Intelligens növénytermesztési kamra: 13 lépés

2024 Szerző: John Day | [email protected]. Utoljára módosítva: 2024-01-30 09:40

Új ötlettel állok elő, amely az intelligens növénynövekedési kamra. A növények világűrben való növekedése sok tudományos érdeklődést váltott ki. Az emberi űrrepülés összefüggésében élelmiszerként fogyaszthatók és/vagy frissítő légkört biztosítanak. Jelenleg N. A. S. A. használjon növényi párnákat élelmiszerek termesztésére a Nemzetközi Űrállomáson.

Szóval eszembe jut, hogy lépjek tovább.

Problémák az élelmiszerek űrben történő termesztésével:

Gravitáció:

Ez az egyik fő akadálya az élelmiszerek űrben történő termesztésének, és többféleképpen is befolyásolja a növények növekedését: 1 nem tudja megfelelően öntözni a növényeket, mert nincs gravitáció, így vizet nem tud biztosítani vízpermetezőkkel és más hagyományos módszerekkel, amelyeket a földön használnak.

2 A víz nem tud elérni a növény gyökereit, mert nincs gravitáció.

3 A gyökerek növekedését a gravitáció is befolyásolja. (a növény gyökerei lefelé mennek, és a növény felfelé nő) Tehát a növények gyökerei soha nem a megfelelő irányba nőnek.

Sugárzás:

1. Sok sugárzás van az űrben, ezért káros a növényekre.

2. A napsütéses sugárzás a növényeket is befolyásolja.

3. Sok ultraibolya sugárzás is káros a növényekre.

Hőfok:

1. Sok hőmérsékletváltozás van az űrben (a hőmérséklet akár száz fokig, de mínusz száz fokig is csökkenhet).

2. a hőmérséklet növeli a víz párolgását, így a növények nem képesek túlélni az űrben.

Monitoring:

1. A növények megfigyelése nagyon nehéz az űrben, mert az ember folyamatosan figyelemmel kíséri számos tényezőt, például a hőmérsékletet, a vizet és a sugárzást.

2. A különböző üzemek eltérő erőforrásigényeket igényelnek, ha különböző üzemek vannak, a megfigyelés megnehezül.

Tehát eszembe jut, hogy megpróbálom kiküszöbölni ezeket az akadályokat. Ez a kamra az élelmiszerek űrben történő termesztésére nagyon alacsony költséggel. Minden olyan erőforrást és technológiát tartalmaz, amely sok nehézséget leküzd. Szóval bámuljunk !!!

Mire képes ez a kamra:

1. Szüntesse meg a gravitáció hatását.

2. Megfelelő víz biztosítása a növények gyökereihez. (Vezérelhető - manuálisan, automatikusan)

3. Mesterséges megvilágítás biztosítása a növények számára a fotoszintézishez.

4. Minimalizálja a sugárzás hatását.

5. Érzékelő környezet, mint a talaj hőmérséklete, nedvesség, környezeti hőmérséklet, páratartalom, sugárzás, nyomás és valós idejű adatok megjelenítése a számítógépen.

1. lépés: Szükséges összetevő:

1. ESP32 (A fő feldolgozólap más lapokat is használhat).

2. DHT11 vagy DHT-22. (A DH22 jobb pontosságot biztosít)

3. DS18b20 (Vízálló fém kivitel).

4. Talajnedvesség érzékelő.

5. Vízszivattyú. (12V).

6. Műanyag lap.

7,12 voltos egyenáramú ventilátor.

8. Gázérzékelők.

9. ULN2003.

10. Szervómotor.

11. Üveglap.

12. Elektrosztatikus lap.

13. 12 voltos relé.

14. BMP 180.

15. 7805 Feszültségszabályozó.

16.100uF, 10uF kondenzátor.

