Smart plantevekstkammer: 13 trinn

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

Jeg kommer med en ny idé som er et smart plantevekstkammer. Veksten av planter i verdensrommet har vakt stor vitenskapelig interesse. I forbindelse med menneskelig romfart kan de konsumeres som mat og/eller gi en forfriskende atmosfære. For tiden er N. A. S. A. bruk planteputer for å dyrke mat i den internasjonale romstasjonen.

Så jeg kommer på ideen om å gå videre.

Problemer med å dyrke mat i verdensrommet:

Tyngdekraften:

Det er hovedhindringen for å dyrke mat i verdensrommet, det påvirker veksten av planter på flere måter: 1 Du kan ikke vanne plantene ordentlig fordi det ikke er tyngdekraft, slik at vann ikke kan tilføres av vannsprinklere og andre konvensjonelle metoder som brukes på jorden.

2 Vann kan ikke nå plantens røtter fordi det ikke er tyngdekraft.

3 Røttens vekst påvirker også av tyngdekraften. (plantens røtter går nedover og planten vokser oppover) Så plantens røtter vokser aldri i riktig retning.

Stråling:

1. Det er mye stråling i rommet, så det er skadelig for planter.

2. Stråling fra solvind påvirker også planter.

3. Mange ultrafiolette stråler er også skadelige for planter.

Temperatur:

1. Det er mye temperaturvariasjoner i rommet (temperaturen kan gå opp til hundre grader og ned til minus hundre grader).

2. temperaturøkning av vanndampning slik at planter ikke kan overleve i verdensrommet.

Overvåkning:

1. Overvåking av planter er svært vanskelig i verdensrommet fordi personen kontinuerlig overvåker mange faktorer som temperatur, vann og stråling.

2. Ulike anlegg krever forskjellige ressursbehov. Hvis det er forskjellige anlegg, blir det vanskeligere å overvåke.

Så jeg kommer på ideen om at jeg prøver å eliminere alle disse hindringene. Det er et kammer for dyrking av mat i verdensrommet til en svært lav pris. Den inneholder all ressurs og teknologi som kan overvinne mange vanskeligheter. Så la oss stirre !!!

Hva dette kammeret er i stand til:

1. Eliminer tyngdekraften.

2. Gi riktig vann til plantens røtter. (Kontrollerbar - manuelt, automatisk)

3. Tilby kunstig belysning til planter for fotosyntese.

4. Minimer effekten av stråling.

5. Sensing miljø som jordtemperatur, fuktighet, miljøtemperatur, fuktighet, stråling, trykk og vise sanntidsdata på datamaskinen.

Trinn 1: Komponent påkrevd:

1. ESP32 (hovedbehandlingskort, du kan også bruke andre tavler).

2. DHT11 eller DHT-22. (DH22 gir bedre nøyaktighet)

3. DS18b20 (vanntett metallversjon).

4. Jordfuktighetssensor.

5. Vannpumpe. (12 volt).

6. Ark av plast.

7,12 volt likestrømvifte.

8. Gassensorer.

9. ULN2003.

10. Servomotor.

11. Glassplate.

12. Elektrostatisk ark.

13. 12 volt relé.

14. BMP 180.

15. 7805 Spenningsregulator.

16.100uF, 10uF kondensator.

17. Taklys for bil (LED eller CFL). (Farge definert nærmere).

18. SMPS strømforsyning (12 volt - 1A hvis du driver pumpen fra separat forsyning, ellers opptil 2 ampere strømforsyning)

Trinn 2: Programvarekrav:

1. Arduino IDE.

2. LABView

3. ESP32 -installasjon i Arduino IDE.

4. ESP32 biblioteker. (Mange biblioteker er forskjellige fra Arduino -biblioteker).

Trinn 3: Lag beholder og vanningssystem:

Lag en plastbeholder av hvilken som helst størrelse i henhold til krav eller plass tilgjengelig. Materialet som brukes til beholderen er plast, så det kan ikke kastes med vann (det kan også lages av metaller, men det øker kostnadene og også vekten fordi det er vektgrense for rakett)

Problem: Det er ingen tyngdekraft i rommet. Vanndråper holder seg frie i rommet (som vist på bildet av N. A. S. A.) Og når aldri jordbunnen, så vanning med konvensjonelle metoder er ikke mulig i verdensrommet.

