Automatisert plantevekstkammer: 7 trinn (med bilder)

2024 Forfatter: John Day | [email protected]. Sist endret: 2024-01-30 11:22

Følgende prosjekt er min innsending til Growing Beyond Earth Maker Contest i High School -divisjonen.

Plantevekstkammeret har et helautomatisk vanningssystem. Jeg brukte peristaltiske pumper, fuktighetssensorer og en mikrokontroller for å vanne plantene automatisk for å holde jorda på optimal fuktighet. Jeg designet vekstkammeret mitt slik at det enkelt kunne høstes og plantes, og det utnyttet plassen i esken effektivt. Den fleksible designen ville tillate astronauter å ha en jevn tilstrømning av avlinger, og kunne høste en pose (ca. 3 hoder) fullmodnet salat hver 10.-14. Dag. Fordi frø spirer på forskjellige tidspunkter og vokser i forskjellige hastigheter, ønsket jeg å lage et system der planter kunne høstes og nye frø kunne settes inn når de var klare, så jeg designet plantelommene mine. Kammeret består av fire planteposer, eller totalt 12 plantesplitter, som kan fjernes, høstes, en ny frøslipp kan settes inn, og posen kan festes tilbake i systemet ved hjelp av borrelås på bare få minutter. Frøsklippene gjør at frø kan tilberedes, orienteres og limes på forhånd, og settes inn i posen når det er nødvendig. Plantsekkenes slisser ble designet for å la planten vokse mens den forhindrer vann og smuss i å forlate posen. -statiske poser, i tillegg til å beskytte elektroniske komponenter, er speilvendte overflater. Så, med de antistatiske posene, vil lyset nå alle planter/spirer i systemet, og salaten vokser ikke bare direkte mot vekstlyset.

Rekvisita

Container:

1. Oppbevaringsboks i akryl

2. Metall oppbevaringsbøtte

3. Desktop File Organizer

4. Borrelåsstrimler

5. Grow Light

Plantevesker:

1. Antistatiske poser

2. Skumbånd av svampgummi (5/16-tommers)

3. Spire papir

4. Grov jordblanding

5. Frølim (mel og vann)

6. Frø (jeg brukte en Mesclun Green -pakke)

Vanningssystem:

1. Peristaltisk pumpe

2. Silikonrør for pumpe (2 mm x 4 mm)

3. Arduino M0 Pro (hvilken som helst modell vil fungere) og strømkilde

4. Micro USB til USB-A

5. Brødbrett

6. Jumper Wires

7. Loddejern og loddetinn

8. Bridge Driver (jeg brukte en TA7291P)

9. Fuktsensorer

Du kan finne billige, men de vil korrodere raskt fra gjeldende indusert elektrolyse og må byttes ut, da målingene blir dårlige. Alternativt er å bruke kapasitive fuktighetssensorer som er mindre utsatt for korrosjon eller dyrere katode-anodesensorer

10. 12v fatkontakt for brødbrett og kabel

11. Vannflaske med tilbakeslagsventil

Trinn 1: Monter kammeret

Dette trinnet kan utføres på mange måter, men jeg valgte en todelt beholder fordi det ga mer fleksibilitet. Jeg brukte metallrammen som har åpen front og åpen topp for å huse planteposene, vokse lys og automatisk vanningssystem. Så når plantene er lastet, har jeg en akrylboks som glir ned på toppen av metallbunnen.

Trinn:

1. Først festet jeg lyset til metallrammen. Jeg boret to hull i hver side av lyset (etter å ha kontrollert at jeg ikke ville skade noen komponenter), og festet det til forsiden av basen. (sett på bilde 1)

2. Jeg måtte kutte et hull i rammen og akryl for å passe til strømkordet for lyset (bilde 2-4)

Tips: for å kutte hullet i akryl boret jeg fire hull i hjørnet av rektangelet jeg ønsket å kutte og brukte en Dremel for å koble dem til og gjøre et rent kutt

3. Fordi jeg kjøpte en oppbevaringsbøtte for akrylplaten, måtte jeg fjerne de to leppene som var ment å henge filene fra. For å gjøre det, varmet jeg opp plasten og tok en malingskrape og en hammer og banket forsiktig langs stykket som sakte skilte det fra esken.

4. Med noen få endelige justeringer av metallrammen ved hjelp av en hammer, passet akryltoppen godt på toppen av rammen og sokkelen.