17. Autó tető lámpája (LED vagy CFL). (Szín a továbbiakban meghatározva).

18. SMPS tápegység (12 volt - 1 A, ha a szivattyút külön tápegységről hajtja meg, ellenkező esetben akár 2 amper tápellátás)

2. lépés: Szoftverkövetelmény:

1. Arduino IDE.

2. LABView

3. ESP32 telepítés Arduino IDE -ben.

4. ESP32 Könyvtárak. (Sok könyvtár eltér az Arduino könyvtáraktól).

Lépés: Készítse el a tartályt és az öntözőrendszert:

Készítsen bármilyen méretű műanyag edényt az igényeknek vagy a rendelkezésre álló helynek megfelelően. A tartályhoz használt anyag műanyag, ezért nem tudja vízzel semmisíteni (fémből is készülhet, de növeli a költségeket és a súlyt is, mert van rakéta súlykorlátozása)

Probléma: A térben nincs gravitáció. A vízcseppek szabadon maradnak a térben (ahogy az N. A. S. A. Kép mutatja), és soha nem érik el a talaj alját, így a hagyományos módszerekkel történő öntözés nem lehetséges az űrben.

Szintén kis részecskék képezik a levegőben úszó talajt.

Megoldás: Kis vízcsöveket helyezek a talajba (kicsi lyukak vannak) a középpontba, és a csövek a szivattyúhoz vannak csatlakoztatva. Amikor a szivattyú bekapcsol, a víz kis lyukakat képez a csőből a talaj aljára, hogy könnyen elérje a növény gyökereit.

A ventilátor a kamra tetejére van szerelve (a levegő felfelé és lefelé áramlik), így nyomást gyakorol a kis részecskékre, és nem úszik meg a kamrán kívül.

Most tegye a talajt a tartályba.

4. lépés: Talajérzékelők:

két érzékelőt behelyezek a talajba. Az első a hőmérséklet -érzékelő (DS18b20 vízálló). Melyek érzékelik a talaj hőmérsékletét.

Miért kell tudnunk a talaj hőmérsékletét és páratartalmát?

A hő számos biológiai folyamat katalizátora. Amikor a talaj hőmérséklete alacsony (és a biológiai folyamatok lassúak), bizonyos tápanyagok elérhetetlenné vagy kevésbé hozzáférhetővé válnak a növények számára. Ez különösen igaz a foszforra, amely nagyrészt felelős a növények gyökereinek és gyümölcseinek fejlődéséért. Tehát a hő hiánya azt jelenti, hogy a kevesebb tápanyag rossz növekedést eredményez. A magas hőmérséklet is káros a növényekre.

A második a páratartalom érzékelő. Ez érzékeli a talaj nedvességtartalmát, ha a talaj nedvessége csökken az előre meghatározott határértékről, a motor bekapcsol, amikor a nedvesség eléri a felső határértéket, a motor automatikusan kikapcsol. A felső és az alsó határ növényenként változik. Ez zárt hurkú rendszert eredményez. A víz automatikusan, személy beavatkozása nélkül történik.

Jegyzet. A különböző növények vízigénye eltérő. Ezért szükség van a minimális és a maximális vízszint beállítására. Ez lehetséges a potenciométerről, ha digitális interfészt használ, különben megváltoztatható a programozás során.

Lépés: Üvegfalak készítése

A tartály hátoldalán falak vannak, elektrosztatikus fóliával. Mivel nincs mágneses mező, amely megvédene minket a napsütéstől. Egyszerű üveglapot használok, de letakarom elektrosztatikus lappal. Az elektrosztatikus lemez megakadályozza a napszél töltésrészecskéit. Ezenkívül hasznos a sugárzás hatásának minimalizálása az űrben. kerüli továbbá a talaj és a vízrészecskék levegőbe juttatását.

Miért van szükség elektrosztatikus védelemre?

