Geautomatiseerde plantengroeikamer - Ajarnpa

2024 Auteur: John Day | [email protected]. Laatst gewijzigd: 2024-01-30 11:16

Het volgende project is mijn inzending voor de Growing Beyond Earth Maker-wedstrijd in de High School-divisie.

De plantengroeikamer heeft een volledig geautomatiseerd bewateringssysteem. Ik gebruikte peristaltische pompen, vochtsensoren en een microcontroller om de planten automatisch water te geven om de grond op een optimaal vochtgehalte te houden. Ik heb mijn groeikamer zo ontworpen dat hij gemakkelijk kan worden geoogst en geplant, en zo efficiënt gebruik heeft gemaakt van de ruimte in de doos. Het flexibele ontwerp zou astronauten in staat stellen om een gestage instroom van gewassen te hebben, waarbij ze elke 10-14 dagen een zak (ongeveer 3 kroppen) volrijpe sla kunnen oogsten. Omdat zaden op verschillende tijdstippen ontkiemen en met verschillende snelheden groeien, wilde ik een systeem creëren waarin planten konden worden geoogst en nieuwe zaden konden worden ingebracht wanneer ze klaar waren, dus ontwierp ik mijn plantenzakjes. De kamer bestaat uit vier plantenzakken, of in totaal 12 plantenspleten, die kunnen worden verwijderd, geoogst, een nieuwe zaadstrook kan worden geplaatst en de zak kan in slechts enkele minuten met klittenband weer in het systeem worden gestoken. Met de zaadstrips kunnen zaden van tevoren worden voorbereid, georiënteerd en gelijmd en indien nodig in de zak worden gestoken. De sleuven van de plantenzakken zijn ontworpen om de plant te laten groeien en voorkomen dat water en vuil de zak verlaten. -statische tassen zijn, naast het beschermen van elektronische componenten, gespiegelde oppervlakken. Met de antistatische zakjes bereikt het licht dus alle planten/spruiten in het systeem en groeit de sla niet zomaar direct richting de kweeklamp.

Benodigdheden

container:

1. Opbergdoos voor acrylbestanden

2. Metalen opbergbak

3. Desktop Bestandsorganisator

4. Klittenbandstroken

5. Licht groeien

Plantenzakjes:

1. Antistatische zakken

2. Sponsrubberen schuimtape (5/16-inch)

3. Kiempapier

4. Grove grondmix

5. Zaadlijm (meel en water)

6. Zaden (ik gebruikte een Mesclun Green-pakket)

Bewateringssysteem:

1. Peristaltische pomp

2. Siliconenslang voor pomp (2 mm x 4 mm)

3. Arduino M0 Pro (elk model werkt) en stroombron

4. Micro-USB naar USB-A

5. Breadboard

6. Doorverbindingsdraden

7. Soldeerbout en soldeer

8. Bridge Driver (ik gebruikte een TA7291P)

9. Vochtsensoren

U kunt goedkope vinden, maar ze zullen snel corroderen door stroomgeïnduceerde elektrolyse en moeten worden vervangen omdat de metingen slecht zullen worden. Alternatief is het gebruik van capacitieve vochtsensoren die minder gevoelig zijn voor corrosie of duurdere kathode-anodesensoren

10. 12v Barrel Jack voor Breadboards en Kabel

11. Waterfles met terugslagklep

Stap 1: Monteer de kamer

Deze stap kan op veel manieren worden gedaan, maar ik heb gekozen voor een tweedelige container omdat dit meer flexibiliteit mogelijk maakte. Ik gebruikte het metalen frame met een open voorkant en open bovenkant om de plantenzakken, het groeilicht en het automatische bewateringssysteem te huisvesten. Als de planten eenmaal zijn geladen, heb ik een acryldoos die op de metalen basis naar beneden schuift.

