Camera de creștere a plantelor inteligente: 13 pași

2024 Autor: John Day | [email protected]. Modificat ultima dată: 2024-01-30 11:43

Am venit cu o idee nouă, care este camera inteligentă de creștere a plantelor. Creșterea plantelor în spațiul cosmic a suscitat un interes științific. În contextul zborurilor spațiale umane, acestea pot fi consumate ca alimente și / sau oferă o atmosferă răcoritoare. folosiți perne de plante pentru a cultiva alimente în Stația Spațială Internațională.

Așa că îmi vine ideea de a merge mai departe.

Probleme pentru cultivarea alimentelor în spațiu:

Gravitatie:

Principalul obstacol este creșterea alimentelor în spațiu, afectează creșterea plantelor în mai multe moduri:.

2 Apa nu poate ajunge la rădăcinile plantei, deoarece nu există gravitație.

3 Creșterea rădăcinilor afectează și gravitația. (rădăcinile plantei merg în jos și planta crește în sus) Deci rădăcinile plantelor nu cresc niciodată în direcția corectă.

Radiații:

1. Există multă radiație în spațiu, deci este dăunătoare pentru plante.

2. Radiația din vântul solar afectează și plantele.

3. O mulțime de raze ultraviolete, de asemenea, dăunătoare pentru plante.

Temperatura:

1. Există o mulțime de variații de temperatură în spațiu (temperatura poate crește până la sute de grade și până la minus sute de grade).

2. temperatura crește evaporarea apei, astfel plantele nu pot supraviețui în spațiu.

Monitorizarea:

1. Monitorizarea plantelor este foarte dificilă în spațiu, deoarece persoana monitorizează continuu mulți factori, cum ar fi temperatura, apa și radiațiile.

2. Diferite plante necesită diferite resurse, dacă există diferite plante, monitorizarea devine mai dificilă.

Așa că am o idee că încercarea de a elimina toate aceste obstacole. Este o cameră pentru cultivarea alimentelor în spațiu la un cost foarte mic. Conține toate resursele și tehnologia construită în care depășesc multe dificultăți. Deci, să ne uităm !!!

De ce este capabilă această cameră:

1. Elimină efectul gravitației.

2. Furnizarea de apă adecvată rădăcinilor plantelor. (Controlabil - manual, automat)

3. Furnizarea de iluminat artificial plantelor pentru fotosinteză.

4. Minimizați efectul radiațiilor.

5. Detectarea mediului, cum ar fi temperatura solului, umiditatea, temperatura mediului, umiditatea, radiația, presiunea și afișarea datelor în timp real pe computer.

Pasul 1: Componenta necesară:

1. ESP32 (Placă de procesare principală puteți utiliza și alte plăci).

2. DHT11 sau DHT-22. (DH22 oferă o precizie mai bună)

3. DS18b20 (versiune metalică rezistentă la apă).

4. Senzor de umiditate a solului.

5. Pompa de apă. (12Volt).

6. Foaie de plastic.

Ventilator de curent continuu de 7,12 volți.

8. Senzori de gaz.

9. ULN2003.

10. Servomotor.

11. Foaie de sticlă.

12. Foaie electrostatică.

13. Releu de 12 volți.

14. BMP 180.

15. 7805 Regulator de tensiune.

16.100uF, condensator 10uF.

17. Lumină de acoperiș auto (LED sau CFL). (Culoarea este definită în continuare).

18. Alimentare SMPS (12 volt - 1A dacă conduceți pompa de la o sursă separată, altfel până la 2 amperi)

Pasul 2: Cerințe software:

1. IDE Arduino.

2. LABView

3. Instalarea ESP32 în Arduino IDE.

4. Biblioteci ESP32. (Multe biblioteci sunt diferite de bibliotecile Arduino).

Pasul 3: Faceți recipientul și sistemul de udare:

Realizați un recipient din plastic de orice dimensiune în funcție de cerință sau spațiu disponibil. Materialul folosit pentru container este din plastic, deci nu se poate arunca prin apă (se poate face și din metale, dar crește costul și, de asemenea, greutatea, deoarece există o limită de greutate a rachetei)

Problemă: nu există gravitație în spațiu. Picăturile de apă rămân libere în spațiu (așa cum se arată în imaginea lui N. A. S. A.) Și nu ajung niciodată în fundul solului, astfel încât udarea cu metode convenționale nu este posibilă în spațiu.

De asemenea, particulele mici formează solul plutind în aer.

