Viedo augu augšanas kamera: 13 soļi

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

Es nāku klajā ar jaunu ideju, kas ir gudra augu augšanas kamera. Augu augšana kosmosā ir izraisījusi lielu zinātnisku interesi. Cilvēka kosmosa lidojuma kontekstā tos var lietot kā pārtiku un/vai nodrošināt atsvaidzinošu atmosfēru. Pašlaik N. A. S. A. izmantojiet augu spilvenus, lai audzētu pārtiku Starptautiskajā kosmosa stacijā.

Tāpēc man radās ideja iet tālāk.

Problēmas, lai audzētu pārtiku kosmosā:

Smagums:

Tas ir galvenais šķērslis pārtikas audzēšanai kosmosā, un tas ietekmē augu augšanu vairākos veidos: 1 jūs nevarat pareizi laistīt augus, jo nav gravitācijas, tāpēc ūdeni nevar nodrošināt ar ūdens smidzinātājiem un citām tradicionālām metodēm, kuras tiek izmantotas uz zemes.

2 Ūdens nevar sasniegt augu saknes, jo nav gravitācijas.

3 Sakņu augšanu ietekmē arī gravitācija. (augu saknes iet uz leju un augs aug uz augšu) Tātad augu saknes nekad neaug pareizajā virzienā.

Radiācija:

1. Kosmosā ir daudz starojuma, tāpēc tas ir kaitīgs augiem.

2. Saules vēja starojums ietekmē arī augus.

3. Daudz ultravioleto staru, kas arī kaitē augiem.

Temperatūra:

1. Kosmosā ir daudz temperatūras svārstību (temperatūra var pieaugt līdz simts grādiem un pazemināties līdz mīnus simts grādiem).

2. temperatūra palielina ūdens iztvaikošanu, lai augi nevarētu izdzīvot kosmosā.

Uzraudzība:

1. Augu novērošana kosmosā ir ļoti sarežģīta, jo cilvēks nepārtraukti uzrauga daudzus faktorus, piemēram, temperatūru, ūdeni un starojumu.

2. Dažādām iekārtām ir vajadzīgas dažādas resursu vajadzības, ja ir dažādi augi, uzraudzība kļūst grūtāka.

Tāpēc man radās ideja, ka mēģinājums novērst visus šos šķēršļus. Tā ir kamera pārtikas audzēšanai kosmosā par ļoti zemām izmaksām. Tajā ir visi iebūvētie resursi un tehnoloģijas, kas pārvar daudzas grūtības. Tātad, paskatīsimies !!!

Ko šī kamera spēj:

1. Novērst gravitācijas ietekmi.

2. Pareiza ūdens nodrošināšana augu saknēm. (Kontrolējams - manuāli, automātiski)

3. Mākslīgā apgaismojuma nodrošināšana augiem fotosintēzei.

4. Samazināt starojuma ietekmi.

5. Sensora vide, piemēram, augsnes temperatūra, mitrums, vides temperatūra, mitrums, starojums, spiediens un datora reāllaika datu parādīšana.

1. darbība. Nepieciešamā sastāvdaļa:

1. ESP32 (Galvenā apstrādes plate var izmantot arī citas plates).

2. DHT11 vai DHT-22. (DH22 nodrošina labāku precizitāti)

3. DS18b20 (ūdensizturīga metāla versija).

4. Augsnes mitruma sensors.

5. Ūdens sūknis. (12 volti).

6. Plastmasas loksne.

7,12 voltu līdzstrāvas ventilators.

8. Gāzes sensori.

9. ULN2003.

10. Servo motors.

11. Stikla loksne.

12. Elektrostatiskā loksne.

13. 12 voltu relejs.

14. BMP 180.

15. 7805 Sprieguma regulators.

16.100uF, 10uF kondensators.

