Nutikas taimekasvatuskamber: 13 sammu

2024 Autor: John Day | [email protected]. Viimati modifitseeritud: 2024-01-30 08:47

Pakun välja uue idee, mis on arukas taimekasvukamber. Taimede kasv kosmoses on tekitanud palju teaduslikku huvi. Inimeste kosmoselendude kontekstis saab neid tarbida toiduna ja/või pakkuda värskendavat õhkkonda. Praegu N. A. S. A. kasutage rahvusvahelises kosmosejaamas toidu kasvatamiseks taimseid patju.

Nii et mul on idee edasi astuda.

Probleemid toidu kasvatamiseks kosmoses:

Raskus:

See on peamine takistus toidu kasvatamiseks ruumis, mis mõjutab taimede kasvu mitmel viisil: 1 te ei saa taimi korralikult kasta, kuna seal puudub raskusjõud, nii et vett ei saa varustada sprinklerite ja muude tavapäraste meetoditega, mida kasutatakse maa peal.

2 Vesi ei jõua taime juurteni, kuna puudub gravitatsioon.

3 Juurte kasvu mõjutab ka gravitatsioon. (taime juured lähevad allapoole ja taim kasvab ülespoole) Seega ei kasva taimede juured kunagi õiges suunas.

Kiirgus:

1. Kosmoses on palju kiirgust, nii et see on taimedele kahjulik.

2. Päikesetuule kiirgus mõjutab ka taimi.

3. Paljud taimedele kahjulikud ultraviolettkiired.

Temperatuur:

1. Ruumis on palju temperatuuri kõikumisi (temperatuur võib tõusta kuni sada kraadi ja alla miinus sada kraadi).

2. temperatuur suurendab vee aurustumist, nii et taimed ei suuda kosmoses ellu jääda.

Seire:

1. Taimede jälgimine on kosmoses väga keeruline, sest inimene jälgib pidevalt paljusid tegureid, nagu temperatuur, vesi ja kiirgus.

2. Erinevad tehased nõuavad erinevaid ressursivajadusi. Erinevate taimede puhul on järelevalve raskendatud.

Nii et ma mõtlen, et püüan kõrvaldada kõik need takistused. See on kamber toidu kasvatamiseks kosmoses väga madalate kuludega. See sisaldab kõiki sisseehitatud ressursse ja tehnoloogiat, mis ületavad paljud raskused. Nii et laseme vahtida !!!

Milleks see kamber võimeline on:

1. Kõrvaldage gravitatsiooni mõju.

2. Taimede juurtele õige vee andmine. (Juhitav - käsitsi, automaatselt)

3. Taimede kunstliku valgustuse tagamine fotosünteesiks.

4. Minimeerida kiirguse mõju.

5. Sensing keskkond nagu mulla temperatuur, niiskus, keskkonna temperatuur, niiskus, kiirgus, rõhk ja kuvada reaalajas andmeid arvutis.

Samm: nõutav komponent:

1. ESP32 (põhitöötlusplaat saate kasutada ka teisi plaate).

2. DHT11 või DHT-22. (DH22 tagab parema täpsuse)

3. DS18b20 (veekindel metallversioon).

4. Mulla niiskuse andur.

5. Veepump. (12V).

6. Plastleht.

7,12 V alalisvoolu ventilaator.

8. Gaasiandurid.

9. ULN2003.

10. Servomootor.

11. Klaasleht.

12. Elektrostaatiline leht.

13. 12 -voldine relee.

14. BMP 180.

15. 7805 Pingeregulaator.

16.100uF, 10uF kondensaator.

17. Auto katuselamp (LED või CFL). (Värv on täpsemalt määratletud).

18. SMPS toiteallikas (12 volti - 1 A, kui juhite pumpa eraldi toiteallikast, muidu kuni 2 amprit toiteallikat)

2. samm: tarkvara nõuded:

1. Arduino IDE.

2. LABView

3. ESP32 installimine Arduino IDE -sse.

4. ESP32 raamatukogud. (Paljud raamatukogud erinevad Arduino raamatukogudest).

Samm: valmistage konteiner ja jootmissüsteem:

Valmistage mis tahes suurusega plastmahuti vastavalt vajadusele või vabale ruumile. Konteineri jaoks kasutatav materjal on plastik, nii et seda ei saa veega ära visata (see võib olla valmistatud ka metallist, kuid suurendab kulusid ja kaalu, kuna raketil on kaalupiirang)

Probleem: ruumis puudub gravitatsioon. Veetilgad jäävad ruumis vabaks (nagu on näidatud N. A. S. A. Pildil) ega jõua kunagi mulla põhja, nii et tavapäraste meetoditega kastmine pole ruumis võimalik.

