Slimme plantengroeikamer: 13 stappen

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

Ik kom met een nieuw idee: een slimme plantengroeikamer. De groei van planten in de ruimte heeft veel wetenschappelijke belangstelling gewekt. In het kader van bemande ruimtevluchten kunnen ze als voedsel worden geconsumeerd en/of voor een verfrissende atmosfeer zorgen. Momenteel N. A. S. A. gebruik plantenkussens om voedsel te verbouwen in het internationale ruimtestation.

Dus ik kom op het idee om verder te gaan.

Problemen om voedsel in de ruimte te verbouwen:

Zwaartekracht:

Het is het grootste obstakel om voedsel in de ruimte te verbouwen, het beïnvloedt de groei van planten op verschillende manieren: je kunt de planten niet goed water geven omdat er geen zwaartekracht is, dus water kan niet worden geleverd door watersproeiers en andere conventionele methoden die op aarde worden gebruikt.

2 Water kan de wortels van de plant niet bereiken omdat er geen zwaartekracht is.

3 Wortelgroei wordt ook beïnvloed door de zwaartekracht. (wortels van planten gaan naar beneden en planten groeien naar boven) Dus plantenwortels groeien nooit in de goede richting.

Straling:

1. Er is veel straling in de ruimte, dus het is schadelijk voor planten.

2. Stralingsvorm zonnewind heeft ook invloed op planten.

3. Veel ultraviolette stralen die ook schadelijk zijn voor planten.

Temperatuur:

1. Er is veel temperatuurvariatie in de ruimte (de temperatuur kan oplopen tot honderd graden en tot min honderd graden).

2. temperatuur verhoogt de waterverdamping, zodat planten niet kunnen overleven in de ruimte.

Toezicht houden:

1. Het monitoren van planten is erg moeilijk in de ruimte omdat de persoon continu veel factoren zoals temperatuur, water en straling bewaakt.

2. Verschillende planten vereisen verschillende behoeften aan middelen. Als er verschillende planten zijn, wordt het moeilijker om toezicht te houden.

Dus ik kom met het idee dat het proberen om al deze obstakels te elimineren. Het is een kamer voor het verbouwen van voedsel in de ruimte tegen zeer lage kosten. Het bevat alle ingebouwde middelen en technologie die veel moeilijkheden overwinnen. Dus laten we staren!!!

Waartoe deze kamer in staat is:

1. Elimineer het effect van de zwaartekracht.

2. Het verstrekken van goed water aan plantenwortels. (Controleerbaar - Handmatig, automatisch)

3. Het verstrekken van kunstmatige verlichting aan planten voor fotosynthese.

4. Minimaliseer het effect van straling.

5. Sensing-omgeving zoals bodemtemperatuur, vocht, omgevingstemperatuur, vochtigheid, straling, druk en real-time gegevens op de computer weergeven.

Stap 1: Benodigd onderdeel:

1. ESP32 (Hoofdverwerkingsbord, je kunt ook andere borden gebruiken).

2. DHT11 of DHT-22. (DH22 biedt betere nauwkeurigheid)

3. DS18b20 (waterbestendige metalen versie).

4. Bodemvochtsensor.

5. Waterpomp. (12Volt).

6. Plaat van plastic.

7.12 volt gelijkstroomventilator.

8. Gassensoren.

9. ULN2003.

10. Servomotor.

11. Glasplaat.

12. Elektrostatische plaat.

13. 12 volt relais.

14. BMP 180.

15. 7805 Spanningsregelaar.

16.100uF, 10uF condensator.