Stappen:

1. Eerst heb ik de kweeklamp aan het metalen frame bevestigd. Ik boorde twee gaten aan elke kant van het licht (nadat ik ervoor had gezorgd dat ik geen componenten zou beschadigen) en bevestigde het aan de voorkant van de basis. (te zien op foto 1)

2. Ik moest een gat in het frame en het acryl maken om het stroomsnoer voor het licht te passen (foto 2-4)

Tip: om het gat in het acryl te snijden, boorde ik vier gaten in de hoek van de rechthoek die ik wilde zagen en gebruikte een Dremel om ze aan te sluiten en een zuivere snede te maken

3. Omdat ik een ordner voor de acryltop had gekocht, moest ik de twee lippen verwijderen die bedoeld waren om de mappen aan op te hangen. Om dit te doen, verwarmde ik het plastic en nam een verfkrabber en een hamer en tikte zachtjes langs het stuk om het langzaam van de doos te scheiden.

4. Met een paar laatste aanpassingen aan het metalen frame met behulp van een hamer, past de acryl top precies op het frame en de basis.

Stap 2: plantenzakjes

Ik heb ervoor gekozen om plantenzakjes te maken in plaats van een hydrocultuursysteem om meer flexibiliteit mogelijk te maken. De zakjes kunnen van tevoren worden klaargemaakt en kunnen eenvoudig opnieuw worden gebruikt door een nieuw zakje zaad en kiempapier in de gleuf te doen. De zakjes kunnen eenvoudig worden verwijderd en terug in de kamer worden geplaatst met behulp van de klittenband. Omdat de zakjes zo gemakkelijk te bereiden zijn, kunnen ze ook in offset-tijden worden geplant om een gestage stroom van gewassen mogelijk te maken. Als ze allemaal tegelijk zijn geplant, is er een tijd dat de kamer geen grote gewassen heeft. Dus in plaats daarvan stel ik voor dat de zakjes een paar weken verschoven worden geplant, zodat er een constante stroom van oogstbaar gewas is.

Zakformaat:

Deze stap van het proces is specifiek voor de afmetingen van elke personenbox. Ik gebruik uiteindelijk twee 4x6-zakken en heb twee 12x16-zakken aangepast aan de achterkant en onderkant van mijn doos. De 4x6 tassen hadden ritsen om te sluiten, maar de grotere tassen niet en ik heb ze aangepast. Dus heb ik dubbelzijdig plakband gebruikt om de tas van binnenuit te sluiten en een ander stuk aan de buitenkant om hem opgevouwen te houden (foto 5)

De zakjes samenstellen:

(zie foto 3 voor de indeling die ik gebruikte voor mijn zakjes. Ik heb het zo ontworpen dat de planten niet in elkaars ruimte zouden groeien en zodat ze elkaar niet afschermden van de lichtbron)

1. Snijd sleuven van 2,5 cm in de antistatische zakken (afbeelding 1)

Ik heb een Xacto-mes en een stuk karton gebruikt om ervoor te zorgen dat ik niet door beide zijden van de zak sneed

2. Knip een stuk schuimtape van 2,5 cm en plaats dit direct op de spleet (afbeelding 2)

3. Snijd met behulp van het Xacto-mes of mes een spleet van 2,5 cm in het schuim die is uitgelijnd met de spleet in de zak tijdens stap 1 (afbeelding 2)

4. Herhaal hetzelfde proces op één zak, maar maak een grotere spleet om in de vochtsensor te passen

5. Herhaal hetzelfde proces voor alle zakken, maar in plaats daarvan met een stuk schuimtape en maak een kleine x-vormige incisie die net groot genoeg is om in de peristaltische slang te passen

Tip: plaats de slanggaten op plaatsen waar de slangen de groeigebieden van de plant niet kunnen kruisen en ook zodat ze gemakkelijker terug kunnen worden aangesloten op het achterste compartiment

Stap 3: Zaadslips

De zaadstroken zijn zo ontworpen dat ze van tevoren kunnen worden klaargemaakt en in de opslag kunnen worden gestapeld totdat ze worden gebruikt. Ik heb een eenvoudige zaadvriendelijke lijm gemaakt om het zaad aan het kiempapier te hechten en de zaadwortel te oriënteren of naar beneden te wijzen, zodat de wortels in het zakje groeien en de spruit uit de spleet komt.

