Automatizēta augu augšanas kamera: 7 soļi (ar attēliem)

2024 Autors: John Day | [email protected]. Pēdējoreiz modificēts: 2024-01-30 10:53

Šis projekts ir mans iesniegums konkursam Growing Beyond Earth Maker High School nodaļā.

Augu augšanas kamerā ir pilnībā automatizēta laistīšanas sistēma. Es izmantoju peristaltiskos sūkņus, mitruma sensorus un mikrokontrolleru, lai automātiski laistītu augus, lai saglabātu optimālu augsnes mitrumu. Es izveidoju savu augšanas kameru tā, lai to varētu viegli novākt un stādīt, un tāpēc tā efektīvi izmantoja vietu kastē. Elastīgais dizains ļautu astronautiem vienmērīgi ieplūst labībā, ik pēc 10–14 dienām varētu novākt maisiņu (apmēram 3 galvas) pilnībā nogatavinātu salātu. Tā kā sēklas dīgst dažādos laikos un aug atšķirīgā ātrumā, es vēlējos izveidot sistēmu, kurā augus varētu novākt un jaunas sēklas ievietot, kad tās būs gatavas, tāpēc izstrādāju savus augu maisiņus. Kamera sastāv no četriem augu maisiņiem vai kopā 12 augu spraugām, kuras var noņemt, novākt, ievietot jaunu sēklu paplāti un maisiņu var ievietot atpakaļ sistēmā, izmantojot velcro tikai dažu minūšu laikā. Sēklu paplātes ļauj sagatavot, orientēt un pielīmēt sēklas pirms laika un vajadzības gadījumā ievietot maisiņā. Augu maisiņu spraugas tika veidotas tā, lai ļautu augam augt, vienlaikus neļaujot ūdenim un netīrumiem iziet no maisa. -statiskie maisiņi papildus elektronisko komponentu aizsardzībai ir arī spoguļvirsmas. Tātad, izmantojot antistatiskos maisiņus, gaisma sasniegs visus sistēmas augus/asnus, un salāti neaugs tieši pret augšanas gaismu.

Piegādes

Konteiners:

1. Akrila failu glabāšanas kaste

2. Metāla uzglabāšanas tvertne

3. Darbvirsmas failu organizators

4. Velcro sloksnes

5. Grow Light

Augu maisiņi:

1. Antistatiskas somas

2. Sūkļa gumijas putu lente (5/16 collas)

3. Dīgtspējas papīrs

4. Rupja augsnes maisījums

5. Sēklu līme (milti un ūdens)

6. Sēklas (es izmantoju Mesclun Green paciņu)

Laistīšanas sistēma:

1. Peristaltiskais sūknis

2. Silikona caurules sūknim (2 mm x 4 mm)

3. Arduino M0 Pro (derēs jebkurš modelis) un barošanas avots

4. Mikro USB uz USB-A

5. Maizes dēlis

6. Jumper vadi

7. Lodāmurs un lodēt

8. Tilta vadītājs (es izmantoju TA7291P)

9. Mitruma sensori

Jūs varat atrast lētus, taču tie strauji izraisīs koroziju no strāvas izraisītās elektrolīzes, un tie būs jāmaina, jo rādījumi pasliktināsies. Alternatīva ir izmantot kapacitatīvus mitruma sensorus, kas ir mazāk pakļauti korozijai, vai dārgākus katoda-anoda sensorus

10. 12v mucas ligzda maizes dēļiem un kabeļiem

11. Ūdens pudele ar pretvārstu

1. darbība: salieciet kameru

Šo soli var veikt daudzos veidos, bet es izvēlējos divu daļu konteineru, jo tas ļāva nodrošināt lielāku elastību. Es izmantoju metāla rāmi, kuram ir atvērta priekšpuse un atvērta augšdaļa, lai izvietotu augu maisiņus, audzētu gaismu un automātisko laistīšanas sistēmu. Tad, kad augi ir ielādēti, man ir akrila kaste, kas slīd uz leju virs metāla pamatnes.