Soluție: Am pus țevi mici de apă în sol (are găuri mici) în centru și țevile sunt atașate la pompă. Când pompa pornește apa ies din găuri mici ale țevii până la fundul solului, astfel încât să ajungă cu ușurință la rădăcinile plantei.

Ventilatorul mic este atașat deasupra camerei (aerul curge în sus în jos), astfel încât să ofere presiune particulelor mici și să evite să plutească în afara camerei.

Acum puneți solul în recipient.

Pasul 4: senzori de sol:

introduc doi senzori în sol. Primul este senzorul de temperatură (DS18b20 Waterproof). Care detectează temperatura solului.

De ce trebuie să cunoaștem temperatura și umiditatea solului?

Căldura este catalizatorul multor procese biologice. Când temperatura solului este scăzută (iar procesele biologice sunt lente), anumiți nutrienți sunt indisponibili sau mai puțin disponibili pentru plante. Acest lucru este valabil mai ales în cazul fosforului, care este în mare parte responsabil pentru promovarea dezvoltării rădăcinilor și a fructelor din plante. Deci, fără căldură înseamnă mai puțini nutrienți rezultă o creștere slabă. De asemenea, temperatura ridicată dăunează plantelor.

Al doilea este senzorul de umiditate. Care detectează umiditatea solului dacă umezeala din sol se reduce de la limita predefinită, motorul pornește, când umezeala atinge limita superioară motorul se oprește automat. Limita superioară și limita inferioară depind și variază de la plante la plante. Acest lucru are ca rezultat un sistem cu buclă închisă. Apa se face automat fără interferența persoanei.

Notă. Necesarul de apă pentru diferite pentru diferite plante. Deci, este necesar să reglați nivelul minim și maxim al apei. Se poate face de la potentio-metru dacă utilizați interfața digitală, altfel poate fi modificată în programare.

Pasul 5: Realizarea pereților din sticlă

Există pereți pe partea din spate a containerului cu film electrostatic pe el. Deoarece nu există câmp magnetic care să ne protejeze de vânturile solare. Folosesc o foaie simplă de sticlă, dar o acoper cu o foaie electrostatică. Foaia electrostatică previne încărcarea particulelor de vânt solar. De asemenea, este util să minimizați efectul radiațiilor în spațiu. de asemenea, evită să plutească solul și particulele de apă în aer.

De ce avem nevoie de protecție electrostatică?

Miezul de fier topit al Pământului creează curenți electrici care produc linii de câmp magnetic în jurul Pământului similare cu cele asociate cu un magnet obișnuit. Acest câmp magnetic se extinde la câteva mii de kilometri de la suprafața Pământului. Câmpul magnetic al Pământului respinge particulele de încărcare sub formă de vânt solar și evită să intre în atmosfera pământului. Dar nu există o astfel de protecție disponibilă în afara pământului și pe alte planete. Deci, avem nevoie de alte metode artificiale care să ne protejeze, precum și plantele de aceste particule de încărcare. Filmul electrostatic este practic un film conductiv, astfel încât nu permite pătrunderea particulelor de încărcare în interior.

Pasul 6: Construirea obturatorului:

Fiecare plantă are nevoie de lumină solară. Expunerea la soare pentru o lungă perioadă de timp și radiațiile ridicate, de asemenea, dăunătoare pentru plante. Aripile obturatorului sunt atașate pe partea laterală a oglinzii, apoi sunt conectate la servomotoare. Unghiul aripii de deschidere și permite intrarea luminii, care este menținută de circuitul principal de procesare

O componentă de detectare a luminii LDR (rezistență dependentă de lumină) este conectată la circuitul principal de procesare Cum funcționează acest sistem:

1. În cazul radiației și luminii excesive (care este detectată de LDR), acesta închide aripile și elimină lumina pentru a intra. 2. Fiecare plantă are propria sa nevoie de lumină solară. Circuitul principal de procesare notează timpul pentru a permite lumina soarelui după această oră specială, vânturile sunt închise. Evită iluminarea suplimentară pentru a ajunge în cameră.

Pasul 7: Controlul și detectarea mediului:

Diferite plante necesită condiții de mediu diferite, cum ar fi temperatura și umiditatea.

Temperatură: Pentru a detecta temperatura mediului este utilizat senzorul DHT-11 (DHT 22 poate fi utilizat pentru a obține o precizie ridicată). Când temperatura crește sau scade de la limita prescrisă, avertizați și porniți ventilatorul exterior.

De ce trebuie să menținem temperatura?

Temperatura în spațiul cosmic este de 2,73 Kelvin (-270,42 Celsius, -454,75 Fahrenheit) în partea întunecată (unde soarele nu strălucește). Partea orientată spre soare, temperatura poate atinge temperaturi fierbinți fierbinți de aproximativ 121 C (250 grade F).