17. Autodaklicht (LED of CFL). (Kleur nader gedefinieerd).

18. SMPS-voeding (12volt - 1A als u de pomp vanuit een aparte voeding aandrijft, anders tot 2 ampère voeding)

Stap 2: Softwarevereiste:

1. Arduino-IDE.

2. LABBekijken

3. ESP32-installatie in Arduino IDE.

4. ESP32-bibliotheken. (Veel bibliotheken verschillen van Arduino-bibliotheken).

Stap 3: Maak een container en bewateringssysteem:

Maak een plastic container van elke grootte volgens de vereiste of beschikbare ruimte. Materiaal dat voor de container wordt gebruikt, is van plastic, dus kan het niet met water worden afgevoerd (het kan ook van metalen zijn gemaakt, maar het verhoogt de kosten en ook het gewicht omdat er een gewichtslimiet is voor raketten)

Probleem: er is geen zwaartekracht in de ruimte. Waterdruppels blijven vrij in de ruimte (zoals getoond op de afbeelding door N. A. S. A.) en bereiken nooit de bodem van de grond, dus water geven met conventionele methoden is in de ruimte niet mogelijk.

Ook kleine deeltjesvormige grond die in de lucht drijft.

Oplossing: ik stop kleine waterleidingen in de aarde (het heeft kleine gaatjes) in het midden en leidingen zijn aan de pomp bevestigd. Wanneer de pomp wordt ingeschakeld, komt er water uit kleine gaatjes in de leiding naar de bodem, zodat het gemakkelijk de wortels van de plant bereikt.

Een kleine ventilator is bovenop de kamer bevestigd (lucht stroomt van boven naar beneden), zodat deze druk uitoefent op kleine deeltjes en voorkomt dat ze buiten de kamer drijven.

Doe nu de grond in de container.

Stap 4: Bodemsensoren:

ik steek twee sensoren in de bodem. De eerste is de temperatuursensor (DS18b20 Waterproof). Die de bodemtemperatuur detecteren.

Waarom moeten we de temperatuur en vochtigheid van de bodem weten?

Warmte is de katalysator voor veel biologische processen. Als de bodemtemperatuur laag is (en biologische processen traag), komen bepaalde voedingsstoffen niet of minder beschikbaar voor planten. Dit geldt met name voor fosfor, dat grotendeels verantwoordelijk is voor het bevorderen van de ontwikkeling van wortels en vruchten in planten. Dus geen warmte betekent minder voedingsstoffen, wat een slechte groei tot gevolg heeft. Ook hoge temperaturen zijn schadelijk voor planten.

Ten tweede is de vochtigheidssensor. Die de vochtigheid van de bodem detecteert als het vocht in de bodem daalt van de vooraf gedefinieerde limiet, de motor wordt ingeschakeld, wanneer het vocht de bovengrens bereikt, wordt de motor automatisch uitgeschakeld. Bovengrens en ondergrens zijn afhankelijk en variëren van plant tot plant. Dit resulteert in een gesloten lussysteem. Water wordt automatisch gedaan zonder tussenkomst van een persoon.

Opmerking. Waterbehoefte voor verschillende voor verschillende planten. Er moet dus een minimum en maximum waterpeil worden aangepast. Het kan worden gedaan vanaf een potentio-meter als u een digitale interface gebruikt, anders kan het tijdens de programmering worden gewijzigd.

Stap 5: Glazen wanden maken

Er zijn muren aan de achterkant van de container met elektrostatische film erop. Omdat er geen magnetisch veld is dat ons beschermt tegen zonnewinden. Ik gebruik een eenvoudige glasplaat maar bedek deze met een elektrostatische plaat. Elektrostatische plaat voorkomt ladingsdeeltje van zonnewind. Het is ook nuttig om het stralingseffect in de ruimte te minimaliseren. het vermijdt ook om grond en waterdeeltje in lucht te drijven.

Waarom hebben we elektrostatische bescherming nodig?