A Föld olvadt vasmagja elektromos áramokat hoz létre, amelyek mágneses mezővonalakat hoznak létre a Föld körül, hasonlóan a hagyományos rúdmágneshez. Ez a mágneses mező több ezer kilométerre terjed ki a Föld felszínétől. A Föld mágneses mezeje napszél formájában taszítja a töltésrészecskéket, és nem engedi bejutni a Föld légkörébe. De a Földön kívül és más bolygókon nincs ilyen védelem. Tehát más mesterséges módszerre van szükségünk, hogy megvédjünk bennünket és a növényeket is ezektől a töltésrészecskékektől. Az elektrosztatikus fólia alapvetően vezetőképes fólia, így nem engedi a töltés részecskék belsejébe jutni.

6. lépés: A redőny építése:

Minden növénynek saját napfényre van szüksége. A hosszú ideig tartó napsugárzás és a magas sugárzás a növényekre is káros. A redőnyszárnyakat a tükör oldalán rögzítik, majd a szervomotorokhoz csatlakoztatják. A nyitó szárny szöge és a fény bejutása, amelyet a fő feldolgozó áramkör tart fenn

Az LDR (fényfüggő ellenállás) fényérzékelő komponens csatlakozik a fő feldolgozó áramkörhöz. A rendszer működése:

1. Túlzott sugárzás és fény hatására (amelyet az LDR észlel) bezárja a szárnyakat és megszünteti a fény bejutását. 2. Minden növénynek saját napfényigénye van. A fő feldolgozó áramkör jegyezze fel az időt, hogy lehetővé tegye a napfényt a szelek zárása után. Elkerüli a megvilágítás elérését a kamrában.

7. lépés: Környezet érzékelés és ellenőrzés:

A különböző növények különböző környezeti feltételeket igényelnek, például hőmérsékletet és páratartalmat.

Hőmérséklet: A környezeti hőmérséklet érzékelésére DHT-11 érzékelőt használnak (a DHT 22 nagy pontosságú). Amikor a hőmérséklet emelkedik vagy csökken az előírt határértékhez képest, figyelmeztet és kapcsolja be a külső ventilátort.

Miért kell fenntartanunk a hőmérsékletet?

A hőmérséklet az űrben 2,73 Kelvin (-270,42 Celsius, -454,75 Fahrenheit) a sötét oldalon (ahol nem süt a nap). A napsütötte oldal hőmérséklete elérheti a 121 C (250 F) forró forróságot.

A páratartalom fenntartása:

A páratartalom a levegőben lévő vízgőz mennyisége a maximális vízgőzmennyiséghez viszonyítva, amelyet a levegő egy bizonyos hőmérsékleten képes tartani.

Miért kell fenntartanunk a páratartalmat?

A páratartalom befolyásolja, hogy a növények mikor és hogyan nyitják ki a sztómákat a leveleik alsó oldalán. A növények sztómákat használnak a légzéshez vagy a lélegzéshez. Meleg időjárás esetén a növény bezárhatja a sztómákat, hogy csökkentse a vízveszteséget. A sztómák hűtőmechanizmusként is működnek. Ha a környezeti feltételek túl melegek egy növény számára, és túl sokáig zárja sztómáját a víz megóvása érdekében, nincs módja a szén -dioxid és az oxigénmolekulák mozgatására, ami lassan a növény fulladását eredményezi a vízgőztől és a saját gázoktól..

A párolgás következtében (a növényekből és a talajból) gyorsan nő a páratartalom. Nemcsak a növényekre, hanem az érzékelőre és az üvegtükörre is káros. Kétféleképpen elhanyagolható.

1. A felület tetején található műanyag papír könnyen megakadályozza a nedvességet. Műanyag papírt terítenek a talaj felső felületére, nyílással az aljzat és a vetőmag számára (Növény nő benne). Öntözés közben is hasznos.

Ennek a módszernek az a problémája, hogy a nagyobb gyökerű növényeknek levegőre van szükségük a talajba és a gyökerekbe. műanyag zacskó megállítja a levegőt, hogy teljesen elérje gyökereit.