17. Automašīnas jumta lukturis (LED vai CFL). (Krāsa noteikta tālāk).

18. SMPS barošanas avots (12 volti - 1A, ja sūkni darbināt no atsevišķas barošanas avota, pretējā gadījumā līdz 2 ampēriem)

2. darbība. Prasība programmatūrai:

1. Arduino IDE.

2. LABView

3. ESP32 instalēšana Arduino IDE.

4. ESP32 bibliotēkas. (Daudzas bibliotēkas atšķiras no Arduino bibliotēkām).

3. solis: izveidojiet konteineru un laistīšanas sistēmu:

Izgatavojiet jebkura izmēra plastmasas trauku atbilstoši prasībām vai brīvajai vietai. Tvertnei izmantotais materiāls ir plastmasa, tāpēc to nevar izmest ar ūdeni (to var izgatavot arī no metāliem, bet tas palielina izmaksas un arī svaru, jo ir raķetes svara ierobežojums)

Problēma: Kosmosā nav gravitācijas. Ūdens pilieni telpā paliek brīvi (kā parādīts N. A. S. A. Attēlā) un nekad nesasniedz augsnes dibenu, tāpēc laistīšana ar parastajām metodēm nav iespējama kosmosā.

Arī nelielas daļiņas veido gaisā peldošu augsni.

Risinājums: Es ievietoju mazas ūdens caurules augsnē (tai ir mazi caurumi) centrā, un caurules ir piestiprinātas sūknim. Kad sūknis ieslēdzas, ūdens izplūst no caurulītes zemē līdz augsnes apakšai, lai tā viegli nokļūtu līdz augu saknēm.

Neliels ventilators ir piestiprināts kameras augšpusē (gaiss plūst uz augšu uz leju), lai tas nodrošinātu spiedienu mazām daļiņām un izvairītos no peldēšanas ārpus kameras.

Tagad ielejiet augsni traukā.

4. solis: augsnes sensori:

Es ievietoju divus sensorus augsnē. Pirmais ir temperatūras sensors (ūdensnecaurlaidīgs DS18b20). Kas nosaka augsnes temperatūru.

Kāpēc mums jāzina augsnes temperatūra un mitrums?

Siltums ir daudzu bioloģisko procesu katalizators. Ja augsnes temperatūra ir zema (un bioloģiskie procesi palēninās), dažas barības vielas augiem kļūst nepieejamas vai mazāk pieejamas. Tas jo īpaši attiecas uz fosforu, kas lielā mērā ir atbildīgs par sakņu un augļu attīstības veicināšanu augos. Tātad, bez siltuma nozīmē mazāk barības vielu, kas izraisa sliktu augšanu. Augsta temperatūra ir kaitīga arī augiem.

Otrais ir mitruma sensors. Kas nosaka augsnes mitrumu, ja mitrums augsnē samazinās no iepriekš noteiktās robežas, motors ieslēdzas, kad mitrums sasniedz augšējo robežu, motors automātiski izslēdzas. Augšējā un apakšējā robeža ir atkarīga no augiem un atšķiras. Tā rezultātā tiek izveidota slēgtā cikla sistēma. Ūdens tiek darīts automātiski bez cilvēku iejaukšanās.

Piezīme. Ūdens nepieciešamība dažādiem augiem ir atšķirīga. Tāpēc ir jāpielāgo minimālais un maksimālais ūdens līmenis. To var izdarīt no potenciometra, ja izmantojat digitālo saskarni, pretējā gadījumā to var mainīt programmēšanā.

5. solis: stikla sienu izgatavošana

Tvertnes aizmugurē ir sienas ar elektrostatisko plēvi. Tā kā nav magnētiskā lauka, kas mūs pasargātu no saules vējiem. Es izmantoju vienkāršu stikla loksni, bet pārklāju to ar elektrostatisko loksni. Elektrostatiskā loksne novērš saules vēja lādiņu daļiņas. Ir arī lietderīgi samazināt radiācijas efektu telpā. tas arī izvairās no augsnes un ūdens daļiņu peldēšanas gaisā.

Kāpēc mums nepieciešama elektrostatiskā aizsardzība?