Samuti moodustavad väikesed osakesed õhus hõljuva pinnase.

Lahendus: panen väikesed veetorud mulda (sellel on väikesed augud) keskele ja torud on pumba külge kinnitatud. Kui pump lülitub sisse, tuleb vesi välja väikestest toruavadest mulla põhja, nii et see jõuab kergesti taime juurteni.

Väike ventilaator on kinnitatud kambri peale (õhk voolab üles -alla), nii et see avaldab survet väikestele osakestele ja väldib hõljumist väljaspool kambrit.

Nüüd pange muld mahutisse.

Samm: mullaandurid:

ma panen kaks andurit mulda. Esiteks on temperatuuriandur (veekindel DS18b20). Mis määravad mulla temperatuuri.

Miks me peame teadma mulla temperatuuri ja niiskust?

Kuumus on paljude bioloogiliste protsesside katalüsaator. Kui mulla temperatuur on madal (ja bioloogilised protsessid aeglased), on teatud toitained taimedele kättesaamatud või vähem kättesaadavad. See kehtib eriti fosfori puhul, mis vastutab suuresti taimede juurte ja viljade arengu edendamise eest. Niisiis, kuumuse puudumine tähendab, et vähem toitaineid põhjustab kehva kasvu. Ka kõrge temperatuur on taimedele kahjulik.

Teiseks on niiskusandur. Mis tuvastab mulla niiskuse, kui niiskus mullas väheneb eelmääratud piirist, lülitub mootor sisse, kui niiskus saavutab ülemise piiri, lülitub mootor automaatselt välja. Ülemine piir ja alumine piir sõltuvad ja on erinevates taimedes erinevad. Selle tulemuseks on suletud ahelaga süsteem. Vesi tehakse automaatselt ilma inimese sekkumiseta.

Märge. Veevajadus erinevate taimede jaoks erinev. Seetõttu on vaja reguleerida minimaalset ja maksimaalset veetaset. Seda saab teha potentsiomeetrist, kui kasutate digitaalset liidest, vastasel juhul saab seda programmeerimisel muuta.

Samm: klaasseinte valmistamine

Mahuti tagaküljel on seinad, millel on elektrostaatiline kile. Kuna puudub magnetväli, mis kaitseks meid päikesetuulte eest. Ma kasutan lihtsat klaaslehte, kuid katan selle elektrostaatilise lehega. Elektrostaatiline leht takistab päikesetuule laenguosakesi. Samuti on kasulik minimeerida kiirgusmõju ruumis. see väldib ka pinnase ja veeosakeste õhku hõljumist.

Miks me vajame elektrostaatilist kaitset?

Maa sula rauasüdamik tekitab elektrivoolusid, mis tekitavad ümber Maa magnetvälja jooni, mis on sarnased tavalise vardamagnetiga. See magnetväli ulatub Maa pinnast mitme tuhande kilomeetri kaugusele. Maa magnetväli tõrjub laenguosakesi päikesetuule kujul ja väldib maa atmosfääri sattumist. Kuid väljaspool Maad ja teistel planeetidel pole sellist kaitset saadaval. Nii et meil on vaja muid kunstlikke meetodeid, et kaitsta meid ja taimi nende laenguosakeste eest. Elektrostaatiline kile on põhimõtteliselt juhtiv kile, nii et see ei lase laenguosakesi sisse.

6. samm: katiku ehitamine:

Iga taim vajab päikesevalgust. Pikaajaline päikese käes viibimine ja kõrge kiirgus on ka taimedele kahjulikud. Katiku tiivad kinnitatakse peegli küljelt ja ühendatakse seejärel servomootoritega. Avatiiva nurk ja valguse sissepääs, mida hoiab pealmine töötlemisahel

Valgust tuvastav komponent LDR (valgust sõltuv takisti) on ühendatud põhitöötlusahelaga Kuidas see süsteem töötab:

1. Liigse kiirguse ja valguse korral (mille tuvastab LDR) sulgeb see tiivad ja välistab valguse sisenemise. 2. Igal taimel on oma päikesevalguse vajadus. Peamine töötlemisahela pange tähele aega, mis lubab päikesevalgust pärast seda, kui tuuled on suletud. See väldib lisavalgustuse jõudmist kambrisse.

Samm 7: keskkonna tuvastamine ja kontroll:

Erinevad taimed vajavad erinevaid keskkonnatingimusi, nagu temperatuur ja niiskus.

Temperatuur: Keskkonnatemperatuuri tajumiseks kasutatakse DHT-11 andurit (kõrge täpsuse saavutamiseks saab kasutada DHT 22). Kui temperatuur tõuseb või langeb ettenähtud piirist, hoiatab see ja lülitab välisventilaatori sisse.