2. Kisméretű ventilátorok vannak felszerelve a kamra tetején. A páratartalom a kamrában a beépített higrométer (DHT-11 és DHT-22) szerint van. Amikor a páratartalom megnő a határoló ventilátoroktól, automatikusan bekapcsolnak, az alsó határnál a ventilátorok leállnak.

8. lépés: A gravitáció megszüntetése:

A gravitáció hatására a szárak felfelé vagy a Föld középpontjától távol, a fény felé nőnek. A gyökerek lefelé, vagy a Föld közepe felé nőnek, és távol vannak a fénytől. Gravitáció nélkül a növény nem örökölte a tájékozódási képességet.

A gravitáció kiküszöbölésére két módszer létezik

1. Mesterséges gravitáció:

A mesterséges gravitáció olyan tehetetlenségi erő létrehozása, amely utánozza a gravitációs erő hatásait, általában forgás eredményeként a centrifugális erőkre. Ezt a folyamatot pszeudo-gravitációnak is nevezik.

Ez a módszer túl drága és nagyon nehéz. túl nagy a kudarc esélye. Ez a módszer szintén nem tesztelhető megfelelően a földön.

2. Aljzat használata: Ez túl egyszerű módszer és ruha hatékony. A magokat egy kis tasakban tartják, amelyet szubsztrát magnak neveznek, az aljzat alatt tartják, amely megfelelő irányt biztosít a gyökerekhez és a levelekhez, amint az a képen látható. Segít lefelé növeszteni a gyökereket és felfelé ültetni a leveleket.

Ez egy kendő lyukakkal. Mivel a mag benne van, lehetővé teszi a víz bejutását, és lehetővé teszi a gyökerek kijutását és a talajba való behatolást. A vetőmagot 3-4 hüvelyk mélységben tartják a talaj alatt.

Hogyan tegyük a vetőmagot a talaj alá és tartsuk meg a helyét?

4-5 műanyag hosszúságú műanyag lapot vágok, és hornyot képezek előtte. Helyezze ezt a szerszámot ennek a kendőnek a felére (a horony oldalára). Helyezze a magokat a horonyba, és tekerje körbe a ruhát. Most helyezze be ezt az eszközt a talajba. Vegye ki a szerszámot a talajból, hogy a mag és az aljzat a talajba kerüljön.

9. lépés: Mesterséges napfény:

Az űrben a napfény nem mindig lehetséges, ezért mesterséges napfényre lehet szükség. Ezt a CFL és az újonnan megjelenő LED -es lámpák teszik. CFL lámpát használok, amely kék és piros színű, nem túl világos. Ezek a lámpák a kamra felső tetejére vannak felszerelve. Ez teljes fényspektrumot biztosít (CFL -eket akkor használnak, ha magas hőmérsékletű fényre van szükség, míg LED -eket használnak, ha a növények nem igényelnek fűtést vagy alacsony fűtést. Ez manuálisan, távolról automatikusan hajtható (a fő feldolgozó áramkör vezérli).

Miért használom a kék és a piros színek kombinációját?

A kék fény illeszkedik a klorofillok abszorpciós csúcsához, amelyek fotoszintézist végeznek cukrok és szénatomok előállítására. Ezek az elemek nélkülözhetetlenek a növények növekedéséhez, mert ezek a növényi sejtek építőkövei. A kék fény azonban kevésbé hatékony, mint a vörös fény a fotoszintézis elősegítésére. Ennek oka az, hogy a kék fényt alacsonyabb hatásfokú pigmentek, például karotinoidok és inaktív pigmentek, például antocianinok képesek elnyelni. Ennek eredményeként csökken a kék fény energiája, ami a klorofill pigmentekhez jut. Meglepő módon, amikor egyes fajokat csak kék fénnyel termesztenek, a növényi biomassza (súly) és a fotoszintézis sebessége hasonló a csak piros fénnyel termesztett növényhez.