Zemes izkausētais dzelzs kodols rada elektriskās strāvas, kas rada ap Zemi magnētiskā lauka līnijas, kas līdzīgas tām, kas saistītas ar parasto stieņa magnētu. Šis magnētiskais lauks stiepjas vairāku tūkstošu kilometru attālumā no Zemes virsmas. Zemes magnētiskais lauks atgrūž lādiņu daļiņas saules vēja veidā un izvairās no iekļūšanas Zemes atmosfērā. Bet šāda aizsardzība nav pieejama ārpus zemes un uz citām planētām. Tāpēc mums ir nepieciešama cita mākslīga metode, lai mūs, kā arī augus pasargātu no šīm lādiņu daļiņām. Elektrostatiskā plēve būtībā ir vadoša plēve, tāpēc tā neļauj iekļūt lādiņa daļiņās.

6. darbība: aizvara veidošana:

Katram augam ir vajadzība pēc saules gaismas. Ilgstoša saules iedarbība un augsts starojums kaitē arī augiem. Aizvara spārni ir piestiprināti spoguļa pusē, pēc tam pievienoti servomotoriem. Atvēršanas spārna leņķis un ļauj iekļūt gaismai, ko uztur galvenā apstrādes ķēde

Gaismas noteikšanas komponents LDR (no gaismas atkarīgs rezistors) ir pievienots galvenajai apstrādes shēmai. Kā šī sistēma darbojas:

1. Pārmērīgā starojumā un gaismā (ko nosaka LDR) tas aizver spārnus un izslēdz gaismu. 2. Katram augam ir sava vajadzība pēc saules gaismas. Galvenajā apstrādes ķēdē ņemiet vērā laiku, lai ļautu saules gaismai pēc šī konkrētā laika, kad vēji ir aizvērti. Tas izvairās no papildu apgaismojuma nokļūšanas kamerā.

7. darbība. Vides noteikšana un kontrole:

Dažādiem augiem ir vajadzīgi dažādi vides apstākļi, piemēram, temperatūra un mitrums.

Temperatūra: apkārtējās vides temperatūras noteikšanai tiek izmantots DHT-11 sensors (DHT 22 var izmantot, lai sasniegtu augstu precizitāti). Kad temperatūra paaugstinās vai pazeminās no noteiktās robežas, tā brīdina un ieslēdz ārējo ventilatoru.

Kāpēc mums jāuztur temperatūra?

Gaisa temperatūra kosmosā ir 2,73 Kelvina (-270,42 Celsija, -454,75 Fārenheita) tumšajā pusē (kur nespīd saule). Uz sauli vērstajā pusē temperatūra var sasniegt applaucējošu, aptuveni 121 C (250 grādu F) temperatūru.

Uzturiet mitrumu:

Mitrums ir ūdens tvaiku daudzums gaisā attiecībā pret maksimālo ūdens tvaiku daudzumu, ko gaiss var noturēt noteiktā temperatūrā.

Kāpēc mums jāuztur mitrums?

Mitruma līmenis ietekmē to, kad un kā augi atver stomatus lapu apakšpusē. Augi izmanto stomātus, lai pārvietotos vai “elpotu”. Kad laiks ir silts, augs var aizvērt stomātus, lai samazinātu ūdens zudumus. Stomata darbojas arī kā dzesēšanas mehānisms. Ja apkārtējās vides apstākļi ir pārāk silti augam un tas pārāk ilgi aizver stomatātu, cenšoties saglabāt ūdeni, tam nav iespējas pārvietot oglekļa dioksīda un skābekļa molekulas, lēnām izraisot auga nosmakšanu pie ūdens tvaikiem un savām gāzēm.

Iztvaikošanas dēļ (no augu un augsnes) mitrums strauji palielinās. Tas ir kaitīgs ne tikai augiem, bet arī sensoram un stikla spogulim. To var atstāt novārtā divos veidos.

1. Plastmasas papīrs virs virsmas viegli novērš mitrumu. Plastmasas papīrs tiek izklāts uz augsnes augšējās virsmas ar atveri substrātam un sēklām (augs tajā aug). Tas ir noderīgs arī laistīšanas laikā.