Også små partikler danner jord som flyter i luften.

Løsning: Jeg legger små vannrør i jord (den har små hull) i midten og rør festes til pumpen. Når pumpen slås på kommer det ut vann fra små rør til bunnen av jorda slik at den lett kommer til plantens røtter.

Liten vifte er festet på toppen av kammeret (luft strømmer oppover til nedover) slik at den gir trykk til små partikler og unngår å flyte utenfor kammeret.

Ha nå jord i beholderen.

Trinn 4: Jordsensorer:

jeg setter inn to sensorer i jord. Først er temperatursensor (DS18b20 vanntett). Som oppdager jordtemperaturen.

Hvorfor trenger vi å vite jordens temperatur og fuktighet?

Varme er katalysatoren for mange biologiske prosesser. Når jordtemperaturen er lav (og biologiske prosesser sakte), blir visse næringsstoffer gjort utilgjengelige eller mindre tilgjengelige for planter. Dette gjelder spesielt når det gjelder fosfor, som i stor grad er ansvarlig for å fremme utvikling av røtter og frukt i planter. Så ingen varme betyr at mindre næringsstoffer gir dårlig vekst. Også høy temperatur er skadelig for planter.

For det andre er fuktighetssensor. Som oppdager fuktighet i jord hvis fuktighet i jord reduseres fra forhåndsdefinert grense, motoren slås på, når fuktighet når sin øvre grense, motoren slår seg av automatisk. Øvre og nedre grense avhenger og varierer fra plante til plante. Dette resulterer i lukket sløyfe -system. Vann gjøres automatisk uten forstyrrelser fra personer.

Merk. Vannbehov for forskjellige for forskjellige planter. Så det er behov for å justere minimum og maksimal vannstand. Det kan gjøres fra potensiometer hvis du bruker digitalt grensesnitt, ellers kan det endres i programmeringen.

Trinn 5: Lag glassvegger

Det er vegger på baksiden av beholderen med elektrostatisk film på den. Siden det ikke er noe magnetfelt som beskytter oss mot solvind. Jeg bruker et enkelt glassark, men dekker det med elektrostatisk ark. Elektrostatisk ark forhindrer ladningspartikkel av solvind. Det er også nyttig å minimere strålingseffekten i rommet. det unngår også å flyte jord og vannpartikkel opp i luften.

Hvorfor trenger vi elektrostatisk beskyttelse?

Jordens smelte jernkjerne skaper elektriske strømmer som produserer magnetiske feltlinjer rundt jorden som ligner dem som er forbundet med en vanlig stangmagnet. Dette magnetfeltet strekker seg flere tusen kilometer ut fra jordoverflaten. Jordens magnetfelt avviser ladningspartikkel i form av solvind og unngår å komme inn i jordens atmosfære. Men det er ingen slik beskyttelse tilgjengelig utenfor jorden og på andre planeter. Så vi trenger en annen kunstig metode for å beskytte oss så vel som planter mot disse ladningspartiklene. Elektrostatisk film er i utgangspunktet en ledende film, så den tillater ikke å komme inn i ladningspartikkelen inni.

Trinn 6: Bygge lukker:

Hver plante har sitt eget behov for sollys. Eksponering i sol over lang tid og høy stråling er også skadelig for planter. Lukkervinger er festet på siden av speilet og deretter koblet til servomotorer. Vinkel for åpningsvinge og la lys komme inn som opprettholdes av hovedbehandlingskretsen

En lysdetekterende komponent LDR (lysavhengig motstand) er koblet til hovedbehandlingskretsen Slik fungerer dette systemet:

1. Ved overdreven stråling og lys (som oppdages av LDR) lukker det vingene og eliminerer lys for å komme inn. 2. Hver plante har sitt eget behov for sollys. Hovedbehandlingskretsen noter tid for å tillate sollys etter denne bestemte tiden vindene er stengt. Det unngår ekstra belysning å nå i kammeret.

Trinn 7: Miljøfølelse og kontroll:

Ulike anlegg krever forskjellige miljøtilstander som temperatur og fuktighet.

Temperatur: For å registrere omgivelsestemperatur brukes DHT-11-sensor (DHT 22 kan brukes for å oppnå høy nøyaktighet). Når temperaturen øker eller synker fra foreskrevet grense, advarer og slår den på den ytre viften.

