Pametna komora za rast rastlin: 13 korakov

2024 Avtor: John Day | [email protected]. Nazadnje spremenjeno: 2024-01-30 12:04

Prišel sem do nove ideje, ki je pametna komora za rast rastlin. Rast rastlin v vesolju je vzbudila veliko znanstvenega zanimanja. V okviru človeških vesoljskih poletov jih je mogoče zaužiti kot hrano in/ali zagotoviti osvežujoče vzdušje. uporabite rastlinske blazine za pridelavo hrane na Mednarodni vesoljski postaji.

Zato se mi poraja ideja, da bi stopil še dlje.

Težave pri pridelavi hrane v vesolju:

Gravitacija:

Glavna ovira pri pridelavi hrane v vesolju vpliva na rast rastlin na več načinov: 1 rastlin ne morete pravilno zalivati, ker ni gravitacije, zato vode ni mogoče zagotoviti z brizgalkami in drugimi običajnimi metodami, ki se uporabljajo na zemlji.

2 Voda ne more priti do korenin rastline, ker ni gravitacije.

3 Na rast korenin vpliva tudi gravitacija. (korenine rastline gredo navzdol in rastlina raste navzgor) Torej korenine rastlin nikoli ne rastejo v pravo smer.

Sevanje:

1. V vesolju je veliko sevanja, zato je škodljivo za rastline.

2. Sevanje iz sončnega vetra vpliva tudi na rastline.

3. Veliko ultravijoličnih žarkov je škodljivo tudi za rastline.

Temperatura:

1. V prostoru je veliko temperaturnih nihanj (temperatura se lahko dvigne do sto stopinj in navzdol do minus sto stopinj).

2. povečanje temperature izhlapevanje vode, tako da rastline ne morejo preživeti v vesolju.

Spremljanje:

1. Spremljanje rastlin je v vesolju zelo težko, ker oseba stalno spremlja številne dejavnike, kot so temperatura, voda in sevanje.

2. Različne rastline zahtevajo različne potrebe po virih. Če obstajajo različne rastline, je spremljanje oteženo.

Zato pridem na idejo, da poskušam odpraviti vse te ovire. Je komora za pridelavo hrane v vesolju po zelo nizki ceni. Vsebuje vgrajene vire in tehnologijo, ki premaga številne težave. Pa poglejmo !!!

Kaj zmore ta komora:

1. Odpravite učinek gravitacije.

2. Zagotavljanje ustrezne vode koreninam rastlin. (Upravljano - ročno, samodejno)

3. Zagotavljanje umetne razsvetljave rastlin za fotosintezo.

4. Zmanjšajte učinek sevanja.

5. Občutljivo okolje, kot so temperatura tal, vlaga, temperatura okolja, vlažnost, sevanje, tlak in prikaz podatkov v realnem času na računalniku.

1. korak: Potrebna komponenta:

1. ESP32 (glavna procesorska plošča, lahko uporabite tudi druge plošče).

2. DHT11 ali DHT-22. (DH22 zagotavlja boljšo natančnost)

3. DS18b20 (vodoodporna kovinska različica).

4. Senzor vlažnosti tal.

5. Vodna črpalka. (12 voltov).

6. List iz plastike.

7.12 voltni enosmerni ventilator.

8. Senzorji za plin.

9. ULN2003.

10. Servo motor.

11. Steklena pločevina.

12. Elektrostatična folija.

13. 12 voltni rele.

14. BMP 180.

15. 7805 Regulator napetosti.

16.100uF, 10uF kondenzator.

17. Luč za streho avtomobila (LED ali CFL) (barva je določena nadalje).

18. Napajanje SMPS (12 voltov - 1A, če črpalko poganjate iz ločenega napajanja, sicer do 2 ampera)

2. korak: Zahteve glede programske opreme:

1. Arduino IDE.

2. LABView

3. Namestitev ESP32 v Arduino IDE.

4. Knjižnice ESP32. (Mnoge knjižnice se razlikujejo od knjižnic Arduino).

3. korak: Naredite posodo in zalivalni sistem:

Naredite plastično posodo katere koli velikosti glede na zahteve ali razpoložljiv prostor. Material, uporabljen za posodo, je plastičen, zato ga ni mogoče odstraniti z vodo (lahko tudi iz kovin, vendar poveča stroške in tudi težo, ker obstaja omejitev teže rakete)

Problem: V vesolju ni gravitacije. Kapljice vode ostanejo proste v vesolju (kot prikazuje slika N. A. S. A.) In nikoli ne dosežejo dna zemlje, zato zalivanje s konvencionalnimi metodami v vesolju ni mogoče.

