Интелигентна камера за растеж на растенията: 13 стъпки

2024 Автор: John Day | [email protected]. Последно модифициран: 2024-01-30 07:51

Идвам на нова идея, която е интелигентна камера за растеж на растенията. Растежът на растения в космоса предизвика голям научен интерес. В контекста на човешките космически полети те могат да се консумират като храна и/или да осигуряват освежаваща атмосфера. използвайте растителни възглавници за отглеждане на храна в Международната космическа станция.

Затова ми идва идеята да стъпя по -далеч.

Проблеми с отглеждането на храна в космоса:

Земно притегляне:

Това е основната пречка за отглеждането на храна в космоса, това влияе върху растежа на растенията по няколко начина: 1 не можете да поливате растенията правилно, тъй като няма гравитация, така че водата не може да бъде осигурена чрез пръскачки за вода и друг конвенционален метод, който се използва на земята.

2 Водата не може да достигне до корените на растението, защото няма гравитация.

3 Растежът на корените също се влияе от гравитацията. (корените на растението отиват надолу и растението расте нагоре) Така корените на растенията никога не растат в правилната посока.

Радиация:

1. В космоса има много радиация, така че е вредно за растенията.

2. Излъчване от слънчевия вятър също засяга растенията.

3. Много ултравиолетови лъчи също са вредни за растенията.

Температура:

1. Има много температурни колебания в пространството (температурата може да се повиши до сто градуса и надолу до минус сто градуса).

2. повишаване на температурата изпаряване на водата, така че растенията не могат да оцелеят в космоса.

Мониторинг:

1. Мониторингът на растенията е много труден в космоса, защото човек непрекъснато наблюдава много фактори като температура, вода и радиация.

2. Различните растения изискват различни нужди от ресурси. Ако има различни растения, мониторингът става по -труден.

Затова идвам на идея, че се опитвам да премахна всички тези пречки. Това е камера за отглеждане на храна в космоса на много ниска цена. Съдържа всички вградени ресурси и технологии, които преодоляват много трудности. Така че нека се вгледаме !!!

На какво е способна тази камера:

1. Премахване на ефекта на гравитацията.

2. Осигуряване на подходяща вода за корените на растенията. (Управляемо - Ръчно, автоматично)

3. Осигуряване на изкуствено осветление на растенията за фотосинтеза.

4. Минимизиране на ефекта от радиацията.

5. Определяне на околната среда като температура на почвата, влага, температура на околната среда, влажност, радиация, налягане и показване на данни в реално време на компютъра.

Стъпка 1: Изисква се компонент:

1. ESP32 (Основен процесор, можете да използвате и други платки).

2. DHT11 или DHT-22. (DH22 осигурява по -добра точност)

3. DS18b20 (водоустойчива метална версия).

4. Сензор за почвена влажност.

5. Водна помпа. (12 волта).

6. Лист от пластмаса.

7.12 волта постоянен ток вентилатор.

8. Сензори за газ.

9. ULN2003.

10. Серво мотор.

11. Стъклен лист.

12. Електростатичен лист.

13. 12 -волтово реле.

14. БМП 180.

15. 7805 Регулатор на напрежение.

16.100uF, 10uF кондензатор.

17. Лампа за покрив на автомобил (LED или CFL). (Цветът е определен по -нататък).

18. Захранване на SMPS (12 волта - 1А, ако задвижвате помпата от отделно захранване, в противен случай захранване до 2 ампера)

Стъпка 2: Изискване към софтуера:

1. IDE на Arduino.

2. LABView

3. Инсталиране на ESP32 в Arduino IDE.

4. Библиотеки ESP32. (Много библиотеки са различни от библиотеките на Arduino).

Стъпка 3: Направете контейнер и поливна система:

Направете пластмасов контейнер с всякакъв размер според изискванията или наличното място. Материалът, използван за контейнера, е пластмаса, така че не може да се изхвърли с вода (Може също да бъде направен от метали, но увеличава цената, а също и теглото, тъй като има ограничение на теглото на ракетата)

Проблем: В космоса няма гравитация. Водните капки остават свободни в космоса (както е показано на снимката от N. A. S. A.) И никога не достигат дъното на почвата, така че поливането с конвенционални методи не е възможно в космоса.

