Smart Plant Growth Chamber: 13 trin

2024 Forfatter: John Day | [email protected]. Sidst ændret: 2024-01-30 08:27

Jeg kommer med en ny idé, som er et smart plantevækstkammer. Væksten af planter i det ydre rum har vakt stor videnskabelig interesse. I forbindelse med menneskelig rumflyvning kan de indtages som mad og/eller give en forfriskende atmosfære. I øjeblikket kan N. A. S. A. bruge plantepuder til at dyrke mad i International Space Station.

Så jeg får en idé om at gå videre.

Problemer med at dyrke mad i rummet:

Tyngdekraft:

Det er den største hindring for at dyrke mad i rummet, det påvirker plantens vækst på flere måder: 1 du kan ikke vande planterne ordentligt, fordi der ikke er tyngdekraft, så vand ikke kan tilvejebringes af vandsprinklere og andre konventionelle metoder, der bruges på jorden.

2 Vand kan ikke nå plantens rødder, fordi der ikke er tyngdekraft.

3 Væksten af rødder påvirker også af tyngdekraften. (plantens rødder går nedad og planten vokser opad) Så plantens rødder vokser aldrig i den rigtige retning.

Stråling:

1. Der er meget stråling i rummet, så det er skadeligt for planter.

2. Stråling fra solvind påvirker også planter.

3. Masser af ultraviolette stråler er også skadelige for planter.

Temperatur:

1. Der er stor temperaturvariation i rummet (temperaturen kan gå op til hundrede grader og ned til minus hundrede grader).

2. temperaturstigning vandfordampning, så planter ikke kan overleve i rummet.

Overvågning:

1. Overvågning af planter er meget vanskelig i rummet, fordi personen løbende overvåger mange faktorer som temperatur, vand og stråling.

2. Forskellige anlæg kræver forskellige ressourcebehov. Hvis der er forskellige anlæg, bliver overvågning vanskeligere.

Så jeg får en idé om, at jeg prøver at fjerne alle disse forhindringer. Det er kammer til dyrkning af mad i rummet til meget lave omkostninger. Det indeholder alle ressourcer og teknologi, der er bygget ind, som overvinder mange vanskeligheder. Så lad os stirre !!!

Hvad dette kammer er i stand til:

1. Eliminer tyngdekraftens virkning.

2. Tilførsel af ordentligt vand til plantens rødder. (Kan kontrolleres - manuelt, automatisk)

3. Levering af kunstig belysning til planter til fotosyntese.

4. Minimer effekten af stråling.

5. Sensing miljø som jordtemperatur, fugt, miljøtemperatur, fugtighed, stråling, tryk og vis data i realtid på computeren.

Trin 1: Komponent påkrævet:

1. ESP32 (Hovedbehandlingskort, du kan også bruge andre tavler).

2. DHT11 eller DHT-22. (DH22 giver bedre nøjagtighed)

3. DS18b20 (vandtæt metalversion).

4. Jordfugtighedsføler.

5. Vandpumpe. (12 volt).

6. Ark af plast.

7,12 volt dc blæser.

8. Gassensorer.

9. ULN2003.

10. Servomotor.

11. Glasplade.

12. Elektrostatisk ark.

13. 12 volt relæ.

14. BMP 180.

15. 7805 Spændingsregulator.

16.100uF, 10uF kondensator.

17. Biltaglys (LED eller CFL). (Farve defineret yderligere).

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

Trin 2: Softwarekrav:

1. Arduino IDE.

2. LABView

3. Installation af ESP32 i Arduino IDE.

4. ESP32 biblioteker. (Mange biblioteker adskiller sig fra Arduino -biblioteker).

Trin 3: Lav beholder og vandingssystem:

Lav en plastbeholder af enhver størrelse efter behov eller plads. Materiale, der bruges til beholder, er plast, så det kan ikke, det kan ikke bortskaffes med vand (det kan også fremstilles af metaller, men det øger omkostningerne og også vægten, fordi der er vægtgrænse for raket)

Problem: Der er ingen tyngdekraft i rummet. Vanddråber forbliver frie i rummet (som vist på billede af N. A. S. A.) Og når aldrig bunden af jorden, så vanding med konventionelle metoder er ikke mulig i rummet.

Også små partikler danner jord, der flyder i luften.

Løsning: Jeg lægger små vandrør i jorden (den har små huller) i midten, og rørene er fastgjort til pumpen. Når pumpen tænder, kommer vand ud af små huller af rør til bunden af jorden, så det let når til plantens rødder.

Lille ventilator er fastgjort oven på kammeret (luft strømmer opad til nedad), så det giver tryk til små partikler og undgå at flyde uden for kammeret.

Kom nu jord i beholderen.

Trin 4: Jordsensorer:

jeg sætter to sensorer i jorden. Først er temperatursensor (DS18b20 vandtæt). Som registrerer jordtemperatur.

Hvorfor skal vi kende jordens temperatur og fugtighed?

Varme er katalysatoren for mange biologiske processer. Når jordtemperaturerne er lave (og biologiske processer langsomme), gøres visse næringsstoffer utilgængelige eller mindre tilgængelige for planter. Dette gælder især fosfor, der i høj grad er ansvarlig for at fremme udviklingen af rødder og frugt i planter. Så ingen varme betyder, at færre næringsstoffer resulterer i dårlig vækst. Også høj temperatur er skadelig for planter.

For det andet er fugtighedsføler. Som registrerer jordens fugtighed, hvis fugt i jorden reduceres fra foruddefineret grænse, motoren tændes, når fugtighed når sin øvre grænse, motoren slukker automatisk. Øvre og nedre grænse afhænger og varierer fra plante til plante. Dette resulterer i lukket kredsløbssystem. Vand udføres automatisk uden forstyrrelse af personen.