Šīs metodes problēma ir tāda, ka augiem ar lielākām saknēm ir nepieciešams gaiss augsnē un saknēs. plastmasas maisiņš aptur gaisu, lai pilnībā sasniegtu saknes.

2. Uz kameras augšējā jumta ir piestiprināti mazi ventilatori. Mitrumu kamerā nosaka higrometrs, kas ir iebūvēts (DHT-11 un DHT-22). Kad mitrums palielinās no ierobežojošiem ventilatoriem, tie tiek automātiski ieslēgti, pie zemākās robežas ventilatori tiek apturēti.

8. darbība. Novērst gravitāciju:

Smaguma ietekmē stublāji aug uz augšu vai prom no Zemes centra un pret gaismu. Saknes aug lejup vai Zemes centra virzienā, un prom no gaismas. Bez gravitācijas augs nav mantojis spēju orientēties.

Ir divas gravitācijas novēršanas metodes

1. Mākslīgā gravitācija:

Mākslīgā gravitācija ir inerces spēka radīšana, kas atdarina gravitācijas spēka ietekmi, parasti rotācijas rezultātā radot centrbēdzes spēkus. Šo procesu sauc arī par pseidogravitāciju.

Šī metode ir pārāk dārga un ļoti grūta. ir pārāk lielas neveiksmes iespējas. Arī šo metodi nevar pareizi pārbaudīt uz zemes.

2. Izmantojot pamatni: šī ir pārāk vienkārša metode un arī auduma efektīva. Sēklas tiek turētas nelielā maisiņā, ko sauc par substrāta sēklām, zem substrāta, kas nodrošina pareizu virzienu uz saknēm un lapām, kā parādīts attēlā. Tas palīdz augt saknēm uz leju un stādīt lapas uz augšu.

Tas ir audums ar caurumiem. Tā kā sēklas ir iekšā, tas ļauj ieplūst ūdenim, kā arī ļauj saknēm izkļūt un iekļūt augsnē. Sēklas tiek turētas zem 3 līdz 4 collu dziļuma zem augsnes.

Kā ievietot sēklas zemē un saglabāt savu stāvokli ??

Es sagriezu plastmasas loksni ar garumu no 4 līdz 5 collas un izveidoju rievu tās priekšā. Novietojiet šo instrumentu uz šī auduma pusi (rievas pusē). Ielieciet sēklas rievā un aptiniet audumu. Tagad ievietojiet šo instrumentu augsnē. Izņemiet instrumentu no augsnes, lai sēklas un substrāts nokļūtu augsnē.

9. solis: Mākslīgā saules gaisma:

Kosmosa saules gaisma visu laiku nav iespējama, tāpēc var būt nepieciešama mākslīga saules gaisma. To dara CFL un jaunizveidotās LED gaismas. Es izmantoju CFL gaismu, kas ir zilā un sarkanā krāsā un nav pārāk spilgta. Šīs gaismas ir uzstādītas uz kameras augšējā jumta. Tas nodrošina pilnu gaismas spektru (CFL tiek izmantotas, ja ir nepieciešama gaisma ar augstu temperatūru, turpretim gaismas diodes tiek izmantotas, ja iekārtām nav nepieciešama apkure vai zema apkure. To var vadīt manuāli, automātiski no attāluma (kontrolē ar galveno apstrādes ķēdi).

Kāpēc es izmantoju zilās un sarkanās krāsas kombināciju?

Zilā gaisma atbilst hlorofilu absorbcijas maksimumam, kas veic fotosintēzi, lai iegūtu cukurus un oglekļus. Šie elementi ir būtiski augu augšanai, jo tie ir augu šūnu celtniecības bloki. Tomēr zilā gaisma ir mazāk efektīva nekā sarkanā gaisma, lai veicinātu fotosintēzi. Tas ir tāpēc, ka zilo gaismu var absorbēt zemākas efektivitātes pigmenti, piemēram, karotinoīdi, un neaktīvie pigmenti, piemēram, antocianīni. Tā rezultātā samazinās zilās gaismas enerģija, kas nonāk hlorofila pigmentos. Pārsteidzoši, ja dažas sugas audzē tikai ar zilu gaismu, augu biomasa (svars) un fotosintēzes ātrums ir līdzīgi augam, kas audzēts tikai ar sarkano gaismu.