Hvorfor må vi holde temperaturen?

Temperaturen i verdensrommet er 2,73 Kelvin (-270,42 Celsius, -454,75 Fahrenheit) i den mørke siden (hvor solen ikke skinner). Den solvendte siden, temperaturen kan nå brennende varme temperaturer på ca 121 C (250 grader F).

Oppretthold fuktighet:

Fuktighet er mengden vanndamp i luften i forhold til den maksimale mengden vanndamp som luften kan holde ved en viss temperatur.

Hvorfor trenger vi å opprettholde fuktighet?

Fuktighetsnivået påvirker når og hvordan planter åpner stomata på undersiden av bladene. Planter bruker stomata for å skje, eller "puste". Når været er varmt, kan en plante lukke stomata for å redusere vanntap. Stomata fungerer også som en kjølemekanisme. Når omgivelsesforholdene er for varme for en plante og den lukker stomata for lenge i et forsøk på å spare vann, har den ingen mulighet til å flytte karbondioksid og oksygenmolekyler, noe som får planten til å kveles sakte på vanndamp og sine egne gasser..

På grunn av fordampning (fra plante og jord) øker fuktigheten raskt. Det er ikke bare skadelig for planter, men også skadelig for sensor og glassspeil. Det kan neglisjeres på to måter.

1. Plastpapir på overflaten forhindrer lett fuktighet. Plastpapir er spredt på jordoverflaten med åpning i det for underlag og frø (Plant vokser i det). Det er også nyttig under vanning.

Problemet med denne metoden er at plantene med større røtter trenger luft inn i jord og røtter. plastposen stopper luften for å nå røttene helt.

2. Små vifter er festet på topptaket på kammeret. Fuktighet i kammer er sans ved Hygrometer som er innebygd i (DHT-11 og DHT-22). Når luftfuktigheten øker fra grenseviftene slås på automatisk, ved lavere grense stoppes viftene.

Trinn 8: Eliminer tyngdekraften:

På grunn av tyngdekraften vokser stilkene oppover, eller bort fra sentrum av jorden, og mot lys. Røtter vokser nedover, eller mot midten av jorden, og vekk fra lys. Uten tyngdekraften arvet ikke anlegget evnen til å orientere seg.

Det er to metoder for å eliminere tyngdekraften

1. Kunstig tyngdekraft:

Kunstig tyngdekraft er dannelsen av en treghetskraft som etterligner virkningene av en gravitasjonskraft, vanligvis ved rotasjonsresultat for å produsere sentrifugalkrefter. Denne prosessen kalles også pseudo-tyngdekraft.

Denne metoden er for dyr og veldig vanskelig. det er for store sjanser for å mislykkes. Denne metoden kan heller ikke testes på jorden ordentlig.

2. Using Substrate: Dette er en for enkel metode og klut effektiv. Frø holdes inne i en liten pose som kalles Substratfrø holdes under et underlag som gir riktig retning til røtter og blader som vist på bildet. Det hjelper å vokse røtter nedover og planteblad oppover.

Det er en klut med hull. Siden frø er inne Det lar vann komme inn og lar også røtter komme ut og trenge ned i jord. Frø holdes under 3 til 4 tommer dybde under jord.

Hvordan sette frø under jord og beholdt sin posisjon ??

Jeg kutter plastark med en lengde på 4 til 5 tommer og danner et spor foran det. Plasser dette verktøyet på halv lengde av denne kluten (rille side). Sett frøet inn i sporet og pakk kluten rundt. Sett dette verktøyet inn i jorda. Få verktøyet ut av jorda slik at frø og underlag kommer ned i jorda.

Trinn 9: Kunstig sollys:

I verdensrommet er ikke sollys mulig, så kunstig sollys kan være nødvendig. Dette gjøres av CFL og nylig kommende LED -lys. Jeg bruker CFL -lys som er blått og rødt, ikke for mye lyst. Disse lysene montert på topptaket i kammeret. Dette gir hele lysspekteret (CFL -er brukes når det er behov for lys med høy temperatur, mens LED -er brukes når anlegg ikke krever oppvarming eller lav oppvarming. Dette kan kjøres manuelt, eksternt eller automatisk (styrt av hovedprosesseringskretsen).

