Smart Plant Growth Chamber: 13 stappe

2024 Outeur: John Day | [email protected]. Laas verander: 2024-01-30 07:25

Ek het 'n nuwe idee gekry: 'n slim plantgroeikamer. Die groei van plante in die buitenste ruimte het baie wetenskaplike belangstelling ontlok. In die konteks van menslike ruimtevaart kan hulle as voedsel gebruik word en/of 'n verfrissende atmosfeer sorg. gebruik plantkussings om kos in die Internasionale Ruimtestasie te verbou.

So ek het 'n idee gekry om verder te stap.

Probleme om voedsel in die ruimte te verbou:

Swaartekrag:

Dit is die grootste struikelblok om voedsel in die ruimte te verbou, dit beïnvloed die groei van plante op verskeie maniere: 1 u kan die plante nie behoorlik natmaak nie, want daar is geen swaartekrag nie, sodat water nie deur watersproeiers en ander konvensionele metodes wat op aarde gebruik kan word nie.

2 Water kan nie by die wortels van die plant kom nie, want daar is geen swaartekrag nie.

3 Die groei van wortels beïnvloed ook deur swaartekrag. (plantwortels gaan afwaarts en plant groei opwaarts) Plantwortels groei dus nooit in die regte rigting nie.

Straling:

1. Daar is baie straling in die ruimte, so dit is skadelik vir plante.

2. Bestraling deur sonwind beïnvloed plante.

3. Baie ultravioletstrale is ook skadelik vir plante.

Temperatuur:

1. Daar is baie temperatuurvariasies in die ruimte (die temperatuur kan tot honderd grade en tot minus honderd grade styg).

2. temperatuur verhoog die verdamping van water sodat plante nie in die ruimte kan oorleef nie.

Monitering:

1. Monitering van plante is baie moeilik in die ruimte omdat die persoon deurlopend baie faktore soos temperatuur, water en straling monitor.

2. Verskillende plante benodig verskillende behoeftes van hulpbronne. As daar verskillende plante is, word monitering moeiliker.

Dus kom ek op 'n idee dat ek probeer om al hierdie struikelblokke uit die weg te ruim. Dit is 'n kamer om voedsel teen 'n baie lae prys in die ruimte te verbou, en bevat alle hulpbronne en tegnologie wat baie probleme kan oorkom. Laat ons dus staar !!!

Wat hierdie kamer in staat is:

1. Elimineer die effek van swaartekrag.

2. Die verskaffing van behoorlike water aan die wortels van die plant. (Beheerbaar - handmatig, outomaties)

3. Die verskaffing van kunsmatige beligting aan plante vir fotosintese.

4. Beperk die effek van bestraling.

5. Sensing omgewing soos grondtemperatuur, vog, omgewingstemperatuur, humiditeit, bestraling, druk en vertoon real -time data op die rekenaar.

Stap 1: Vereiste komponent:

1. ESP32 (hoofverwerkingsbord, u kan ook ander borde gebruik).

2. DHT11 of DHT-22. (DH22 bied 'n beter akkuraatheid)

3. DS18b20 (waterdigte metaalweergawe).

4. Grondvogsensor.

5. Waterpomp. (12 volt).

6. Vlak plastiek.

7,12 volt DC waaier.

8. Gassensors.

9. ULN2003.

10. Servomotor.

11. Glasplaat.

12. Elektrostatiese vel.

13. 12 volt relais.

14. BMP 180.

15. 7805 Spanningsreguleerder.

16.100uF, 10uF kapasitor.

17. Motordaklig (LED of CFL). (Kleur word verder gedefinieer).

18. SMPS -kragtoevoer (12volt - 1A as u pomp uit 'n aparte toevoer dryf, andersins tot 2 ampère kragtoevoer)

Stap 2: Sagtewarevereiste:

1. Arduino IDE.

2. LABView

3. ESP32 -installasie in Arduino IDE.

4. ESP32 -biblioteke. (Baie biblioteke verskil van Arduino -biblioteke).

Stap 3: Maak houer en waterstelsel:

Maak 'n plastiekhouer van enige grootte volgens die vereiste of ruimte beskikbaar. Die materiaal wat vir die houer gebruik word, is plastiek, so dit kan nie met water weggegooi word nie (dit kan ook van metale gemaak word, maar dit verhoog die koste en ook die gewig, want daar is 'n gewigbeperking van vuurpyl)

Probleem: daar is geen gravitasie in die ruimte nie. Waterdruppels bly vry in die ruimte (soos op die foto getoon deur N. A. S. A.) En bereik nooit die bodem van die grond nie, sodat water met konvensionele metodes in die ruimte nie moontlik is nie.