Trinn 2: Planteposer

Jeg valgte å lage planteposer i stedet for et hydroponisk system for å gi mer fleksibilitet. Vesken kan klargjøres på forhånd og kan enkelt gjenbrukes ved å legge en ny pakke med frø og spirepapir i spalten. Vesken kan enkelt fjernes og settes tilbake i kammeret ved hjelp av borrelåsstroppene. Fordi posene er så enkle å forberede, kan de også plantes i forskjøvet tid for å muliggjøre en jevn flyt av avlinger. Når de alle er plantet på en gang, er det tid der kammeret ikke har store avlinger. Så i stedet foreslår jeg at posene plantes opp mot noen uker, så det blir en konstant strøm av høstbar avling.

Veske størrelse:

Dette trinnet i prosessen er spesifikt for dimensjonene til hver persons boks. Jeg ender opp med å bruke to 4x6 poser og endret to 12x16 poser for å passe bak og på bunnen av esken min. 4x6 -posene hadde glidelåser for å lukke, men de større posene gjorde det ikke, og jeg endret dem. Så jeg brukte dobbeltsidig tape for å lukke posen fra innsiden og brukte et annet stykke på utsiden for å holde den brettet tilbake (bilde 5)

Montering av posene:

(se bilde 3 for layout jeg brukte til posene mine. Jeg designet den slik at plantene ikke skulle vokse inn i hverandres rom og så de ikke skygger for hverandre fra lyskilden)

1. Skjær en tommers slisser i de antistatiske posene (bilde 1)

Jeg brukte en Xacto -kniv og et stykke papp for å sikre at jeg ikke skar gjennom begge sider av posen

2. Skjær en og en halv tomme av skumteipen og legg den direkte på spalten (bilde 2)

3. Bruk Xacto -kniven eller -bladet til å kutte en 1 tommers spalte i skummet som er på linje med spalten i posen under trinn 1 (bilde 2)

4. Gjenta den samme prosessen på en pose, men lag en større spalte som passer til fuktighetssensoren

5. Gjenta den samme prosessen på alle poser, men i stedet et kvadrat med skumtape og lag et lite x-formet snitt som er akkurat stort nok til å passe til det peristaltiske slangen

Tips: For slangehullene, plasser dem i områder der slangene ikke vil krysse plantens oppvekstområder, og også slik at de lettere kan koble seg tilbake til bakrommet

Trinn 3: Seed Slips

Frøslippene ble designet slik at de kunne tilberedes på forhånd og stables i lagring til de skal brukes. Jeg forberedte et enkelt frøvennlig lim for å feste frøet til spirepapiret og orientere frøets radikkel eller peke ned slik at røttene vokser inn i posen og spiren kommer ut av spalten.

Opprette Seed Slips

1. Skjær et stykke spirepapir (2,5in x 1in)

2. Bland en spiseskje mel med bare nok vann til å danne en tykk pasta

3. Bruk en tannpirker til å sette en prikk av frølimet på midten av spirepapiret

4. Orienter frøet med radikkelen eller spissen nedover og merk/husk hvilken ende den vender fordi det er her roten med vokser fra

5. Brett spirepapiret to ganger, og lag en trifold med frøet i midten

Trinn 4: Automatisk vanningssystem

Vanningssystemet vil bestå av fuktighetssensorer og peristaltiske pumper for automatisk vanning av planteposene når de går under et fuktighetsnivå på 30%. Jeg skrev koden slik at fuktighetsnivået sjekkes i posene etter 8 timer, og hvis nivået er under 30%, slås pumpen på i 10 sekunder. For min pumpe og strømforsyning var 10 sekunder godt nok til å øke fuktigheten i posene nok over 30%, slik at pumpen aktiveres hver 16. time, men bør testes og justeres for forskjellige oppsett.

Tilkoblinger:

GND for å bygge bro driver pin 1

12V GND til brodriverpinne 1

5V til bro driver pin 7 (vcc)

D5 til bro driver pin 5 (in1)

D6 til bro driver pin 6 (in2)

Arduino D13 til R1 (hvis valgfri ekstern LED brukes)

Brodriverstift 2 (ut1) til positiv terminal på peristaltisk pumpe

Bridge driver pin 4 (vref) og pin 8 (vs) til 12V pos.

Brodriverstift 10 (ut2) til den negative terminalen på peristaltisk pumpe

Merknader:

Pins 9 og 3 for bridge driver brukes ikke

Enden av brodriveren med det skrå hjørnet på toppen er pinne 1 og den firkantede enden er pinne 10

Kode:

int IN1Pin = 5; // endre avhengig av pin du brukerint IN2Pin = 6; // endre avhengig av pin du bruker #definer fukt_nål A0

ugyldig oppsett ()

{

Serial.begin (9600);

pinMode (IN1Pin, OUTPUT);

pinMode (IN2Pin, OUTPUT);

analogWrite (IN1Pin, 0);

analogWrite (IN2Pin, 0);

pinMode (fuktighetsnål, INNGANG);

forsinkelse (1000);

}

hulrom ()