Mențineți umiditatea:

Umiditatea este cantitatea de vapori de apă din aer în raport cu cantitatea maximă de vapori de apă pe care aerul o poate păstra la o anumită temperatură.

De ce trebuie să menținem umiditatea?

Nivelurile de umiditate afectează momentul și modul în care plantele deschid stomatele pe partea inferioară a frunzelor. Plantele folosesc stomate pentru a transpira sau „respira”. Când vremea este caldă, o plantă își poate închide stomatele pentru a reduce pierderile de apă. Stomele acționează și ca un mecanism de răcire. Când condițiile ambientale sunt prea calde pentru o plantă și își închide stomatele prea mult timp într-un efort de conservare a apei, nu are nicio modalitate de a mișca moleculele de dioxid de carbon și oxigen, provocând încet planta să se sufoce cu vapori de apă și cu propriile sale gaze transpirate..

Datorită evaporării (din plante și sol) umiditatea crește rapid. Nu numai că dăunează plantelor, dar dăunează și senzorului și oglinzii din sticlă. Poate fi neglijat în două moduri.

1. Hârtia de plastic de pe suprafață împiedică umiditatea cu ușurință. Hârtia de plastic este împrăștiată pe suprafața superioară a solului cu deschiderea în acesta pentru substrat și semințe (planta crește în ea). De asemenea, este util în timpul udării.

Problema acestei metode este că plantele cu rădăcini mai mari au nevoie de aer în sol și rădăcini. punga de plastic oprește aerul pentru a-și atinge rădăcinile complet.

2. Ventilatoarele mici sunt atașate pe acoperișul superior al camerei. Umiditatea în cameră este percepută de Higrometru care este încorporat în (DHT-11 și DHT-22). Când umiditatea crește de la ventilatoarele limită sunt pornite automat, la limita inferioară ventilatoarele sunt oprite.

Pasul 8: Elimină gravitatea:

Datorită gravitației, tulpinile cresc în sus sau departe de centrul Pământului și către lumină. Rădăcinile cresc în jos sau spre centrul Pământului și departe de lumină. Fără gravitație, planta nu a moștenit capacitatea de a se orienta.

Există două metode de eliminare a gravitației

1. Gravitația artificială:

Gravitația artificială este crearea unei forțe inerțiale care imită efectele unei forțe gravitaționale, de obicei prin rezultatul rotației asupra producerii forțelor centrifuge. Acest proces este numit și pseudo-gravitație.

Această metodă este prea costisitoare și foarte dificilă. există prea multe șanse de eșec. De asemenea, această metodă nu poate fi testată corect pe pământ.

2. Utilizarea substratului: Aceasta este o metodă prea ușoară și, de asemenea, eficientă. Semințele sunt păstrate într-o pungă mică, care se numește Substratul de semințe este păstrat sub substrat, care oferă direcția corectă către rădăcini și frunze, așa cum se arată în imagine. Ajută la creșterea rădăcinilor în jos și plantarea frunzelor în sus.

Este o cârpă cu găuri. Deoarece semințele sunt în interior, permite apei să intre și permite, de asemenea, rădăcinilor să iasă și să pătrundă în sol. Semința este păstrată sub o adâncime de 3 până la 4 inci sub sol.

Cum să puneți semințele sub sol și să le păstrați poziția ??

Am tăiat foaia de plastic cu lungimea de 4 până la 5 inci și formez o canelură în fața ei. Așezați instrumentul pe jumătatea lungimii acestei pânze (partea canelată). Puneți semințele în canelură și înfășurați cârpa. Acum introduceți acest instrument în sol. Scoateți instrumentul din sol, astfel încât sămânța și substratul să intre în sol.

Pasul 9: Lumina soarelui artificială:

În spațiul soarelui tot timpul nu este posibil, astfel încât poate fi necesară o lumină artificială a soarelui. Acest lucru este realizat de CFL și de noile lumini LED. Folosesc lumină CFL, care este de culoare albastră și roșie, nu prea strălucitoare. Aceste lumini montate pe acoperișul superior al camerei. Acest lucru oferă un spectru complet de lumină (CFL-urile sunt utilizate atunci când este necesară o lumină cu temperatură ridicată, în timp ce LED-urile sunt utilizate atunci când instalațiile nu necesită încălzire sau încălzire redusă. Acest lucru poate fi acționat manual, de la distanță automat (controlat de circuitul principal de procesare).