Klein deeltjies vorm ook grond wat in die lug dryf.

Oplossing: Ek plaas klein waterpype in die grond (dit het klein gaatjies) in die middel en die pype word aan die pomp vasgemaak.

'N Klein waaier word bo -op die kamer aangebring (lug vloei opwaarts na afwaarts), sodat dit druk op klein deeltjies veroorsaak en dat dit nie buite die kamer dryf nie.

Gooi nou grond in houer.

Stap 4: Grondsensors:

ek plaas twee sensors in die grond. Die eerste is temperatuursensor (DS18b20 waterdig). Dit bepaal die grondtemperatuur.

Waarom moet ons die temperatuur en humiditeit van die grond ken?

Hitte is die katalisator vir baie biologiese prosesse. As grondtemperature laag is (en biologiese prosesse vertraag), word sekere voedingstowwe onbeskikbaar of minder beskikbaar vir plante gemaak. Dit geld veral in die geval van fosfor, wat grootliks verantwoordelik is vir die bevordering van die ontwikkeling van wortels en vrugte in plante. Geen hitte beteken dus dat minder voedingstowwe swak groei tot gevolg het. Ook hoë temperature is skadelik vir plante.

Tweedens is die humiditeitsensor. Dit bepaal die humiditeit van die grond as die vog in die grond afneem vanaf die voorafbepaalde limiet, die motor aanskakel en die vog outomaties afskakel as die vog die boonste grens bereik. Bo- en ondergrens hang af van plant tot plant. Dit lei tot 'n geslote lus stelsel. Water word outomaties gedoen sonder inmenging van die persoon.

Let op. Waterbehoefte vir verskillende vir verskillende plante. Die minimum en maksimum watervlak moet dus aangepas word. Dit kan met 'n potensiometer gedoen word as u 'n digitale koppelvlak gebruik, anders kan dit in die programmering verander word.

Stap 5: Maak glasmure

Daar is mure aan die agterkant van die houer met elektrostatiese film daarop. Aangesien daar geen magnetiese veld is wat ons teen sonwinde beskerm nie. Ek gebruik 'n eenvoudige glasplaat, maar bedek dit met elektrostatiese plaat. Elektrostatiese plaat voorkom ladingdeeltjie van sonwind. Dit is ook nuttig om die stralingseffek in die ruimte te verminder. dit vermy ook om grond en waterdeeltjies in die lug te dryf.

Waarom het ons elektrostatiese beskerming nodig?

Die aarde se gesmelte ysterkern skep elektriese strome wat magnetiese veldlyne rondom die aarde produseer, soortgelyk aan dié wat met 'n gewone staafmagneet geassosieer word. Hierdie magnetiese veld strek duisende kilometer van die aardoppervlak af. Die aarde se magnetiese veld stoot ladingdeeltjie in die vorm van sonwind af en moet nie in die atmosfeer van die aarde ingaan nie. Maar daar is geen sodanige beskerming buite die aarde en op ander planete nie. Ons benodig dus 'n ander kunsmatige metode om ons sowel as plante teen hierdie ladingdeeltjie te beskerm. Elektrostatiese film is basies 'n geleidende film, sodat dit nie die ladingdeeltjie binne kan binnedring nie.

Stap 6: Bouluiter:

Elke plant het sy eie sonlig nodig. Blootstelling in die son vir lang tyd en hoë straling is ook skadelik vir plante. Sluiter word aan die kant van die spieël vasgemaak en dan aan servomotors gekoppel. Hoek van oopmaakvleuel en laat lig inkom wat deur die hoofverwerkingskring onderhou word

'N Ligopsporingskomponent LDR (ligafhanklike weerstand) is gekoppel aan die hoofverwerkingskring Hoe werk hierdie stelsel:

1. By oormatige straling en lig (wat deur LDR bespeur word) sluit dit vlerke en elimineer lig om binne te kom. 2. Elke plant het sy eie behoefte aan sonlig. Let op die tyd van die hoofverwerkingskring om sonlig toe te laat nadat hierdie wind gesluit is. Dit vermy ekstra beligting in die kamer.

Stap 7: Omgewingswaarneming en -beheer:

Verskillende plante benodig 'n ander omgewingstoestand, soos temperatuur en humiditeit.

Temperatuur: Om die omgewingstemperatuur te bepaal, word 'n DHT-11-sensor gebruik (DHT 22 kan gebruik word om 'n hoë akkuraatheid te verkry). As die temperatuur styg of daal vanaf die voorgeskrewe limiet, waarsku en skakel die buitenste waaier aan.