Също така малки частици образуват почва, плаваща във въздуха.

Решение: Поставям малки водопроводни тръби в почвата (има малки дупки) в центъра и тръбите са прикрепени към помпата. Когато помпата се включи, водата излиза от малки дупки на тръбата до дъното на почвата, така че лесно да достигне до корените на растението.

Малък вентилатор е прикрепен отгоре на камерата (въздухът тече нагоре надолу), така че да осигурява натиск на малки частици и да избягва да изплува извън камерата.

Сега поставете почвата в контейнера.

Стъпка 4: Датчици за почвата:

поставям два сензора в почвата. Първият е температурен сензор (DS18b20 водоустойчив). Които определят температурата на почвата.

Защо трябва да знаем температурата и влажността на почвата?

Топлината е катализатор на много биологични процеси. Когато температурите на почвата са ниски (и биологичните процеси се забавят), някои хранителни вещества стават недостъпни или по -малко достъпни за растенията. Това е особено вярно в случай на фосфор, който до голяма степен е отговорен за насърчаването на развитието на корените и плодовете в растенията. Така че липсата на топлина означава, че по -малко хранителни вещества водят до лош растеж. Също така високите температури са вредни за растенията.

Второто е сензор за влажност. Което открива влажността на почвата, ако влагата в почвата намалее от предварително определената граница, двигателят се включва, когато влагата достигне горната си граница, двигателят автоматично се изключва. Горната граница и долната граница зависят и варират при различните растения. Това води до затворена система. Водата се извършва автоматично без намеса на човек.

Забележка. Изисквания за вода за различни растения. Така че е необходимо да се регулира минималното и максималното ниво на водата. Това може да се направи от потенциометър, ако използвате цифров интерфейс, в противен случай може да се промени в програмирането.

Стъпка 5: Изграждане на стъклени стени

На задната страна на контейнера има стени с електростатичен филм върху него. Тъй като няма магнитно поле, което да ни предпазва от слънчевите ветрове. Използвам обикновен стъклен лист, но го покривам с електростатичен лист. Електростатичният лист предотвратява зареждането на слънчевия вятър. Също така е полезно да се сведе до минимум радиационния ефект в космоса. също така се избягва изплакването на почвата и водните частици във въздуха.

Защо се нуждаем от електростатична защита?

Разтопеното железно ядро на Земята създава електрически токове, които произвеждат магнитни полеви линии около Земята, подобни на тези, свързани с обикновен магнит. Това магнитно поле се простира на няколко хиляди километра от повърхността на Земята. Магнитното поле на Земята отблъсква зарядните частици под формата на слънчев вятър и избягва да влезе в земната атмосфера. Но няма такава защита извън Земята и на други планети. Така че се нуждаем от друг изкуствен метод, който да ни предпази, както и растенията, от тези заредени частици. Електростатичният филм е основно проводящ филм, така че не позволява навлизането на заредени частици вътре.

Стъпка 6: Изграждане на щори:

Всяко растение има собствена нужда от слънчева светлина. Дългосрочното излагане на слънце и високата радиация също са вредни за растенията. Крилата на капака са прикрепени отстрани на огледалото, след което са свързани към серво мотори. Ъгъл на отваряне на крилото и позволяване на светлината да влиза, която се поддържа от основната верига за обработка

Компонент за детекция на светлина LDR (светлозависим резистор) е свързан към основната верига за обработка Как работи тази система:

1. При прекомерна радиация и светлина (която се открива от LDR) тя затваря крила и елиминира светлината, за да влезе. 2. Всяко растение има своя собствена нужда от слънчева светлина. Основната обработваща верига отбелязва времето, за да позволи на слънчевата светлина след това време ветровете са затворени. Това избягва попадането на допълнително осветление в камерата.

Стъпка 7: Определяне и контрол на околната среда:

Различните растения изискват различни условия на околната среда, като температура и влажност.