Tudi majhni delci tvorijo zemljo, ki plava v zraku.

Rešitev: Majhne vodovodne cevi postavim v zemljo (ima majhne luknje) na sredini in cevi so pritrjene na črpalko. Ko vklopi črpalko, voda priteče iz majhnih lukenj cevi na dno zemlje, tako da zlahka seže do korenin rastline.

Majhen ventilator je pritrjen na vrh komore (zrak teče navzgor navzdol), tako da zagotavlja pritisk na majhne delce in se izogiba plavanju zunaj komore.

Zdaj dajte zemljo v posodo.

4. korak: Senzorji tal:

v tla vstavim dva senzorja. Prvi je temperaturni senzor (DS18b20 vodoodporen). Ki zaznavajo temperaturo tal.

Zakaj moramo poznati temperaturo in vlažnost tal?

Toplota je katalizator številnih bioloških procesov. Ko so temperature tal nizke (in biološki procesi se upočasnijo), so nekatera hranila nedostopna ali manj dostopna rastlinam. To še posebej velja za fosfor, ki je v veliki meri odgovoren za spodbujanje razvoja korenin in plodov v rastlinah. Torej, brez toplote pomeni, da manj hranil povzroči slabo rast. Tudi visoke temperature so škodljive za rastline.

Drugi je senzor vlažnosti. Ki zazna vlažnost tal, če se vlaga v tleh zmanjša od vnaprej določene meje, se motor vklopi, ko vlaga doseže zgornjo mejo, se motor samodejno izklopi. Zgornja in spodnja meja sta odvisna in se razlikujeta od rastline do rastline. Posledica tega je sistem zaprte zanke. Voda se samodejno dovaja brez motenj osebe.

Opomba. Različne potrebe po vodi za različne rastline. Zato je treba prilagoditi minimalni in maksimalni nivo vode. To lahko storite s potenciometrom, če uporabljate digitalni vmesnik, sicer ga lahko spremenite v programiranju.

5. korak: Izdelava steklenih sten

Na zadnji strani posode so stene z elektrostatično folijo. Ker ni magnetnega polja, ki bi nas ščitilo pred sončnimi vetrovi. Uporabljam preprosto stekleno ploščo, vendar jo prekrijem z elektrostatično folijo. Elektrostatična folija preprečuje nabijanje delcev sončnega vetra. Prav tako je koristno zmanjšati učinek sevanja v vesolju. izogiba se tudi plavanju tal in vodnih delcev v zrak.

Zakaj potrebujemo elektrostatično zaščito?

Zemljino staljeno železno jedro ustvarja električne tokove, ki po Zemlji proizvajajo črte magnetnega polja, podobne tistim, povezanim z navadnim palčnim magnetom. To magnetno polje se razteza več tisoč kilometrov od površine Zemlje. Zemljino magnetno polje odbija delce naboja v obliki sončnega vetra in se izogiba vstopu v zemeljsko atmosfero. Toda zunaj Zemlje in na drugih planetih ni take zaščite. Zato potrebujemo druge umetne metode, ki nas in rastline ščitijo pred naboji. Elektrostatična folija je v bistvu prevodna folija, zato ne dovoljuje vnosa nabitih delcev v notranjost.

6. korak: Izdelava polkna:

Vsaka rastlina potrebuje sončno svetlobo. Dolgotrajna izpostavljenost soncu in močno sevanje sta tudi škodljiva za rastline. Krila lopute so pritrjena zunaj ogledala in nato priključena na servo motorje. Kot odpiranja krila in omogočanje vstopa svetlobe, ki jo vzdržuje glavno procesno vezje

Komponenta za zaznavanje svetlobe LDR (od svetlobe odvisen upor) je priključena na glavno procesno vezje Kako deluje ta sistem:

1. Pri prekomernem sevanju in svetlobi (kar zazna LDR) zapre krila in izloči svetlobo, ki vstopi. 2. Vsaka rastlina potrebuje lastno sončno svetlobo. Glavni tokokrog procesnega toka opazi čas, ki dovoljuje sončni svetlobi po tem času, ko se vetrovi zaprejo. Tako se izognete dodatni svetlobi v komori.

7. korak: Zaznavanje in nadzor okolja:

Različne rastline zahtevajo drugačne pogoje okolja, kot sta temperatura in vlaga.

Temperatura: Za zaznavanje temperature okolja se uporablja senzor DHT-11 (za doseganje visoke natančnosti je mogoče uporabiti DHT 22). Ko se temperatura dvigne ali zniža od predpisane meje, opozorite in vklopite zunanji ventilator.