Hvorfor bruker jeg en kombinasjon av blå og rød farge?

Blått lys passer med absorpsjonstoppen til klorofyller, som gjør fotosyntese for å produsere sukker og karbon. Disse elementene er avgjørende for plantevekst, fordi dette er byggesteinene for planteceller. Blått lys er imidlertid mindre effektivt enn rødt lys for å kjøre fotosyntese. Dette er fordi blått lys kan absorberes av pigmenter med lavere effektivitet som karotenoider og inaktive pigmenter som antocyaniner. Som et resultat er det en reduksjon av blått lys som gjør det til klorofyllpigmentene. Overraskende nok, når noen arter vokser med bare blått lys, er plantebiomasse (vekt) og fotosyntesehastighet lik en plante som vokser med bare rødt lys.

Trinn 10: Visuell overvåking:

Jeg bruker LABview for visuell overvåking av data og kontroll også fordi LABview er veldig fleksibel programvare. Det er høyhastighets datainnsamling og lett å betjene. Det kan være kablet eller kabelløst koble til hovedbehandlingskretsen. Data som kommer fra hovedprosesseringskretsen (ESP-32) formateres i vises på LABview.

Fremgangsmåte som skal følges:

1. Installer LABview og last ned. (trenger ikke å installere Arduino-tillegg)

2. Kjør vi -koden gitt nedenfor.

3. Koble USB -porten til PCen.

4. Last opp Arduino -kode.

5. COM -port vist i labvisningen din (hvis Windows for linux og MAC "dev/tty") og indikatoren viser at porten er tilkoblet eller ikke.

6. Fullfør !! Data fra forskjellige sensorer vises på skjermen.

Trinn 11: Forbered maskinvare (krets):

Kretsdiagrammet er vist i figur. du kan også laste ned PDF gitt nedenfor.

Den består av følgende deler:

Hovedbehandlingskrets:

Alle brett som er kompatible med arduino kan brukes, for eksempel arduino uno, nano, mega, nodeMCU og STM-32. men bruk av ESP-32 på grunn av følgende årsak:

1. Den har innebygd temperatursensor, så det er mulig å sette prosessoren i dvalemodus ved høy temperatur.

2. Hovedprosessoren er skjermet med metall, så det er mindre strålingseffekt.

3. Intern hall -effektsensor brukes til å oppdage magnetfelt rundt kretsene.

Sensorseksjon:

Alle sensorer kjører på 3,3 volt strømforsyning. Spenningsregulator inne i ESP-32 gir lav strøm slik at den kan bli overopphetet. For å unngå dette brukes LD33 spenningsregulator.

Node: Jeg brukte 3,3 volt forsyning fordi jeg brukte ESP-32 (også det samme for nodeMCU og STM-32). Hvis du bruker arduino, kan du også bruke 5 volt

Hovedstrømforsyning:

12 volt 5 amp SMPS brukes. du kan også bruke regulert strømforsyning med transformator, men det er lineær forsyning, så den er designet for spesifikk inngangsspenning, så utgangen vil bli endret når vi bytter 220 volt til 110 volt. (110 volt forsyning er tilgjengelig i ISS)

Trinn 12: Forbered programvare:

Fremgangsmåte som skal følges:

1. Installere Arduino: Hvis du ikke har arduino kan du laste ned fra lenken

www.arduino.cc/en/main/software

2. Hvis du har NodeMCU Følg disse trinnene for å legge den til med arduino:

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

3. Hvis du bruker ESP-32 Følg disse trinnene for å legge den til med arduino:

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

4. Hvis du bruker ESP-32 (enkelt DHT11-bibliotek kan ikke fungere skikkelig med ESP-32) kan du laste ned herfra:

github.com/beegee-tokyo/DHTesp

Trinn 13: Forbered LABview:

1. Last ned LABview fra denne lenken

www.ni.com/en-in/shop/labview.html?cid=Paid_Search-129008-India-Google_ESW1_labview_download_exact&gclid=Cj0KCQjw4s7qBRCzARIsAImcAxY0WaYyyyyxyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyxyyyyyyyyyywyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyxyywy

2. Last ned vi -fil.

3. Koble til USB -porten. Indikator Vis port er tilkoblet eller ikke.

ferdig !!!!