Soļi:

1. Pirmkārt, es piestiprināju augšanas gaismu pie metāla rāmja. Es izurbju divus caurumus katrā gaismas pusē (pēc tam, kad esmu pārliecinājies, ka nesabojāju nevienu komponentu) un piestiprināju to pie pamatnes priekšpuses. (redzams 1. attēlā)

2. Man bija jāizgriež caurums rāmī un akrilā, lai tas atbilstu gaismas strāvas akordam (2-4. Attēls)

Padoms: lai izgrieztu caurumu akrilā, es izurbju četrus caurumus taisnstūra stūrī, kuru vēlējos izgriezt, un izmantoju Dremel, lai tos savienotu un veiktu tīru griezumu

3. Tā kā es nopirku failu glabāšanas tvertni akrila virsmai, man bija jānoņem divas lūpas, kas paredzētas failu pakāršanai. Lai to izdarītu, es uzsildīju plastmasu, paņēmu krāsas skrāpi un āmuru un maigi uzsitu pa gabalu, lēnām atdalot to no kastes.

4. Ar dažiem galīgajiem metāla rāmja pielāgojumiem, izmantojot āmuru, akrila virsma cieši pieguļ rāmja un pamatnes augšai.

2. solis: augu maisiņi

Es izvēlējos izveidot augu maisiņus hidroponiskas sistēmas vietā, lai nodrošinātu lielāku elastību. Maisiņus var pagatavot pirms laika, un tos var viegli izmantot atkārtoti, ievietojot spraugā jaunu sēklu un dīgtspējas papīra paciņu. Maisiņus var viegli noņemt un ievietot atpakaļ kamerā, izmantojot velcro siksnas. Turklāt, tā kā maisiņi ir tik viegli sagatavojami, tos var stādīt kompensācijas laikā, lai nodrošinātu vienmērīgu kultūru plūsmu. Kad tie visi tiek stādīti uzreiz, ir laiks, kad kamerā nav lielu kultūru. Tā vietā es iesaku maisiņus stādīt par dažām nedēļām, lai būtu nepārtraukta ražas novākšanas plūsma.

Somas izmērs:

Šis procesa posms ir raksturīgs katras personas kastes izmēriem. Es beidzot izmantoju divus 4x6 maisus un pārveidoju divus 12x16 maisus, lai tie atbilstu kastes aizmugurei un apakšai. 4x6 somām bija aizverami rāvējslēdzēji, bet lielākām somām nebija, un es tās pārveidoju. Tātad, es izmantoju divpusēju līmlenti, lai aizvērtu maisu no iekšpuses, un izmantoju citu gabalu ārpusē, lai tas būtu salocīts atpakaļ (5. attēls)

Somu salikšana:

(izkārtojumu, ko izmantoju maisiņos, skatiet 3. attēlā. Es to izveidoju tā, lai augi neaugtu viens otra telpā un tādējādi tie nenoēnotu viens otru no gaismas avota)

1. Izgrieziet viena collas spraugas antistatiskajos maisos (1. attēls)

Es izmantoju Xacto nazi un kartona gabalu, lai pārliecinātos, ka neizgriezu abas somas puses

2. Izgrieziet pusotru collu putuplasta lentes un novietojiet to tieši uz spraugas (2. attēls)

3. Izmantojot Xacto nazi vai asmeni, izgrieziet vienu collu spraugu putās, kas ir izlīdzināta ar maisa griezumu 1. soļa laikā (2. attēls)

4. Atkārtojiet to pašu procesu vienā maisiņā, bet izveidojiet lielāku spraugu, lai tas atbilstu mitruma sensoram

5. Atkārtojiet to pašu procedūru visiem maisiņiem, bet tikai putu lentes kvadrātu un izveidojiet nelielu x formas griezumu, kas ir pietiekami liels, lai ietilptu peristaltiskajā caurulē.

Padoms. Šļūteņu caurumiem novietojiet tos vietās, kur šļūtenes nešķērsos augu audzēšanas vietas, kā arī lai tās varētu vieglāk savienot ar aizmugurējo nodalījumu

3. solis: sēklu slīdēšana

Sēklu plāksnītes tika veidotas tā, lai tās varētu sagatavot pirms laika un sakraut uzglabāšanā, līdz tās tiks izmantotas. Es sagatavoju vienkāršu sēklām draudzīgu līmi, lai pielīmētu sēklas dīgtspējas papīram un novirzītu sēklu stieni vai vērstu uz leju, lai saknes ieaugtu maisiņā un asns iznāktu no spraugas.