{

int sensorValue = map (analogRead (fuktighetsnål), 0, 1023, 100, 0); // kartlegger fuktighetsavlesninger som er 0-1023 til en prosent fra 100-0

Serial.print ("Gjeldende fritidsnivå er:");

Serial.print (sensorValue);

Serial.println ("%");

if (sensorValue <30) // hvis fuktigheten er mindre enn 30 prosent utfører følgende

{

analogWrite (IN1Pin, 255); // 255 setter pumpen til maks effekt

forsinkelse (10000); // kjører pumpen i 10 sekunder

analogWrite (IN1Pin, 0); // slår av pumpen

Serial.println ("Kontrollere fuktighetsnivåer om 2 timer");

forsinkelse (28800000); // 8 timer i millisekunder

int sensorValue = map (analogRead (fuktighetsnål), 0, 1023, 100, 0); // sjekker fuktighetsnivået

Serial.println (sensorValue); // skriver ut fuktighetsnivå

}

ellers

{

Serial.println ("Jordsmonnet er fuktig, sjekker igjen om 1 time"); // hvis jordfuktigheten er over 30%, skriver denne uttalelsen ut

forsinkelse (3600000); // 1 time i millisekunder

}

}

Tips: Etter at koden er lastet opp til Arduino, trenger du ikke å la den være koblet til datamaskinen din for de som ikke har brukt dem før. Du kan få en liten strømforsyning til arduinoen, og den vil utføre koden din når den slås på. Så for dette designet trenger du bare en strømforsyning til arduinoen og en 12v strømforsyning for fatkontakten på brødbrettet.

Trinn 5: Sett alt sammen

På dette stadiet bør du ha den ferdige esken med vekstlys, vanningssystem og planteposer, så alt som gjenstår er å sette alt sammen.

Dette stadiet er mange forskjellige for mange mennesker, avhengig av boksens dimensjoner og rommet for vannreservoaret, pumpen og mikrokontrollerne.

Fordi vekstkammeret er ment å fungere uten tyngdekraft, sørget jeg for å feste alle komponentene i det bakre rommet ved hjelp av borrelåsstrimler av 15 kg

1. Jeg brukte en Arduino- og brødbrettholder og borrelåsstroppene festet til rammen og på baksiden av holderen og monterte den på oversiden av fillagringsbeholderen som er mitt bakrom. (bilde 2)

2. Deretter la jeg borrelåsstrimler på bunnen av peristaltisk pumpe og bunnen av rommet og gjorde det samme med vannreservoaret.

3. Det neste er vanningssystemet. Jeg brukte tre tee -ledd for å dele slangen fra peristaltisk pumpe i fire slanger for de fire planteposene. (bilde 3)

4. Til slutt plasserte jeg borrelåsstrimlene for å holde planteposene på plass. Fordi jeg festet stripene til et nett, klippet jeg segmenter av industrielle bånd og limte dem på utsiden av rammen mot baksiden av borrelåsstrimlene.

Trinn 6: Sette opp planteposene og kjøre

Etter at det bakre rommet, slangen og fuktighetssensorene er på plass, gjenstår det bare å feste planteposene, slangen og fuktighetssensorene.

Sluttmontering

1. Plasser planteposene på siden de var designet for. (bilde 2 viser prosessen)

2. Sett fuktighetssensoren inn i posen med den lengre spalten som ble laget tidligere

3. Sett rørene inn i posene gjennom de mindre firkantede skumåpningene

4. Koble veksellysene til timeren og sett den slik at lysene er på i 16 timer om dagen

5. Koble til 12v strømforsyning til fatet på brødbrettet

6. Koble Arduino til datamaskinen (hvis du vil overvåke utgangene) eller strømforsyningen og la programmet kjøre!

Trinn 7: Resultater

Det første settet med bilder (1-4) ovenfor er to ukers vekst

Det andre settet (5-6) er fra den femte dagen da de fleste planteposene hadde synlige spirer

Det siste bildet (7) er fra den første dagen systemet ble slått på

Den beste delen med dette utstyret var at når en pose var ferdig vokst, fordi de vokste i forskjellige hastigheter, kunne jeg fjerne salaten og sette inn et nytt sett med frø i den samme posen uten å måtte høste de andre avlingene før de var klare. I fremtidige tester planlegger jeg å kompensere plantingen av plantingen av hver pose med to uker fordi det tar omtrent 45-55 dager før de fleste salatene modnes. Og ved å gjøre dette, vil jeg annenhver uke ha en plantepose verdt fullvokst salat klar til høsting, og det vil forhindre at de andre salatplantene blokkerer lyset til de andre posene fordi det blir færre store hoder som vokser.

Runner Up i konkurransen Growing Beyond Earth Maker