De ce folosesc combinația de culoare albastră și roșie?

Lumina albastră se potrivește cu vârful de absorbție al clorofilelor, care fac fotosinteza pentru a produce zaharuri și carboni. Aceste elemente sunt esențiale pentru creșterea plantelor, deoarece acestea sunt elementele de bază pentru celulele plantelor. Cu toate acestea, lumina albastră este mai puțin eficientă decât lumina roșie pentru conducerea fotosintezei. Acest lucru se datorează faptului că lumina albastră poate fi absorbită de pigmenți cu eficiență mai mică, cum ar fi carotenoizii și pigmenți inactivi, cum ar fi antocianine. Ca rezultat, există o reducere a energiei luminii albastre care o face să ajungă la pigmenții clorofilei. În mod surprinzător, când unele specii sunt cultivate doar cu lumină albastră, biomasa plantelor (greutatea) și rata de fotosinteză sunt similare cu o plantă cultivată doar cu lumină roșie.

Pasul 10: Monitorizare vizuală:

Folosesc LABview pentru monitorizarea vizuală a datelor și pentru control, deoarece LABview este un software foarte flexibil. Achiziție de date de mare viteză și ușor de operat. Poate fi conectat prin cablu sau fără cablu la circuitul principal de procesare. Datele provenite din circuitul principal de procesare (ESP-32) sunt formatate în afișat pe LABview.

Pașii de urmat:

1. Instalați LABview și descărcați. (nu este nevoie să instalați programe de completare Arduino)

2. Rulați codul vi dat mai jos.

3. Conectați portul USB la computer.

4. Încărcați codul Arduino.

5. Portul COM este afișat în labview (dacă Windows pentru Linux și MAC „dev / tty”) și indicatorul arată că portul este conectat sau nu.

6. Termină !! Date de la diferiți senzori afișați pe ecran.

Pasul 11: Pregătiți hardware (circuit):

Schema circuitului este prezentată în figură. de asemenea, puteți descărca PDF-ul dat mai jos.

Se compune din următoarele părți:

Circuitul principal de procesare:

Orice placă compatibilă cu arduino poate fi utilizată precum arduino uno, nano, mega, nodeMCU și STM-32. dar ESP-32 se utilizează din următorul motiv:

1. Are senzor de temperatură încorporat, astfel încât în situații de temperatură ridicată este posibilă punerea procesorului în modul de adormire profundă.

2. Procesorul principal este protejat cu metal, astfel încât să existe un efect de radiație mai redus.

3. Senzorul de efect intern al holului este utilizat pentru a detecta câmpul magnetic din jurul circuitelor.

Secțiunea senzorului:

Toți senzorii rulează pe o sursă de alimentare de 3,3 volți. Regulatorul de tensiune din interiorul ESP-32 asigură un curent redus, astfel încât să poată fi supraîncălzit. Pentru a evita acest regulator de tensiune LD33 este utilizat.

Nod: Am aplicat o sursă de 3,3 volți, deoarece foloseam ESP-32 (De asemenea, același lucru pentru nodeMCU și STM-32). Dacă utilizați arduino, puteți utiliza și 5 volți

Alimentare principală:

Se utilizează SMPS de 12 volți și 5 amp. puteți utiliza, de asemenea, sursă de alimentare reglată cu transformator, dar este o sursă liniară, deci este concepută pentru o tensiune specifică de intrare, astfel încât ieșirea va fi schimbată pe măsură ce comutăm 220 volți la 110 volți. (Sursa de 110 volți este disponibilă în ISS)

Pasul 12: Pregătiți software-ul:

Pașii de urmat:

1. Instalarea Arduino: Dacă nu aveți arduino, puteți descărca de pe link

www.arduino.cc/en/main/software

2. Dacă aveți NodeMCU Urmați acești pași pentru ao adăuga cu arduino:

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

3. Dacă utilizați ESP-32 Urmați acești pași pentru ao adăuga cu arduino:

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

4. Dacă utilizați ESP-32 (biblioteca simplă DHT11 nu poate funcționa corect cu ESP-32) puteți descărca de aici:

github.com/beegee-tokyo/DHTesp

Pasul 13: Pregătiți LABview:

1. Descărcați LABview de pe acest link

www.ni.com/en-in/shop/labview.html?cid=Paid_Search-129008-India-Google_ESW1_labview_download_exact&gclid=Cj0KCQjw4s7qBRCAlCYAAAAA

2. Descărcați fișierul vi.

3. Conectați portul USB. Portul de afișare a indicatorului este conectat sau nu.

Terminat!!!!