De zaadstroken maken

1. Knip een stuk kiempapier (2,5 inch x 1 inch)

2. Meng een eetlepel bloem met net genoeg water om een dikke pasta te vormen

3. Plaats met een tandenstoker een stipje van de zaadlijm in het midden van het kiempapier

4. Oriënteer het zaad met de kiemwortel of punt naar beneden gericht en markeer/onthoud naar welk uiteinde het is gericht, want dit is waar de wortel vandaan komt

5. Vouw het ontkiempapier twee keer, maak een driebladige met het zaadje in het midden

Stap 4: Automatisch sproeisysteem

Het bewateringssysteem zal bestaan uit vochtsensoren en peristaltische pompen om de plantenzakken automatisch water te geven wanneer ze onder een vochtigheidsgraad van 30% komen. Ik heb de code geschreven zodat het vochtgehalte in de zakjes na 8 uur wordt gecontroleerd en als het niveau onder de 30% is, wordt de pomp 10 seconden ingeschakeld. Voor mijn pomp en voeding was 10 seconden goed genoeg om het vocht in de zakken voldoende te verhogen tot boven de 30%, zodat de pomp ongeveer elke 16 uur wordt geactiveerd, maar moet worden getest en aangepast voor verschillende opstellingen.

Aansluitingen:

GND om driverpin 1. te overbruggen

12V GND om driverpin 1. te overbruggen

5V om driverpin 7 (vcc) te overbruggen

D5 om driverpin 5 (in1) te overbruggen

D6 om driverpin 6 (in2) te overbruggen

Arduino D13 tot R1 (als de optionele externe LED wordt gebruikt)

Brug driver pin 2 (out1) naar positieve terminal van peristaltische pomp

Brug driver pin 4 (vref) en pin 8 (vs) naar 12V pos.

Brug driver pin 10 (out2) naar negatieve pool van peristaltische pomp

Opmerkingen:

Pins 9 en 3 van bridge driver worden niet gebruikt

Het uiteinde van de brugdriver met de afgeschuinde hoek bovenaan is pin 1 en het vierkante uiteinde is pin 10

Code:

int IN1Pin = 5; // verander afhankelijk van de pin die u gebruiktint IN2Pin = 6; // verander afhankelijk van de pin die je gebruikt #define vocht_pin A0

ongeldige setup()

{

Serieel.begin(9600);

pinMode (IN1Pin, UITGANG);

pinMode (IN2Pin, UITGANG);

analoogWrite(IN1Pin, 0);

analoogWrite(IN2Pin, 0);

pinMode (vocht_pin, INPUT);

vertraging (1000);

}

lege lus()

{

int sensorValue = map(analogRead(moisture_pin), 0, 1023, 100, 0); // brengt vochtmetingen in kaart die 0-1023 zijn tot een percentage van 100-0

Serial.print("Huidig vochtgehalte is: ");

Serial.print(sensorValue);

Serieel.println("%");

if (sensorValue < 30) // als de vochtigheid minder dan 30 procent is, voert u het volgende uit:

{

analoogWrite(IN1Pin, 255); // 255 zet de pomp op maximaal vermogen

vertraging (10000); // laat de pomp 10 seconden draaien

analoogWrite(IN1Pin, 0); // zet pomp uit

Serial.println("Vochtigheidsniveaus in 2 uur controleren");

vertraging (2880000); // 8 uur in milliseconden

int sensorValue = map(analogRead(moisture_pin), 0, 1023, 100, 0); // controleert het vochtgehalte

Serial.println(sensorValue); // drukt het vochtgehalte af

}

anders

{

Serial.println("De bodem is vochtig, controleer over 1 uur opnieuw"); // als het bodemvocht meer dan 30% bedraagt, drukt u deze verklaring af

vertraging (3600000); // 1 uur in milliseconden

}

}

Tip: nadat de code is geüpload naar de Arduino, voor degenen onder u die ze nog niet eerder hebben gebruikt, hoeft u deze niet op uw computer aangesloten te laten. Je kunt een kleine voeding voor de arduino krijgen en deze zal je code uitvoeren wanneer deze is ingeschakeld. Dus voor dit ontwerp heb je alleen een voeding voor de arduino en een 12v voeding voor de barrel jack op je breadboard nodig.