Температура: За да се усети температурата на околната среда се използва сензор DHT-11 (DHT 22 може да се използва за постигане на висока точност). Когато температурата се повиши или намали от предписаната граница, тя предупреждава и включва външния вентилатор.

Защо трябва да поддържаме температура?

Температурата в космоса е 2,73 Келвин (-270,42 по Целзий, -454,75 по Фаренхайт) в тъмната страна (където слънцето не грее). От слънчевата страна температурата може да достигне изгарящи горещи температури от около 121 C (250 градуса F).

Поддържайте влажност:

Влажността е количеството водна пара във въздуха спрямо максималното количество водна пара, което въздухът може да задържи при определена температура.

Защо трябва да поддържаме влажност?

Нивата на влажност влияят кога и как растенията отварят устицата от долната страна на листата си. Растенията използват устица, за да дишат или „дишат“. Когато времето е топло, растението може да затвори устицата си, за да намали загубите на вода. Устицата действа и като охлаждащ механизъм. Когато условията на околната среда са прекалено топли за едно растение и то затваря устицата си твърде дълго в опит да запази водата, то няма начин да премести въглеродния диоксид и кислородните молекули, което бавно кара растението да се задуши от водни пари и собствените си газове.

Поради изпарението (от растенията и почвата) влажността се увеличава бързо. Той е не само вреден за растенията, но и вреден за сензора и стъкленото огледало. Може да се пренебрегне по два начина.

1. Пластмасова хартия върху повърхността предотвратява лесно влажността. Пластмасова хартия се разстила върху горната повърхност на почвата с отвор в нея за субстрат и семена (растенията растат в нея). Той е полезен и по време на поливане.

Проблемът на този метод е, че растенията с по -големи корени се нуждаят от въздух в почвата и корените. найлонова торбичка спира въздуха да достигне напълно до корените му.

2. Малки вентилатори са прикрепени към горния покрив на камерата. Влажността в камерата се измерва чрез вграден хигрометър (DHT-11 и DHT-22). При повишаване на влажността от граничните вентилатори се включват автоматично, В долната граница вентилаторите се спират.

Стъпка 8: Премахване на гравитацията:

Поради гравитацията стъблата растат нагоре или далеч от центъра на Земята и към светлината. Корените растат надолу, или към центъра на Земята, и далеч от светлината. Без гравитация растението не наследява способността да се ориентира.

Има два метода за премахване на гравитацията

1. Изкуствена гравитация:

Изкуствената гравитация е създаването на инерционна сила, която имитира ефектите на гравитационна сила, обикновено чрез завъртане в резултат на създаване на центробежни сили. Този процес се нарича още псевдогравитация.

Този метод е твърде скъп и много труден. има твърде голям шанс за провал. Също така този метод не може да бъде тестван правилно на земята.

2. Използване на субстрат: Това е твърде лесен метод и също така ефективен с кърпа. Семената се съхраняват в малка торбичка, наречена Субстратни семена, се държат под субстрат, който осигурява правилната посока на корените и листата, както е показано на снимката. Той помага за растежа на корените надолу и засаждането на листата нагоре.

Това е кърпа с дупки. Тъй като семената са вътре, това позволява на водата да влиза и също така позволява на корените да излязат и да проникнат в почвата. Семената се държат под 3 до 4 инча дълбочина под почвата.

Как да поставим семето под почва и да запази позицията си ??

Нарязвам пластмасов лист с дължина от 4 до 5 наклонени и образувам жлеб отпред. Поставете този инструмент на половината дължина на тази кърпа (страна на жлеба). Поставете семето в жлеб и увийте кърпата наоколо. Сега поставете този инструмент в почвата. Извадете инструмента от почвата, така че семената и субстратът да попаднат в почвата.

Стъпка 9: Изкуствена слънчева светлина:

На космическата слънчева светлина през цялото време не е възможно, така че може да се наложи изкуствена слънчева светлина. Това се прави от CFL и новопоявили се LED светлини. Използвам CFL светлина, която е синя и червена на цвят, не много ярка. Тези светлини са монтирани на горния покрив на камерата. Това осигурява пълен спектър от светлина (CFL се използват, когато има нужда от светлина с висока температура, докато светодиодите се използват, когато инсталациите не се нуждаят от отопление или ниско отопление. Това може да се управлява ръчно, дистанционно или автоматично (контролирано от основната технологична верига).