10. darbība: vizuālā uzraudzība:

Es izmantoju LABview datu vizuālai uzraudzībai un kontrolei arī tāpēc, ka LABview ir ļoti elastīga programmatūra. Tā ir ātra datu iegūšana un viegli lietojama. To var savienot ar vadu vai bez vadiem savienot ar galveno apstrādes ķēdi. Dati, kas nāk no galvenās apstrādes ķēdes (ESP-32), tiek formatēti, parādot LABview.

Sekojamie soļi:

1. Instalējiet LABview un lejupielādējiet. (nav nepieciešams instalēt Arduino papildinājumus)

2. Palaidiet tālāk norādīto vi kodu.

3. Pievienojiet USB portu datoram.

4. Augšupielādējiet Arduino kodu.

5. COM ports, kas parādīts jūsu labview (ja logi Linux un MAC "dev/tty") un indikators rāda, ka jūsu ports ir pievienots vai nav.

6. Pabeigt !! Ekrānā tiek parādīti dažādu sensoru dati.

11. darbība: aparatūras (ķēdes) sagatavošana:

Shēmas shēma ir parādīta attēlā. Jūs varat arī lejupielādēt PDF failu zemāk.

Tas sastāv no šādām daļām:

Galvenā apstrādes ķēde:

Var izmantot jebkuru arduino saderīgu dēli, piemēram, arduino uno, nano, mega, nodeMCU un STM-32. bet ESP-32 lieto šādu iemeslu dēļ:

1. Tam ir iebūvēts temperatūras sensors, tāpēc augstā temperatūrā ir iespējams procesoru pārvietot dziļā miega režīmā.

2. Galvenais procesors ir ekranēts ar metālu, tāpēc ir mazāks radiācijas efekts.

3. Iekšējais zāles efekta sensors tiek izmantots, lai noteiktu magnētisko lauku ap shēmu.

Sensora sekcija:

Visi sensori darbojas ar 3,3 voltu barošanas avotu. Sprieguma regulators ESP-32 iekšpusē nodrošina zemu strāvu, tāpēc to var pārkarst. Lai to izvairītos, tiek izmantots sprieguma regulators LD33.

Mezgls: Es izmantoju 3,3 voltu barošanu, jo lietošanā ESP-32 (tas pats attiecas arī uz nodeMCU un STM-32). Ja izmantojat arduino, varat izmantot arī 5 voltus

Galvenais barošanas avots:

Tiek izmantots 12 voltu 5 amp SMPS. Jūs varat arī izmantot regulētu barošanas avotu ar transformatoru, taču tas ir lineārs, tāpēc tas ir paredzēts konkrētam ieejas spriegumam, tāpēc izeja tiks mainīta, pārslēdzot 220 voltu uz 110 voltu. (110 voltu barošana ir pieejama ISS)

12. darbība: programmatūras sagatavošana:

Sekojamie soļi:

1. Arduino instalēšana: ja jums nav arduino, varat lejupielādēt no saites

www.arduino.cc/en/main/software

2. Ja jums ir NodeMCU, rīkojieties šādi, lai to pievienotu arduino:

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

3. Ja izmantojat ESP-32, rīkojieties šādi, lai to pievienotu arduino:

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

4. Ja izmantojat ESP-32 (vienkārša DHT11 bibliotēka nevar pareizi darboties ar ESP-32), varat lejupielādēt šeit:

github.com/beegee-tokyo/DHTesp

13. darbība: sagatavojiet LABview:

1. Lejupielādējiet LABview no šīs saites

www.ni.com/en-in/shop/labview.html?

2. Lejupielādējiet vi failu.

3. Pievienojiet USB portu. Indikatora rādīšanas ports ir pievienots vai nav.

darīts !!!!