De gesmolten ijzeren kern van de aarde creëert elektrische stromen die magnetische veldlijnen rond de aarde produceren, vergelijkbaar met die van een gewone staafmagneet. Dit magnetische veld strekt zich enkele duizenden kilometers uit vanaf het aardoppervlak. Het magnetische veld van de aarde stoot het ladingsdeeltje in de vorm van zonnewind af en voorkomt dat het de atmosfeer van de aarde binnendringt. Maar buiten de aarde en op andere planeten is een dergelijke bescherming niet beschikbaar. We hebben dus een andere kunstmatige methode nodig om ons en de planten tegen deze ladingsdeeltjes te beschermen. Elektrostatische film is in feite een geleidende film, zodat er geen ladingsdeeltjes binnen kunnen komen.

Stap 6: Shutter bouwen:

Elke plant heeft zijn eigen behoefte aan zonlicht. Blootstelling aan de zon gedurende lange tijd en hoge straling ook schadelijk voor planten. Sluitervleugels worden buiten de spiegel bevestigd en vervolgens verbonden met servomotoren. Hoek van openingsvleugel en laat licht binnen dat wordt onderhouden door het hoofdverwerkingscircuit

Een lichtdetectiecomponent LDR (lichtafhankelijke weerstand) is aangesloten op het hoofdverwerkingscircuit. Hoe dit systeem werkt:

1. Bij overmatige straling en licht (wat wordt gedetecteerd door LDR) sluit het de vleugels en elimineert het licht om naar binnen te komen. 2. Elke plant heeft zijn eigen behoefte aan zonlicht. Hoofdverwerkingscircuit let op de tijd om zonlicht toe te staan na deze specifieke tijd dat de wind is gesloten. Het vermijdt extra verlichting om in de kamer te bereiken.

Stap 7: Omgevingsdetectie en -besturing:

Verschillende planten vereisen verschillende omgevingscondities, zoals temperatuur en vochtigheid.

Temperatuur: om de omgevingstemperatuur te detecteren, wordt de DHT-11-sensor gebruikt (DHT 22 kan worden gebruikt om een hoge nauwkeurigheid te bereiken). Wanneer de temperatuur stijgt of daalt ten opzichte van de voorgeschreven limiet, wordt gewaarschuwd en wordt de buitenste ventilator ingeschakeld.

Waarom moeten we de temperatuur op peil houden?

De temperatuur in de ruimte is 2,73 Kelvin (-270,42 Celsius, -454,75 Fahrenheit) aan de donkere kant (waar de zon niet schijnt). Aan de zongerichte zijde kan de temperatuur kokend hete temperaturen bereiken van ongeveer 121 C (250 graden F).

Vochtigheid behouden:

Luchtvochtigheid is de hoeveelheid waterdamp in de lucht ten opzichte van de maximale hoeveelheid waterdamp die de lucht bij een bepaalde temperatuur kan bevatten.

Waarom moeten we de luchtvochtigheid handhaven?

Vochtigheidsniveaus beïnvloeden wanneer en hoe planten de huidmondjes aan de onderkant van hun bladeren openen. Planten gebruiken huidmondjes om te transpireren of te 'ademen'. Bij warm weer kan een plant zijn huidmondjes sluiten om waterverlies te verminderen. De huidmondjes fungeren ook als een koelmechanisme. Wanneer de omgevingsomstandigheden te warm zijn voor een plant en deze zijn huidmondjes te lang sluit in een poging om water te besparen, heeft hij geen manier om kooldioxide- en zuurstofmoleculen te verplaatsen, waardoor de plant langzaam stikt in waterdamp en zijn eigen uitgestoten gassen.

Door verdamping (van plant en bodem) neemt de luchtvochtigheid snel toe. Het is niet alleen schadelijk voor planten, maar ook schadelijk voor sensor en glazen spiegel. Het kan op twee manieren worden verwaarloosd.

1. Plastic papier bovenop het oppervlak voorkomt gemakkelijk vocht. Plastic papier wordt op het bovenoppervlak van de grond uitgespreid met een opening erin voor substraat en zaad (planten groeien erin). Het is ook handig tijdens het water geven.

Het probleem van deze methode is dat de planten met grotere wortels lucht nodig hebben in de grond en wortels. plastic zak stopt lucht om zijn wortels volledig te bereiken.

