, d’aquestes partícules de càrrega. La pel·lícula electrostàtica és bàsicament una pel·lícula conductora, de manera que no permet entrar a les partícules de càrrega al seu interior.

Pas 6: construir l'obturador:

Cada planta té la seva pròpia necessitat de llum solar. L’exposició al sol durant molt de temps i les altes radiacions també són nocives per a les plantes. Les ales obturadores s’uneixen al costat del mirall i després es connecten als servomotors. Angle de l’ala d’obertura i permet l’entrada de llum que es manté pel circuit principal de processament

Un component de detecció de llum LDR (resistència dependent de la llum) està connectat al circuit de processament principal Com funciona aquest sistema:

1. En radiació i llum excessives (que és detectada per LDR) tanca les ales i elimina la llum que entra. 2. Cada planta té la seva pròpia necessitat de llum solar. Circuit de processament principal: tingueu en compte el temps per permetre la llum solar després d’aquest moment concret, els vents es tanquen. Evita la il·luminació addicional per arribar a la cambra.

Pas 7: detecció i control de l'entorn:

Les diferents plantes requereixen diferents condicions ambientals, com ara la temperatura i la humitat.

Temperatura: per detectar la temperatura ambiental s’utilitza el sensor DHT-11 (es pot utilitzar DHT 22 per aconseguir una alta precisió). Quan la temperatura augmenti o disminueix del límit prescrit, aviseu i engegueu el ventilador exterior.

Per què hem de mantenir la temperatura?

La temperatura a l'espai exterior és de 2,73 Kelvin (-270,42 centígrads, -454,75 Fahrenheit) al costat fosc (on el sol no brilla). La temperatura, orientada al sol, pot arribar a temperatures caloroses d’uns 121 ° C (250 graus F).

Mantenir la humitat:

La humitat és la quantitat de vapor d'aigua que hi ha a l'aire en relació amb la quantitat màxima de vapor d'aigua que l'aire pot contenir a una temperatura determinada.

Per què hem de mantenir la humitat?

Els nivells d’humitat afecten quan i com les plantes obren els estomes a la part inferior de les fulles. Les plantes fan servir estomes per transpirar o "respirar". Quan el clima és càlid, una planta pot tancar els estomes per reduir les pèrdues d’aigua. Els estomes també actuen com un mecanisme de refredament. Quan les condicions ambientals són massa càlides per a una planta i tanca els estomes durant massa temps en un esforç per conservar l’aigua, no té manera de moure les molècules de diòxid de carboni i oxigen, provocant lentament que la planta s’ofegui amb el vapor d’aigua i els seus propis gasos transpirats..

A causa de l'evaporació (de la planta i del sòl) la humitat augmenta ràpidament. No només és nociu per a les plantes, sinó també per al sensor i el mirall de vidre. Es pot descuidar de dues maneres.

1. El paper de plàstic a la part superior de la superfície evita la humitat fàcilment. El paper de plàstic s’estén per la superfície superior del sòl i s’obre al substrat i les llavors (la planta hi creix). També és útil durant el reg.

El problema d’aquest mètode és que les plantes amb arrels més grans necessiten aire al sòl i a les arrels. la bossa de plàstic atura l’aire per arribar completament a les arrels.

2. Els ventiladors petits estan units al sostre superior de la cambra. La humitat a la cambra és sensible per l'higròmetre incorporat a (DHT-11 i DHT-22). Quan s'augmenta la humitat dels ventiladors límit, els ventiladors límit inferior s'aturen.

Pas 8: elimineu la gravetat:

A causa de la gravetat, les tiges creixen cap amunt o allunyades del centre de la Terra i cap a la llum. Les arrels creixen cap avall o cap al centre de la Terra i allunyades de la llum. Sense la gravetat, la planta no va heretar la capacitat d’orientar-se.

Hi ha dos mètodes per eliminar la gravetat

1. Gravetat artificial:

La gravetat artificial és la creació d’una força inercial que imita els efectes d’una força gravitatòria, generalment per resultat de la rotació en produir forces centrífugues. Aquest procés també s’anomena pseudo-gravetat.

Aquest mètode és massa car i és molt difícil. hi ha massa possibilitats de fracàs. A més, aquest mètode no es pot provar correctament a la terra.

2. Utilització de substrat: aquest mètode és massa fàcil i també és efectiu. Les llavors es guarden dins d'una bossa petita que es diu Substrat Les llavors es mantenen sota un substrat que proporciona una direcció correcta a les arrels i les fulles, tal com es mostra a la imatge. Ajuda a fer créixer les arrels cap avall i a plantar les fulles cap amunt.

És un drap amb forats. Com que les llavors són a l’interior, permet l’entrada d’aigua i també permet que les arrels surten i penetren al sòl. La llavor es manté a menys de 3 a 4 polzades de profunditat sota el sòl.

Com posar llavors a terra i mantenir la seva posició ??

Vaig tallar una làmina de plàstic de 4 a 5 polzades de llargada i vaig formar una ranura al davant. Col·loqueu aquesta eina a la meitat de la longitud d'aquest drap (costat de la ranura). Poseu la llavor a la ranura i embolcalleu la tela. Ara introduïu aquesta eina al sòl. Traieu les eines del sòl perquè les llavors i el substrat entren al sòl.