10. lépés: Vizuális megfigyelés:

Az LABview -t az adatok vizuális megfigyelésére és vezérlésére is használom, mert a LABview nagyon rugalmas szoftver. Nagy sebességű adatgyűjtés és könnyen kezelhető. Vezetékes vagy vezeték nélküli csatlakoztatható a fő feldolgozó áramkörhöz. A főfeldolgozó áramkörből (ESP-32) érkező adatok a LABview-n megjelenítve vannak formázva.

Követendő lépések:

1. Telepítse és töltse le a LABview programot. (nem kell telepíteni az Arduino bővítményeket)

2. Futtassa az alább megadott vi kódot.

3. Csatlakoztassa az USB -portot a számítógéphez.

4. Töltse fel az Arduino kódot.

5. A COM -port a labornézetben látható (ha a Linux és a MAC Windows "dev/tty"), és a jelző azt jelzi, hogy a port csatlakoztatva van.

6. Fejezd be !! A képernyőn különböző érzékelők adatai jelennek meg.

11. lépés: A hardver (áramkör) előkészítése:

A kapcsolási rajz az ábrán látható. letöltheti az alábbi PDF -dokumentumot is.

A következő részekből áll:

Fő feldolgozó áramkör:

Bármilyen arduino-kompatibilis tábla használható, például arduino uno, nano, mega, nodeMCU és STM-32. de az ESP-32 a következő okok miatt használható:

1. Beépített hőmérséklet -érzékelővel rendelkezik, így magas hőmérséklet esetén a processzor mély alvó üzemmódba állítható.

2. A fő processzor fémgel van árnyékolva, így kevesebb a sugárzás.

3. A belső csarnokhatás -érzékelőt az áramkör körüli mágneses tér érzékelésére használják.

Érzékelő rész:

Minden érzékelő 3,3 voltos tápegységről működik. Az ESP-32 belső feszültségszabályozója alacsony áramot biztosít, így túlmelegedhet. Ennek elkerülése érdekében LD33 feszültségszabályozót használnak.

Csomópont: 3,3 voltos tápellátást alkalmaztam, mert ESP-32 használatban van (Ugyanez vonatkozik a nodeMCU és az STM-32 típusokra is). Ha arduino -t használ, akkor 5 voltot is használhat

Fő tápegység:

12 voltos 5 amperes SMPS -t használnak. a szabályozott tápegységet transzformátorral is használhatja, de ez lineáris tápegység, így meghatározott bemeneti feszültségre van tervezve, így a kimenet megváltozik, amikor 220 voltról 110 voltra kapcsolunk. (110 voltos tápegység áll rendelkezésre az ISS -ben)

12. lépés: Szoftver előkészítése:

Követendő lépések:

1. Az Arduino telepítése: Ha nincs arduino, letöltheti a linkről

www.arduino.cc/en/main/software

2. Ha rendelkezik NodeMCU -val, kövesse az alábbi lépéseket az arduino -val való hozzáadásához:

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

3. Ha ESP-32-t használ, kövesse az alábbi lépéseket az arduino-val való hozzáadásához:

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

4. Ha ESP-32-et használ (az egyszerű DHT11 könyvtár nem működik megfelelően az ESP-32-vel), akkor innen töltheti le:

github.com/beegee-tokyo/DHTesp

13. lépés: A LABview előkészítése:

1. Töltse le a LABview -t erről a linkről

www.ni.com/en-in/shop/labview.html?cid=Paid_Search-129008-India-Google_ESW1_labview_download_exact&gclid=Cj0KCQjw4s7qBRCzARIsAImcAxY0WhS0VYCSCC

2. Töltse le a vi fájlt.

3. Csatlakoztassa az USB portot. Az indikátor kijelző portja csatlakoztatva van vagy nincs.

Kész!!!!