2. Kleine ventilatoren zijn bevestigd op het bovenste dak van de kamer. De vochtigheid in de kamer wordt gemeten door de hygrometer die is ingebouwd (DHT-11 en DHT-22). Wanneer de vochtigheid toeneemt vanaf de limiet, worden de ventilatoren automatisch ingeschakeld. Bij de onderste limiet worden de ventilatoren gestopt.

Stap 8: Zwaartekracht elimineren:

Door de zwaartekracht groeien stengels omhoog, of weg van het centrum van de aarde, en naar het licht toe. Wortels groeien naar beneden, of naar het centrum van de aarde, en weg van het licht. Zonder zwaartekracht heeft de plant het vermogen om zich te oriënteren niet geërfd.

Er zijn twee methoden om de zwaartekracht te elimineren:

1. Kunstmatige zwaartekracht:

Kunstmatige zwaartekracht is het creëren van een traagheidskracht die de effecten van een zwaartekracht nabootst, meestal door rotatie als gevolg van het produceren van middelpuntvliedende krachten. Dit proces wordt ook pseudo-zwaartekracht genoemd.

Deze methode is te duur en erg moeilijk. er is te veel kans op mislukking. Ook deze methode kan op aarde niet goed worden getest.

2. Substraat gebruiken: dit is een te gemakkelijke methode en ook effectief voor de doek. Zaden worden bewaard in een klein zakje dat substraatzaad wordt genoemd en worden onder het substraat bewaard dat de juiste richting geeft aan wortels en bladeren, zoals op de afbeelding te zien is. Het helpt om wortels naar beneden te laten groeien en bladeren naar boven te planten.

Het is een doek met gaten. Omdat zaad binnenin zit, kan er water binnenkomen en kunnen wortels naar buiten komen en in de grond doordringen. Zaad wordt onder de 3 tot 4 inch diepte onder de grond gehouden.

Hoe zaad onder de grond te leggen en zijn positie te behouden??

Ik sneed plastic plaat met een lengte van 4 tot 5 inch en vorm er een groef aan de voorkant van. Plaats dit gereedschap op de halve lengte van deze doek (groefzijde). Leg het zaad in de groef en wikkel de doek eromheen. Steek dit gereedschap nu in de grond. Haal het gereedschap uit de grond zodat zaad en substraat in de grond komen.

Stap 9: Kunstmatig zonlicht:

In de ruimte is niet altijd zonlicht mogelijk, dus kunstmatig zonlicht kan nodig zijn. Dit wordt gedaan door CFL en nieuw opkomende LED-lampen. Ik gebruik CFL-licht dat blauw en rood van kleur is, niet te fel. Deze lichten gemonteerd op het dak van de kamer. Deze bieden een volledig lichtspectrum (CFL's worden gebruikt wanneer er behoefte is aan licht met een hoge temperatuur, terwijl LED's worden gebruikt wanneer planten geen verwarming of lage verwarming nodig hebben. Dit kan handmatig, op afstand of automatisch worden aangestuurd (bestuurd door het hoofdverwerkingscircuit).

Waarom gebruik ik combinatie van blauwe en rode kleur?

Blauw licht past bij de absorptiepiek van chlorofylen, die aan fotosynthese doen om suikers en koolstoffen te produceren. Deze elementen zijn essentieel voor plantengroei, omdat dit de bouwstenen zijn voor plantencellen. Blauw licht is echter minder effectief dan rood licht voor het aansturen van fotosynthese. Dit komt omdat blauw licht kan worden geabsorbeerd door pigmenten met een lagere efficiëntie zoals carotenoïden en inactieve pigmenten zoals anthocyanines. Als gevolg hiervan is er een vermindering van de energie van blauw licht die de chlorofylpigmenten bereikt. Verrassend genoeg zijn, wanneer sommige soorten worden gekweekt met alleen blauw licht, de biomassa van de plant (gewicht) en de fotosynthesesnelheid vergelijkbaar met een plant die met alleen rood licht wordt gekweekt.