Pas 9: llum artificial del sol:

A la llum solar de l'espai no és possible tot el temps, de manera que pot ser necessària la llum solar artificial. Això es fa amb CFL i els llums LED recentment venuts. Utilitzo llum CFL que té un color blau i vermell no massa brillant. Aquests llums muntats al sostre superior de la cambra. Això proporciona un espectre complet de llum (els CFL s’utilitzen quan es necessita una llum amb alta temperatura, mentre que els LED s’utilitzen quan les plantes no requereixen calefacció o baixa calefacció. Això es pot accionar manualment, remotament de forma automàtica (controlat pel circuit de processament principal).

Per què faig servir la combinació de color blau i vermell?

La llum blava s’adapta al pic d’absorció de les clorofil·les, que fan la fotosíntesi per produir sucres i carbonis. Aquests elements són essencials per al creixement de les plantes, ja que són els components bàsics de les cèl·lules vegetals. No obstant això, la llum blava és menys eficaç que la llum vermella per conduir la fotosíntesi. Això es deu al fet que la llum blava pot ser absorbida per pigments d’eficiència inferior com els carotenoides i pigments inactius com les antocianines. Com a resultat, hi ha una reducció de l'energia de la llum blava que la fa arribar als pigments de la clorofil·la. Sorprenentment, quan algunes espècies es conreen només amb llum blava, la biomassa vegetal (pes) i la taxa de fotosíntesi són similars a les plantes cultivades amb llum vermella.

Pas 10: supervisió visual:

Utilitzo LABview per a la supervisió i control visual de dades també perquè LABview és un programari molt flexible. Adquisició de dades d'alta velocitat i fàcil d'operar. Es pot connectar per cable o sense fil al circuit de processament principal. Les dades provinents del circuit de processament principal (ESP-32) es formaten a la pantalla LABview.

Passos a seguir:

1. Instal·leu i descarregueu LABview. (no cal instal·lar complements Arduino)

2. Executeu el codi vi que es mostra a continuació.

3. Connecteu el port USB al vostre PC.

4. Pengeu el codi Arduino.

5. El port COM es mostra al vostre labview (si les finestres per a Linux i MAC "dev / tty") i l'indicador indiquen que el vostre port està connectat o no.

6. Acaba !! Dades de diversos sensors que es mostren a la pantalla.

Pas 11: Prepareu el maquinari (circuit):

El diagrama del circuit es mostra a la figura. també podeu descarregar el PDF que es mostra a continuació.

Consta de les següents parts:

Circuit principal de processament:

Es pot utilitzar qualsevol placa compatible amb arduino com ara arduino uno, nano, mega, nodeMCU i STM-32. però l'ús de l'ESP-32 per la següent raó:

1. Té un sensor de temperatura incorporat, de manera que en situacions d’alta temperatura és possible posar el processador en mode de repòs profund.

2. El processador principal està blindat amb metall de manera que hi ha menys efecte de radiació.

3. El sensor d’efecte hall intern s’utilitza per detectar el camp magnètic al voltant dels circuits.

Secció del sensor:

Tots els sensors funcionen amb una font d’alimentació de 3,3 volts. El regulador de tensió a l’interior de l’ESP-32 proporciona un corrent baix perquè es pugui sobreescalfar. Per evitar això, s’utilitza un regulador de voltatge LD33.

Node: he aplicat un subministrament de 3,3 volts perquè utilitzava ESP-32 (també el mateix per a nodeMCU i STM-32). Si feu servir arduino, també podeu utilitzar 5 volts

Font d'alimentació principal:

S'utilitza SMPS de 12 volts i 5 amperes. també podeu utilitzar una font d'alimentació regulada amb transformador, però és d'alimentació lineal, de manera que està dissenyada per a una tensió d'entrada específica, de manera que la sortida canviarà a mesura que canviem de 220 a 110 volts. (La font d'alimentació de 110 volts està disponible a ISS)

Pas 12: Prepareu el programari:

Passos a seguir:

1. Instal·lació d'Arduino: si no teniu arduino, podeu descarregar-lo des de l'enllaç

www.arduino.cc/ca/main/software

2. Si teniu NodeMCU, seguiu aquests passos per afegir-lo amb arduino:

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

3. Si utilitzeu ESP-32, seguiu aquests passos per afegir-lo amb arduino:

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

4. Si utilitzeu ESP-32 (la senzilla biblioteca DHT11 no pot funcionar correctament amb ESP-32) podeu descarregar-la des d'aquí:

github.com/beegee-tokyo/DHTesp

Pas 13: prepareu LABview:

1. Descarregueu LABview des d’aquest enllaç

www.ni.com/en-in/shop/labview.html?cid=Paid_Search-129008-India-Google_ESW1_labview_download_exact&gclid=Cj0KCQjw4s7qBRCcAAAAAAA

2. Descarregueu el fitxer vi.

3. Connecteu el port USB. El port de mostra de l’indicador està connectat o no.

fet !!!!