Waarom moet ons die temperatuur handhaaf?

Die temperatuur in die buitenste ruimte is 2,73 Kelvin (-270,42 Celsius, -454,75 Fahrenheit) aan die donker kant (waar die son nie skyn nie). Aan die kant van die son kan die temperatuur warm temperature van ongeveer 121 C (250 grade F) bereik.

Handhaaf humiditeit:

Humiditeit is die hoeveelheid waterdamp in die lug in verhouding tot die maksimum hoeveelheid waterdamp wat die lug by 'n sekere temperatuur kan hou.

Waarom moet ons die humiditeit handhaaf?

Humiditeitsvlakke beïnvloed wanneer en hoe plante die huidmondjies aan die onderkant van hul blare oopmaak. Plante gebruik huidmondjies om te verskyn, of "asem te haal". As die weer warm is, kan 'n plant sy huidmondjies toemaak om waterverliese te verminder. Die huidmondjies dien ook as 'n afkoelmeganisme. As die omgewingstoestande te warm is vir 'n plant en sy huidmondjies te lank toemaak om water te bespaar, kan dit nie koolstofdioksied en suurstofmolekules beweeg nie, wat veroorsaak dat die plant stadigaan versmoor aan waterdamp en sy eie gasse..

As gevolg van verdamping (van plant en grond) neem die humiditeit vinnig toe. Dit is nie net skadelik vir plante nie, maar ook skadelik vir sensor en glasspieël. Dit kan op twee maniere verwaarloos word.

1. Plastiekpapier bo -op die oppervlak voorkom humiditeit maklik. Plastiekpapier word op die boonste oppervlak van die grond versprei met 'n opening vir substraat en saad (plant groei daarin). Dit is ook nuttig tydens natmaak.

Die probleem met hierdie metode is dat die plante met groter wortels lug in die grond en wortels benodig. plastieksak stop lug om sy wortels heeltemal te bereik.

2. Klein waaiers word op die boonste dak van die kamer aangebring. Humiditeit in die kamer is sinvol deur 'n higrometer wat ingebou is (DHT-11 en DHT-22). As die humiditeit toeneem vanaf die grenswaaiers, word die waaiers outomaties aangeskakel.

Stap 8: Elimineer swaartekrag:

As gevolg van swaartekrag groei stamme opwaarts, of weg van die middelpunt van die aarde, en na die lig. Wortels groei afwaarts, of na die middel van die aarde, en weg van die lig. Sonder swaartekrag het die plant nie die vermoë om hom te oriënteer geërf nie.

Daar is twee metodes om swaartekrag uit te skakel

1. Kunsmatige swaartekrag:

Kunsmatige swaartekrag is die skepping van 'n traagheidskrag wat die effekte van 'n gravitasiekrag naboots, gewoonlik deur rotasie-gevolg op die vervaardiging van sentrifugale kragte. Hierdie proses word ook pseudo-swaartekrag genoem.

Hierdie metode is te duur en baie moeilik. daar is te veel kanse op mislukking. Hierdie metode kan ook nie behoorlik op aarde getoets word nie.

2. Gebruik van substraat: dit is 'n te maklike metode en ook effektief vir doek. Saad word in 'n klein sakkie, die substraatsaad, gehou, onder 'n substraat gehou wat die regte rigting gee aan wortels en blare, soos in die prentjie getoon. Dit help om wortels afwaarts te laat groei en blare na bo te plant.

Dit is 'n lap met gate. Aangesien die saad binne -in is, laat dit water toe en kan wortels ook uitkom en in die grond dring. Saad word onder die diepte van 3 tot 4 duim onder die grond gehou.

Hoe om saad onder die grond te sit en sy posisie te behou ??

Ek sny plastiekvel met 'n lengte van 4 tot 5 duim en vorm 'n groef voor dit. Plaas hierdie gereedskap op die halwe lengte van hierdie lap (groefkant). Sit die saad in die groef en draai die lap om. Plaas hierdie gereedskap nou in die grond. Haal gereedskap uit die grond sodat saad en substraat in die grond beland.

Stap 9: Kunsmatige sonlig:

In die ruimte is sonlig nie altyd moontlik nie, dus kunsmatige sonlig kan nodig wees. Dit word gedoen deur CFL en nuut komende LED -ligte. Ek gebruik CFL -lig wat blou en rooi is, nie te helder nie. Hierdie ligte is op die boonste dak van die kamer gemonteer. Dit bied 'n volledige spektrum van lig (CFL's word gebruik as daar 'n behoefte is aan lig met hoë temperatuur, terwyl LED's word gebruik wanneer plante geen verhitting of lae verhitting benodig nie..