Stap 10: Visuele bewaking:

Ik gebruik LABview voor visuele monitoring van gegevens en controle, ook omdat LABview zeer flexibele software is. Het snelle data-acquisitie en eenvoudig te bedienen. Het kan bedraad of draadloos worden aangesloten op het hoofdverwerkingscircuit. Gegevens afkomstig van het hoofdverwerkingscircuit (ESP-32) worden geformatteerd weergegeven in LABview.

Te volgen stappen:

1. Installeer LABview en download. (u hoeft geen Arduino-add-ons te installeren)

2. Voer de onderstaande vi-code uit.

3. Sluit de USB-poort aan op uw pc.

4. Upload Arduino-code.

5. COM-poort weergegeven in uw labview (als Windows voor linux en MAC "dev/tty") en de indicator geeft aan dat uw poort is aangesloten of niet.

6. Eindig!! Gegevens van verschillende sensoren weergegeven op het scherm.

Stap 11: Hardware voorbereiden (circuit):

Het schakelschema is weergegeven in figuur. u kunt ook de onderstaande PDF downloaden.

Het bestaat uit de volgende onderdelen:

Hoofdverwerkingscircuit:

Elk bord dat compatibel is met arduino kan worden gebruikt, zoals arduino uno, nano, mega, nodeMCU en STM-32. maar ESP-32 gebruik vanwege de volgende reden:

1. Het heeft een ingebouwde temperatuursensor, dus bij hoge temperaturen is het mogelijk om de processor in de diepe slaapmodus te zetten.

2. Hoofdprocessor is afgeschermd met metaal, dus er is minder stralingseffect.

3. Interne hall-effectsensor wordt gebruikt om magnetisch veld rond het circuit te detecteren.

Sensorsectie:

Alle sensoren werken op 3,3 volt voeding. Spanningsregelaar in ESP-32 zorgt voor een lage stroomsterkte, zodat deze oververhit kan raken. Om dit te voorkomen wordt een LD33 spanningsregelaar gebruikt.

Knooppunt: ik heb een voeding van 3,3 volt toegepast omdat ik ESP-32 in gebruik heb (ook hetzelfde voor nodeMCU en STM-32). Als je arduino gebruikt, kun je ook 5 volt gebruiken

Hoofdvoeding:

Er wordt 12 volt 5 ampère SMPS gebruikt. je kunt ook een gereguleerde voeding met transformator gebruiken, maar het is een lineaire voeding, dus het is ontworpen voor een specifieke ingangsspanning, dus de output zal worden gewijzigd als we 220 volt naar 110 volt schakelen. (110 volt voeding is beschikbaar in ISS)

Stap 12: Software voorbereiden:

Te volgen stappen:

1. Arduino installeren: als je geen arduino hebt, kun je downloaden via de link

www.arduino.cc/en/main/software

2. Als je NodeMCU hebt Volg deze stappen om het toe te voegen met arduino:

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

3. Als je ESP-32 gebruikt Volg deze stappen om het toe te voegen met arduino:

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

4. Als u ESP-32 gebruikt (eenvoudige DHT11-bibliotheek kan niet goed werken met ESP-32), kunt u hier downloaden:

github.com/beegee-tokyo/DHTesp

Stap 13: Bereid LABview voor:

1. Download LABview via deze link

www.ni.com/en-in/shop/labview.html?cid=Paid_Search-129008-India-Google_ESW1_labview_download_exact&gclid=Cj0KCQjw4s7qBRCzARIsAImcAxY0WhS0V5T275xQrIi9DGSYaVCymaIgSpd4Amc9DGSYaVCymaIgSpd

2. Download het vi-bestand.

3. Sluit de USB-poort aan. Indicator laat zien dat de poort is aangesloten of niet.

gedaan!!!!