Miks me peame temperatuuri hoidma?

Temperatuur avakosmoses on 2,73 Kelvinit (-270,42 Celsiuse järgi, -454,75 Fahrenheiti järgi) pimedal pool (seal, kus päike ei paista). Päikesepoolne külg, temperatuur võib ulatuda kõrvetava kuuma temperatuurini umbes 121 C (250 kraadi F).

Säilitage niiskus:

Niiskus on veeauru kogus õhus maksimaalse veeauru koguse suhtes, mida õhk suudab teatud temperatuuril hoida.

Miks peame niiskust säilitama?

Niiskustase mõjutab seda, millal ja kuidas taimed avavad oma lehtede alumisel küljel stomata. Taimed kasutavad liikumiseks stomatat või hingavad. Sooja ilmaga võib taim veekadude vähendamiseks oma stomaadi sulgeda. Stomata toimib ka jahutusmehhanismina. Kui ümbritsevad tingimused on taime jaoks liiga soojad ja ta sulgeb oma stomata liiga kaua, et säästa vett, ei saa ta kuidagi liigutada süsinikdioksiidi ja hapniku molekule, põhjustades taime aeglaselt lämbumise veeaurul ja enda gaasidel..

Aurustumise tõttu (taimedest ja pinnasest) suureneb niiskus kiiresti. See ei kahjusta mitte ainult taimi, vaid ka andurit ja klaaspeeglit. Seda saab tähelepanuta jätta kahel viisil.

1. Pinna peal olev plastpaber takistab kergesti niiskust. Plastpaber laotatakse pinnase ülemisele pinnale, kus on ava substraadi ja seemnete jaoks (Taim kasvab selles). See on kasulik ka kastmise ajal.

Selle meetodi probleem on see, et suuremate juurtega taimed vajavad õhku mulda ja juurtesse. kilekott peatab õhu, et jõuda täielikult juurteni.

2. Väikesed ventilaatorid on kinnitatud kambri ülemisele katusele. Niiskus kambris on sisseehitatud hügromeetri (DHT-11 ja DHT-22) järgi. Kui õhuniiskus tõuseb piirventilaatoritest, lülitatakse need automaatselt sisse, alumise piiri korral peatatakse ventilaatorid.

8. samm: kõrvaldage gravitatsioon:

Raskusjõu mõjul kasvavad varred ülespoole või Maa keskpunktist eemale ja valguse poole. Juured kasvavad allapoole või Maa keskpunkti poole ja valgusest eemale. Ilma gravitatsioonita taim ei pärinud orienteerumisvõimet.

Gravitatsiooni kõrvaldamiseks on kaks meetodit

1. Kunstlik gravitatsioon:

Kunstlik gravitatsioon on inertsjõu loomine, mis jäljendab gravitatsioonijõu mõju, tavaliselt pöörlemistulemuse abil tsentrifugaaljõududele. Seda protsessi nimetatakse ka pseudo-gravitatsiooniks.

See meetod on liiga kallis ja väga raske. ebaõnnestumise võimalusi on liiga palju. Ka seda meetodit ei saa maa peal korralikult testida.

2. Substraadi kasutamine: see on liiga lihtne meetod ja ka riide tõhus. Seemneid hoitakse väikeses kotis, mida nimetatakse substraadi seemneks, hoitakse substraadi all, mis annab juurtele ja lehtedele õige suuna, nagu pildil näidatud. See aitab kasvatada juuri allapoole ja istutada lehti ülespoole.

See on aukudega riie. Kuna seemned on sees, laseb vesi sisse ja juured võivad välja tulla ja mulda tungida. Seemneid hoitakse mulla all 3–4 tolli sügavusel.

Kuidas panna seeme mulla alla ja hoida oma positsiooni ??

Lõikasin plastlehe pikkusega 4–5 sisselõiget ja moodustasin selle ette soone. Asetage see tööriist selle riide poole pikkusele (soone pool). Pange seeme soonde ja mähkige riie ümber. Nüüd sisestage see tööriist mulda. Võtke tööriist mullast välja, nii et seeme ja substraat satuksid mulda.

Samm: kunstlik päikesevalgus:

Kosmoses päikesevalgus pole kogu aeg võimalik, seega võib olla vajalik kunstlik päikesevalgus. Seda teevad CFL ja äsja tulevad LED -tuled. Kasutan CFL -valgust, mis on sinist ja punast värvi, mitte liiga hele. Need tuled on paigaldatud kambri ülemisele katusele. See tagab täieliku valgusspektri (kompaktluminofoorlampe kasutatakse siis, kui on vaja kõrge temperatuuriga valgust, samas kui valgusdioode kasutatakse siis, kui taimed ei vaja kuumutamist või madalat kuumutamist. Seda saab juhtida käsitsi, automaatselt (kaugjuhtimispuldi abil).