Sēklu lapu veidošana

1. Izgrieziet dīgtspējas papīru (2,5 collas x 1 collas)

2. Sajauc ēdamkaroti miltu tikai ar tik daudz ūdens, lai veidotos bieza masa

3. Izmantojot zobu bakstāmais, ielieciet sēklu līmes punktu dīgtspējas papīra centrā

4. Orientējiet sēklu ar lāpstiņu vai punktu uz leju un atzīmējiet/atcerieties, uz kuru galu tā ir vērsta, jo no turienes aug sakne ar

5. Divreiz salieciet dīgtspējas papīru, izveidojot trīskāršu ar sēklu centrā

4. darbība: automātiskā laistīšanas sistēma

Laistīšanas sistēma sastāv no mitruma sensoriem un peristaltiskiem sūkņiem, lai automātiski apūdeņotu augu maisiņus, ja mitruma līmenis ir zemāks par 30%. Es uzrakstīju kodu tā, lai mitruma līmenis maisiņos tiktu pārbaudīts pēc 8 stundām un ja līmenis ir zem 30%, tad sūknis ieslēgsies uz 10 sekundēm. Manam sūknim un barošanas avotam 10 sekundes bija pietiekami, lai palielinātu mitrumu maisos pietiekami virs 30%, tāpēc sūknis aktivizēsies ik pēc 16 stundām, taču tas ir jāpārbauda un jāpielāgo dažādiem iestatījumiem.

Savienojumi:

GND uz tilta vadītāja tapu 1

12V GND, lai savienotu vadītāja tapu 1

5V līdz tilta vadītāja tapai 7 (vcc)

D5 līdz tilta vadītāja tapai 5 (in1)

D6 līdz tilta vadītāja tapai 6 (in2)

Arduino D13 līdz R1 (ja tiek izmantota papildu ārējā gaismas diode)

Tilts vadītāja tapas 2 (out1) uz peristaltiskā sūkņa pozitīvo spaili

Tilta vadītāja 4 (vref) un 8. tapa (vs) līdz 12 V poz.

Tilts vadītāja tapas 10 (out2) ar peristaltiskā sūkņa negatīvo spaili

Piezīmes:

Tilta vadītāja 9. un 3. tapas netiek izmantotas

Tilta vadītāja gals ar slīpi novietotu stūri uz augšu ir 1. tapa, bet kvadrātveida gals ir 10. tapa

Kods:

int IN1Pin = 5; // mainīties atkarībā no izmantotās tapas IN2Pin = 6; // mainīties atkarībā no izmantotās tapas #define mitruma_tapa A0

anulēts iestatījums ()

{

Sērijas sākums (9600);

pinMode (IN1Pin, OUTPUT);

pinMode (IN2Pin, OUTPUT);

analogWrite (IN1Pin, 0);

analogWrite (IN2Pin, 0);

pinMode (mitruma spraudnis, INPUT);

kavēšanās (1000);

}

tukša cilpa ()

{

int sensorValue = karte (analogRead (mitruma spraudnis), 0, 1023, 100, 0); // kartē mitruma rādījumus, kas ir no 0-1023 līdz procentiem no 100-0

Serial.print ("Pašreizējais mitruma līmenis ir:");

Serial.print (sensorValue);

Serial.println ("%");

if (sensorValue <30) // ja mitrums ir mazāks par 30 procentiem, veic šādas darbības

{

analogWrite (IN1Pin, 255); // 255 nosaka sūkņa maksimālo jaudu

kavēšanās (10000); // darbina sūkni 10 sekundes

analogWrite (IN1Pin, 0); // izslēdz sūkni

Serial.println ("Mitruma līmeņa pārbaude 2 stundu laikā");

kavēšanās (28800000); // 8 stundas milisekundēs

int sensorValue = karte (analogRead (mitruma spraudnis), 0, 1023, 100, 0); // pārbauda mitruma līmeni

Serial.println (sensorValue); // izdrukā mitruma līmeni

}

citādi

{

Serial.println ("Augsne ir mitra, pārbauda vēlreiz pēc 1 stundas"); // ja augsnes mitrums pārsniedz 30%, izdrukā šo paziņojumu

kavēšanās (3600000); // 1 stunda milisekundēs

}

}

Padoms. Pēc tam, kad kods ir augšupielādēts Arduino, tiem, kuri to iepriekš nav izmantojuši, jums nav jāatstāj tas pievienots datoram. Jūs varat iegūt nelielu barošanas avotu arduino, un tas izpildīs jūsu kodu, kad tas būs ieslēgts. Tātad, šim dizainam viss, kas jums nepieciešams, ir barošanas avots arduino un 12 voltu barošanas avots mucas ligzdai uz jūsu maizes dēļa.