Zakaj moramo vzdrževati temperaturo?

Temperatura v vesolju je 2,73 Kelvina (-270,42 Celzija, -454,75 Fahrenheita) na temni strani (kjer sonce ne sije). Temperatura, obrnjena proti soncu, lahko doseže vroče temperature do 121 ° C (250 stopinj F).

Ohranjanje vlažnosti:

Vlažnost je količina vodne pare v zraku glede na največjo količino vodne pare, ki jo zrak lahko zadrži pri določeni temperaturi.

Zakaj moramo vzdrževati vlažnost?

Ravni vlažnosti vplivajo na to, kdaj in kako rastline odprejo stomate na spodnji strani listov. Rastline uporabljajo stomate za dihanje ali "dihanje". Ko je vreme toplo, lahko rastlina zapre stomate, da zmanjša izgubo vode. Stome delujejo tudi kot hladilni mehanizem. Kadar so pogoji okolja za rastlino pretoplo in predolgo zapira svoje stomate, da bi ohranila vodo, nima možnosti premikanja molekul ogljikovega dioksida in kisika, zaradi česar se rastlina počasi zaduši zaradi vodne pare in lastnih izpuščenih plinov.

Zaradi izhlapevanja (iz rastlin in tal) vlažnost hitro narašča. To ni samo škodljivo za rastline, ampak tudi za senzor in stekleno ogledalo. To lahko zanemarimo na dva načina.

1. Plastični papir na površini zlahka preprečuje vlago. Plastični papir se razprostira na zgornji površini zemlje z odprtino za substrat in seme (rastlina raste v njem). Pomaga tudi med zalivanjem.

Problem te metode je, da rastline z večjimi koreninami potrebujejo zrak v zemljo in korenine. plastična vrečka ustavi zrak, da popolnoma doseže korenine.

2. Majhni ventilatorji so pritrjeni na zgornjo streho komore. Vlažnost v komori zaznava vgrajen higrometer (DHT-11 in DHT-22). Ko se povečanje vlažnosti pri mejnih ventilatorjih samodejno vklopi, se pri spodnji meji ventilatorji ustavijo.

8. korak: Odstranite gravitacijo:

Zaradi gravitacije stebla rastejo navzgor ali stran od središča Zemlje in proti svetlobi. Korenine rastejo navzdol ali proti središču Zemlje in stran od svetlobe. Brez gravitacije rastlina ni podedovala sposobnosti orientacije.

Obstajata dva načina za odpravo gravitacije

1. Umetna gravitacija:

Umetna gravitacija je ustvarjanje vztrajnostne sile, ki posnema učinke gravitacijske sile, običajno z vrtenjem na nastanek centrifugalnih sil. Ta proces se imenuje tudi psevdo gravitacija.

Ta metoda je predraga in zelo težka. obstaja preveč možnosti za neuspeh. Tudi te metode ni mogoče ustrezno preizkusiti na zemlji.

2. Uporaba podlage: To je preveč enostavna metoda in tudi krpa učinkovita. Semena hranimo v majhni vrečki, ki se imenuje Substratno seme. Hranimo pod substratom, ki daje pravo smer koreninam in listom, kot je prikazano na sliki. Pomaga pri rasti korenin navzdol in rastlinskih listov navzgor.

To je krpa z luknjami. Ker so semena notri, omogočajo vstop vode in tudi koreninam, da pridejo ven in prodrejo v zemljo. Seme hranimo pod zemljo do globine 3 do 4 palcev.

Kako dati seme pod zemljo in ohraniti njegov položaj ??

Odrežem plastično folijo dolžine 4 do 5 in na njej oblikujem utor. Orodje položite na polovico dolžine krpe (stran od utora). Seme vstavite v utor in zavijte krpo. Zdaj vstavite to orodje v zemljo. Orodje vzemite iz zemlje, tako da semena in substrat pridejo v zemljo.

9. korak: Umetna sončna svetloba:

Pri vesoljski sončni svetlobi ves čas ni mogoče, zato bo morda potrebna umetna sončna svetloba. To naredijo CFL in na novo prihajajoče LED luči. Uporabljam svetlobo CFL, ki je modre in rdeče barve, ki ni preveč svetla. Te luči so nameščene na zgornji strehi komore. To zagotavlja celoten spekter svetlobe (CFL se uporabljajo, kadar obstaja potreba po svetlobi z visoko temperaturo, LED pa se uporabljajo, kadar naprave ne potrebujejo ogrevanja ali nizkega ogrevanja. To je mogoče poganjati ročno, na daljavo samodejno (krmiljeno z glavnim procesnim vezjem).