Waarom gebruik ek 'n kombinasie van blou en rooi?

Blou lig pas by die absorpsiepiek van chlorofille, wat fotosintese doen om suikers en koolstowwe te produseer. Hierdie elemente is noodsaaklik vir plantegroei, want dit is die boustene vir plantselle. Blou lig is egter minder effektief as rooi lig vir die bestuur van fotosintese. Dit is omdat blou lig geabsorbeer kan word deur pigmente met 'n laer doeltreffendheid soos karotenoïede en onaktiewe pigmente soos antosianiene. As gevolg hiervan is daar 'n vermindering van blou ligenergie wat na die chlorofilpigmente kom. Verbasend genoeg, as sommige spesies met net blou lig verbou word, is plantbiomassa (gewig) en fotosintesetempo soortgelyk aan 'n plant wat net met rooi lig gekweek word.

Stap 10: Visuele monitering:

Ek gebruik LABview vir visuele monitering van data en beheer, ook omdat LABview baie buigsame sagteware is. Dit is 'n hoë spoed data -verkryging en maklik om te bedryf. Dit kan bedraad of draadloos verbind word met die hoofverwerkingskring. Data wat uit die hoofverwerkingskring (ESP-32) kom, word op LABview geformateer.

Stappe wat gevolg moet word:

1. Installeer LABview en laai af. (hoef nie Arduino-byvoegings te installeer nie)

2. Begin die vi -kode hieronder.

3. Koppel die USB -poort aan op u rekenaar.

4. Laai Arduino -kode op.

5. COM -poort in u laboratorium (as vensters vir Linux en MAC "dev/tty") en die aanwyser toon dat u poort gekoppel is of nie.

6. Voltooi !! Data van verskillende sensors word op die skerm vertoon.

Stap 11: Berei hardeware (stroombaan) voor:

Die stroombaandiagram word in figuur getoon. u kan ook die onderstaande PDF aflaai.

Dit bestaan uit die volgende dele:

Hoof verwerkingskring:

Elke bord wat verenigbaar is met arduino kan gebruik word, soos arduino uno, nano, mega, nodeMCU en STM-32. maar ESP-32 gebruik om die volgende rede:

1. Dit het 'n ingeboude temperatuursensor, sodat die verwerker in 'n diep slaapmodus moontlik is tydens 'n hoë temperatuur.

2. Die hoofverwerker is met metaal afgeskerm, sodat daar minder stralingseffek is.

3. Interne saal -effek sensor word gebruik om magnetiese veld rondom die stroombane op te spoor.

Sensorgedeelte:

Alle sensors werk op 3,3 volt kragtoevoer. Spanningsreguleerder in die ESP-32 bied lae stroom sodat dit oorverhit kan word. Om hierdie LD33 spanningsreguleerder te vermy, word dit gebruik.

Node: Ek het 3,3 volt-toevoer aangewend omdat ek ESP-32 in gebruik was (ook dieselfde vir nodeMCU en STM-32). As u arduino gebruik, kan u ook 5 volt gebruik

Hoof kragbron:

12 volt 5 amp SMPS word gebruik. U kan ook 'n gereguleerde kragtoevoer met 'n transformator gebruik, maar dit is 'n lineêre toevoer, dus dit is ontwerp vir spesifieke ingangsspanning, sodat die uitset verander word namate ons 220 volt na 110 volt skakel. (110 volt -voeding is beskikbaar in ISS)

Stap 12: Berei sagteware voor:

Stappe wat gevolg moet word:

1. Arduino installeer: as u nie arduino het nie, kan u dit vanaf die skakel aflaai

www.arduino.cc/en/main/software

2. As u NodeMCU het, volg hierdie stappe om dit by te voeg met arduino:

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

3. As u ESP-32 gebruik, volg die volgende stappe om dit by te voeg met arduino:

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

4. As u ESP-32 gebruik ('n eenvoudige DHT11-biblioteek kan nie behoorlik met ESP-32 werk nie), kan u dit hier aflaai:

github.com/beegee-tokyo/DHTesp

Stap 13: Berei LABview voor:

1. Laai LABview af vanaf hierdie skakel

www.ni.com/en-in/shop/labview.html?cid=Paid_Search-129008-India-Google_ESW1_labview_download_exact&gclid=Cj0KCQjw4s7qBRCzARIsAImcAxY0WyYyYyYyYyYxYyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyxyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyxySwyYs

2. Laai vi -lêer af.

3. Koppel die USB -poort aan. Aanwyser toonpoort is gekoppel of nie.

klaar !!!!