5. solis: salieciet to visu kopā

Šajā posmā jums vajadzētu būt pabeigtai kastei ar augšanas gaismām, laistīšanas sistēmu un augu maisiņiem, tāpēc atliek tikai to visu salikt kopā.

Šis posms daudziem cilvēkiem ir atšķirīgs atkarībā no kastes izmēriem un ūdens rezervuāra, sūkņa un mikrokontrolleru nodalījuma.

Tā kā augšanas kamera ir paredzēta darbam bez smaguma, es pārliecinājos, ka visas aizmugurējā nodalījuma detaļas ir piesprādzētas, izmantojot 15 mārciņu velcro sloksnes

1. Es izmantoju Arduino un maizes dēļa turētāju un velcro siksnas, kas piestiprinātas pie rāmja un turētāja aizmugurē, un uzstādīju to failu glabāšanas konteinera augšējā pusē, kas ir mans aizmugurējais nodalījums. (2. attēls)

2. Pēc tam es uzliku velcro sloksnes uz peristaltiskā sūkņa dibena un nodalījuma pamatnes un darīju to pašu ar ūdens rezervuāru.

3. Tālāk ir apūdeņošanas sistēma. Es izmantoju trīs tee savienojumus, lai sadalītu šļūteni no peristaltiskā sūkņa četrās šļūtenēs četriem augu maisiņiem. (3. attēls)

4. Visbeidzot, es ievietoju velcro sloksnes, lai noturētu augu maisiņus vietā. Tā kā es piestiprināju sloksnes pie sieta, es izgriezu rūpniecisko siksnu segmentus un pielīmēju tos rāmja ārpusei pret Velcro sloksņu aizmuguri.

6. darbība: augu maisiņu uzstādīšana un skriešana

Kad aizmugurējais nodalījums, caurules un mitruma sensori ir savās vietās, atliek tikai piestiprināt augu maisiņus, caurules un mitruma sensorus.

Galīgā montāža

1. Novietojiet augu maisiņus uz sāniem, kuriem tie paredzēti. (2. attēlā parādīts process)

2. Ievietojiet mitruma sensoru maisiņā ar garāku spraugu, kas izgatavota agrāk

3. Ievietojiet caurules maisiņos caur mazākām kvadrātveida putu atverēm

4. Pievienojiet taimerim augšanas gaismas un iestatiet tā, lai gaismas būtu ieslēgtas 16 stundas dienā

5. Pievienojiet 12V barošanas avotu maizes dēļa mucas ligzdai

6. Pievienojiet Arduino datoram (ja vēlaties kontrolēt izejas) vai barošanas avotam un ļaujiet programmai darboties!

7. darbība: rezultāti

Pirmā attēlu kopa (1-4) iepriekš ir divu nedēļu izaugsme

Otrais komplekts (5-6) ir no piektās dienas, kad lielākajai daļai augu maisiņu bija redzami asni

Pēdējais attēls (7) ir no pirmās sistēmas ieslēgšanas dienas

Labākā daļa no šīs iekārtas bija tā, ka tad, kad viens maisiņš tika audzēts, jo tie auga dažādos ātrumos, es varēju noņemt salātus un ievietot jaunu sēklu komplektu tajā pašā maisiņā, nenovācot citas kultūras pirms to gatavības. Turpmākajos testos es plānoju kompensēt katra maisiņa stādīšanas stādīšanu par divām nedēļām, jo lielākās daļas salātu nogatavināšana prasa apmēram 45–55 dienas. To darot, ik pēc divām nedēļām man būs gatavs augu maisiņš pilnībā izaudzētu salātu vērtībā, un tas neļaus citiem salātu augiem bloķēt gaismu pārējiem maisiņiem, jo pieaugs mazāk lielu galvu.

Otrās vietas ieguvējs konkursā Growing Beyond Earth