Zakaj uporabljam kombinacijo modre in rdeče barve?

Modra svetloba ustreza vrhu absorpcije klorofilov, ki fotosintezirajo, da proizvajajo sladkorje in ogljike. Ti elementi so bistveni za rast rastlin, saj so to gradniki rastlinskih celic. Vendar je modra svetloba manj učinkovita od rdeče za spodbujanje fotosinteze. To je zato, ker lahko modro svetlobo absorbirajo pigmenti z nižjo učinkovitostjo, kot so karotenoidi, in neaktivni pigmenti, kot so antocianini. Posledično se zmanjša energija modre svetlobe, ki prispe do pigmentov klorofila. Presenetljivo je, da ko so nekatere vrste gojene samo z modro svetlobo, sta rastlinska biomasa (teža) in hitrost fotosinteze podobni rastlini, ki se goji samo z rdečo svetlobo.

10. korak: Vizualno spremljanje:

LABview uporabljam za vizualno spremljanje podatkov in nadzor tudi zato, ker je LABview zelo prilagodljiva programska oprema. Hitro pridobiva podatke in je enostaven za uporabo. Lahko se ožiči ali brez žice poveže z glavnim procesorskim vezjem. Podatki, ki prihajajo iz glavnega procesnega vezja (ESP-32), so formatirani v prikazanem na LABview.

Koraki, ki jih je treba upoštevati:

1. Namestite LABview in prenesite. (ni potrebe po namestitvi dodatkov Arduino)

2. Zaženite spodnjo kodo vi.

3. Priključite vrata USB v računalnik.

4. Naložite kodo Arduino.

5. Vrata COM so prikazana v vašem laboratoriju (če so okna za Linux in MAC "dev/tty") in indikator kaže, da so vrata priključena ali ne.

6. Končaj !! Na zaslonu so prikazani podatki različnih senzorjev.

11. korak: Pripravite strojno opremo (vezje):

Shema vezja je prikazana na sliki. PDF datoteko lahko prenesete tudi spodaj.

Sestavljen je iz naslednjih delov:

Glavni procesni krog:

Uporabite lahko katero koli ploščo, ki je združljiva z arduinom, na primer arduino uno, nano, mega, nodeMCU in STM-32. vendar ESP-32 uporabljate iz naslednjih razlogov:

1. Vgrajen je temperaturni senzor, zato je pri visokih temperaturah možen preklop procesorja v način globokega spanja.

2. Glavni procesor je zaščiten s kovino, zato je učinek sevanja manjši.

3. Notranji senzor Hallovega učinka se uporablja za zaznavanje magnetnega polja okoli vezja.

Odsek senzorja:

Vsi senzorji delujejo na 3,3 -voltnem napajalniku. Regulator napetosti znotraj ESP-32 zagotavlja nizek tok, zato se lahko pregreje. Da bi se temu izognili, uporabite regulator napetosti LD33.

Vozlišče: Uporabil sem napajanje 3,3 V, ker sem pri uporabi ESP-32 (tudi za nodeMCU in STM-32). Če uporabljate arduino, lahko uporabite tudi 5 voltov

Glavni napajalnik:

Uporablja se 12 -voltni 5 amp SMPS. lahko uporabite tudi regulirano napajanje s transformatorjem, vendar je to linearno napajanje, zato je zasnovano za določeno vhodno napetost, zato se bo izhod spremenil, ko preklopite 220 voltov na 110 voltov. (Napajanje 110 voltov je na voljo v ISS)

12. korak: Pripravite programsko opremo:

Koraki, ki jih je treba upoštevati:

1. Namestitev Arduina: Če nimate arduina, ga lahko prenesete s povezave

www.arduino.cc/en/main/software

2. Če imate NodeMCU Sledite tem korakom, da ga dodate v arduino:

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

3. Če uporabljate ESP-32, ga dodajte v arduino:

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

4. Če uporabljate ESP-32 (preprosta knjižnica DHT11 ne more pravilno delovati z ESP-32), jo lahko prenesete od tukaj:

github.com/beegee-tokyo/DHTesp

Korak: Pripravite LABview:

1. Prenesite LABview s te povezave

www.ni.com/en-in/shop/labview.html?cid=Paid_Search-129008-India-Google_ESW1_labview_download_exact&gclid=Cj0KCQjw4s7qBRCYYaa

2. Prenesite datoteko vi.

3. Priključite vrata USB. Vrata za prikaz indikatorja so priključena ali ne.

Končano!!!!