Miks ma kasutan sinise ja punase värvi kombinatsiooni?

Sinine valgus sobib klorofüllide neeldumispiigiga, mis teeb fotosünteesi suhkrute ja süsinike tootmiseks. Need elemendid on taimede kasvuks hädavajalikud, sest need on taimerakkude ehitusplokid. Kuid sinine valgus on fotosünteesi juhtimiseks vähem efektiivne kui punane tuli. Seda seetõttu, et sinist valgust võivad neelata madala efektiivsusega pigmendid nagu karotenoidid ja mitteaktiivsed pigmendid nagu antotsüaniinid. Selle tulemusena väheneb sinise valguse energia, mis jõuab klorofülli pigmentidesse. Üllataval kombel, kui mõnda liiki kasvatatakse ainult sinise valgusega, on taimede biomass (kaal) ja fotosünteesi kiirus sarnased punase valgusega kasvatatud taimedega.

10. samm: visuaalne jälgimine:

Kasutan LABviewd andmete visuaalseks jälgimiseks ja juhtimiseks ka seetõttu, et LABview on väga paindlik tarkvara. See kiire andmete kogumine ja lihtne kasutada. Seda saab juhtmega ühendada või juhtmeteta ühendada põhitöötlusahelaga. Peatöötlusringilt (ESP-32) pärinevad andmed vormindatakse LABview-s kuvatud kujul.

Järgitavad sammud:

1. Installige LABview ja laadige see alla. (pole vaja Arduino lisandmooduleid installida)

2. Käivitage allpool toodud vi -kood.

3. Ühendage USB -port arvutiga.

4. Laadige Arduino kood üles.

5. COM -port on näidatud teie laborivaates (kui Linuxi ja MAC -i aknad on "dev/tty") ja indikaator näitab, et teie port on ühendatud või mitte.

6. Lõpeta !! Ekraanil kuvatakse erinevate andurite andmed.

11. samm: riistvara (vooluringi) ettevalmistamine:

Lülitusskeem on näidatud joonisel. saate alla laadida ka allpool toodud PDF -faili.

See koosneb järgmistest osadest:

Peamine töötlemisahel:

Kasutada saab kõiki arduinoga ühilduvaid plaate, näiteks arduino uno, nano, mega, nodeMCU ja STM-32. kuid ESP-32 kasutatakse järgmisel põhjusel:

1. Sellel on sisseehitatud temperatuuriandur, nii et kõrgel temperatuuril on võimalik protsessor viia sügava unerežiimi.

2. Põhiprotsessor on metallist varjestatud, nii et kiirgusmõju on väiksem.

3. Sisemist halliefekti andurit kasutatakse vooluahela ümber magnetvälja tuvastamiseks.

Anduri sektsioon:

Kõik andurid töötavad 3,3 -voldise toiteallikaga. Pingeregulaator ESP-32 sees tagab väikese voolu, nii et seda saab üle kuumeneda. Selle vältimiseks kasutatakse pingeregulaatorit LD33.

Sõlm: kasutasin 3,3-voldist toiteallikat, kuna kasutusel oli ESP-32 (sama ka nodeMCU ja STM-32 puhul). Kui kasutate arduinot, saate kasutada ka 5 volti

Peamine toiteallikas:

Kasutatakse 12 -voldist 5 -amprist SMPS -i. saate kasutada ka trafoga reguleeritud toiteallikat, kuid see on lineaarne, nii et see on mõeldud kindlale sisendpingele, nii et väljund muudetakse, kui lülitame 220 volti 110 voldile. (ISS -is on saadaval 110 -voldine toide)

12. samm: tarkvara ettevalmistamine:

Järgitavad sammud:

1. Arduino installimine: kui teil pole arduino, saate selle lingilt alla laadida

www.arduino.cc/en/main/software

2. Kui teil on NodeMCU, järgige neid samme arduino lisamiseks:

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

3. Kui kasutate ESP-32, siis lisage see arduinoga järgmiselt.

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

4. Kui kasutate ESP-32 (lihtne DHT11 raamatukogu ei saa ESP-32-ga korralikult töötada), saate selle alla laadida siit:

github.com/beegee-tokyo/DHTesp

13. samm: valmistage ette LABview:

1. Laadige LABview alla sellelt lingilt

www.ni.com/en-in/shop/labview.html?cid=Paid_Search-129008-India-Google_ESW1_labview_download_exact&gclid=Cj0KCQjw4s7qBRCzARIsAImcAxY0WhS0VYCCWCC

2. Laadige vi -fail alla.

3. Ühendage USB -port. Näidikute näitamise port on ühendatud või mitte.

tehtud !!!!