Stap 5: Alles samenbrengen

In dit stadium zou je de voltooide doos met kweeklampen, bewateringssysteem en plantenzakken moeten hebben, zodat je alleen nog maar alles hoeft in elkaar te zetten.

Deze fase verschilt voor veel mensen, afhankelijk van de afmetingen van de doos en het compartiment voor het waterreservoir, de pomp en de microcontrollers.

Omdat de groeikamer bedoeld is om zonder zwaartekracht te werken, heb ik ervoor gezorgd dat alle componenten in het achterste compartiment zijn vastgemaakt met klittenbandstrips van 15 lb.

1. Ik gebruikte een Arduino- en breadboard-houder en de klittenband die aan het frame en aan de achterkant van de houder was bevestigd en monteerde deze aan de bovenzijde van de opslagcontainer voor mappen, mijn achtercompartiment. (foto 2)

2. Daarna plakte ik klittenband op de bodem van de slangenpomp en de bodem van het compartiment en deed hetzelfde met het waterreservoir.

3. Vervolgens is het irrigatiesysteem. Ik heb drie T-stukken gebruikt om de slang van de peristaltische pomp te splitsen in vier slangen voor de vier plantenzakken. (foto 3)

4. Ten slotte heb ik de klittenbandstrips geplaatst om de plantenzakken op hun plaats te houden. Omdat ik de strips aan een gaas vastmaakte, knipte ik segmenten van industrieel weefsel en plakte ze aan de buitenkant van het frame tegen de achterkant van de klittenbandstrips.

Stap 6: De plantenzakken opzetten en hardlopen

Nadat het achterste compartiment, de slangen en de vochtsensoren allemaal op hun plaats zitten, hoeft u alleen nog de plantenzakken, de slangen en de vochtsensoren te bevestigen.

Eindmontage

1. Plaats de plantenzakjes aan de kant waarvoor ze bedoeld zijn. (foto 2 toont proces)

2. Plaats de vochtsensor in de zak met de langere spleet die eerder is gemaakt

3. Steek de buizen in de zakjes door de kleinere vierkante schuimopeningen

4. Sluit de kweeklampen aan op de timer en stel zo in dat de lichten 16 uur per dag branden

5. Sluit de 12v-voeding aan op de breadboard-cilinderaansluiting

6. Sluit Arduino aan op de computer (als je de uitgangen wilt controleren) of de voeding en laat het programma draaien!

Stap 7: Resultaten

De eerste reeks foto's (1-4) hierboven zijn twee weken groei

De tweede set (5-6) is van de vijfde dag toen de meeste plantenzakjes zichtbare spruiten hadden

De laatste foto (7) is van de eerste dag dat het systeem werd aangezet

Het beste van dit apparaat was dat wanneer een zak klaar was met groeien, omdat ze met verschillende snelheden groeiden, ik de sla kon verwijderen en een nieuwe set zaden in dezelfde zak kon plaatsen zonder de andere gewassen te hoeven oogsten voordat ze klaar waren. In toekomstige tests ben ik van plan om het planten van de aanplant van elke zak met twee weken te compenseren, omdat het ongeveer 45-55 dagen duurt voordat de meeste sla rijp is. En door dit te doen, heb ik elke twee weken een plantenzak vol volgroeide sla klaar om te oogsten en het zal voorkomen dat de andere slaplanten het licht naar de andere zakken blokkeren omdat er minder grote kroppen groeien.

Tweede plaats in de Growing Beyond Earth Maker-wedstrijd