Защо използвам комбинация от син и червен цвят?

Синята светлина се вписва в пика на абсорбция на хлорофили, които извършват фотосинтеза, за да произвеждат захари и въглерод. Тези елементи са от съществено значение за растежа на растенията, тъй като това са градивните елементи за растителните клетки. Синята светлина обаче е по -малко ефективна от червената за стимулиране на фотосинтезата. Това е така, защото синята светлина може да бъде погълната от пигменти с по-ниска ефективност като каротеноиди и неактивни пигменти като антоцианини. В резултат на това има намаляване на енергията на синята светлина, която стига до хлорофилните пигменти. Изненадващо, когато някои видове се отглеждат само със синя светлина, растителната биомаса (тегло) и скоростта на фотосинтеза са подобни на растение, отглеждано само с червена светлина.

Стъпка 10: Визуален мониторинг:

Използвам LABview за визуално наблюдение на данни и контрол също така, защото LABview е много гъвкав софтуер. Той има високоскоростно събиране на данни и лесен за работа. Тя може да бъде свързана с кабел или без кабел към основната верига за обработка. Данните, идващи от основната верига за обработка (ESP-32), са форматирани в показани на LABview.

Стъпки, които трябва да се следват:

1. Инсталирайте LABview и изтеглете. (няма нужда да инсталирате добавки към Arduino)

2. Изпълнете кода vi, даден по -долу.

3. Свържете USB порта към вашия компютър.

4. Качете Arduino код.

5. COM порт, показан във вашия labview (ако windows за linux и MAC "dev/tty") и индикатор показва, че вашият порт е свързан или не.

6. Край !! Данни от различни сензори се показват на екрана.

Стъпка 11: Подгответе хардуер (верига):

Схемата е показана на фигурата. можете също да изтеглите PDF, даден по -долу.

Състои се от следните части:

Основна схема за обработка:

Може да се използва всяка дъска, съвместима с arduino, като arduino uno, nano, mega, nodeMCU и STM-32. но използването на ESP-32 поради следната причина:

1. Той има вграден температурен сензор, така че при висока температура е възможно превключване на процесора в режим на дълбок сън.

2. Основният процесор е екраниран с метал, така че има по -малък радиационен ефект.

3. Вътрешният сензор за ефект на Хол се използва за откриване на магнитно поле около веригата.

Сензорна секция:

Всички сензори работят на захранване от 3.3 волта. Регулаторът на напрежение вътре в ESP-32 осигурява нисък ток, така че може да се прегрее. За да се избегне това, се използва регулатор на напрежение LD33.

Възел: Приложих захранване от 3,3 волта, защото при използване на ESP-32 (Също така за nodeMCU и STM-32). Ако използвате arduino, можете да използвате и 5 волта

Основно захранване:

Използва се 12 волта 5 ампера SMPS. можете също да използвате регулирано захранване с трансформатор, но това е линейно захранване, така че е проектирано за специфично входно напрежение, така че изходът ще се промени, когато превключим 220 волта на 110 волта. (110 волта се предлага в ISS)

Стъпка 12: Подгответе софтуера:

Стъпки, които трябва да се следват:

1. Инсталиране на Arduino: Ако нямате arduino, можете да изтеглите от връзката

www.arduino.cc/en/main/software

2. Ако имате NodeMCU Следвайте тези стъпки, за да го добавите с arduino:

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

3. Ако използвате ESP-32 Следвайте тези стъпки, за да го добавите с arduino:

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

4. Ако използвате ESP-32 (простата библиотека DHT11 не може да работи правилно с ESP-32), можете да изтеглите от тук:

github.com/beegee-tokyo/DHTesp

Стъпка 13: Подгответе LABview:

1. Изтеглете LABview от тази връзка

www.ni.com/en/shop/labview.html

2. Изтеглете vi файла.

3. Свържете USB порта. Портът за показване на индикатора е свързан или не.

Свършен!!!!