Bemærk. Vandbehov for forskellige til forskellige planter. Så der er behov for at justere minimum og maksimum vandstand. Det kan gøres fra potentio-meter, hvis du bruger digital interface, ellers kan det ændres i programmeringen.

Trin 5: Fremstilling af glasvægge

Der er vægge på bagsiden af beholderen med elektrostatisk film på. Da der ikke er noget magnetfelt, der beskytter os mod solvind. Jeg bruger en simpel glasplade, men dækker den med elektrostatisk plade. Elektrostatisk plade forhindrer ladningspartikel af solvind. Det er også nyttigt at minimere strålingseffekten i rummet. det undgår også at flyde jord og vandpartikler i luften.

Hvorfor har vi brug for elektrostatisk beskyttelse?

Jordens smeltede jernkerne skaber elektriske strømme, der producerer magnetfeltlinjer rundt om Jorden svarende til dem, der er forbundet med en almindelig stangmagnet. Dette magnetfelt strækker sig flere tusinde kilometer ud fra Jordens overflade. Jordens magnetfelt afviser ladningspartikel i form af solvind og undgå at komme ind i jordens atmosfære. Men der findes ingen sådan beskyttelse uden for jorden og på andre planeter. Så vi har brug for en anden kunstig metode til at beskytte os såvel som planter mod disse ladningspartikler. Elektrostatisk film er dybest set en ledende film, så den ikke tillader at komme ind i ladningspartiklen indeni.

Trin 6: Bygningslukker:

Hver plante har sit eget behov for sollys. Eksponering i sol i lang tid og høj stråling er også skadelig for planter. Lukkervinger er fastgjort på siden af spejlet og derefter forbundet til servomotorer. Vinkel for åbningsvinge og lad lys komme ind, som opretholdes af hovedbehandlings kredsløb

En lysdetekterende komponent LDR (lysafhængig modstand) er forbundet til hovedbehandlingskredsløbet Sådan fungerer dette system:

1. Ved overdreven stråling og lys (som detekteres af LDR) lukker det vinger og elimineret lys kommer ind. 2. Hver plante har sit eget behov for sollys. Hovedbehandlingskredsløb noterer tid til at tillade sollys efter denne særlige tid vindene er lukket. Det undgår ekstra belysning at nå i kammeret.

Trin 7: Miljøfølelse og kontrol:

Forskellige planter kræver forskellige miljøtilstande såsom temperatur og fugtighed.

Temperatur: For at registrere omgivelsestemperatur bruges DHT-11-sensor (DHT 22 kan bruges til at opnå høj nøjagtighed). Når temperaturen stiger eller falder fra den foreskrevne grænse, advarer og tænder den ydre blæser.

Hvorfor skal vi holde temperaturen?

Temperaturen i det ydre rum er 2,73 Kelvin (-270,42 Celsius, -454,75 Fahrenheit) i den mørke side (hvor solen ikke skinner). Den solvendte side kan temperaturen nå skoldende varme temperaturer på omkring 121 C (250 grader F).

Oprethold fugtighed:

Fugtighed er mængden af vanddamp i luften i forhold til den maksimale mængde vanddamp, luften kan holde ved en bestemt temperatur.

Hvorfor skal vi bevare fugtigheden?

Fugtighedsniveauer påvirker, hvornår og hvordan planter åbner stomata på undersiden af deres blade. Planter bruger stomata til at forekomme eller "ånde". Når vejret er varmt, kan en plante lukke sin stomata for at reducere vandtab. Stomataen fungerer også som en kølemekanisme. Når omgivelsesforholdene er for varme for en plante, og den lukker sin stomata for længe i et forsøg på at spare vand, har den ingen mulighed for at flytte kuldioxid og iltmolekyler, hvilket langsomt får planten til at kvæle på vanddamp og egne transporterede gasser.

På grund af fordampning (fra plante og jord) stiger luftfugtigheden hurtigt. Det er ikke kun skadeligt for planter, men også skadeligt for sensor og glas spejl. Det kan negligeres på to måder.

1. Plastpapir oven på overfladen forhindrer let fugt. Plastpapir spredes på jordoverfladen med åbning i det til substrat og frø (Plante vokser i det). Det er også nyttigt under vanding.

Problemet med denne metode er, at planterne med større rødder har brug for luft ind i jord og rødder. plastpose stopper luft for at nå sine rødder helt.

2. Små blæsere er fastgjort på kammerets øverste tag. Fugtighed i kammeret er fornuftig ved Hygrometer, der er indbygget (DHT-11 og DHT-22). Når luftfugtigheden stiger fra grænseventilatorer tændes automatisk, ved lavere grænse stoppes ventilatorer.

Trin 8: Fjern tyngdekraften:

På grund af tyngdekraften vokser stænglerne opad eller væk fra Jordens centrum og mod lys. Rødder vokser nedad, eller mod midten af Jorden, og væk fra lys. Uden tyngdekraften arvede planten ikke evnen til at orientere sig.

Der er to metoder til at eliminere tyngdekraften

1. Kunstig tyngdekraft:

Kunstig tyngdekraft er skabelsen af en inertial kraft, der efterligner virkningerne af en tyngdekraft, normalt ved rotation resulterer i frembringelse af centrifugalkræfter. Denne proces kaldes også pseudo-tyngdekraft.

Denne metode er for dyr og meget vanskelig. der er for mange chancer for fiasko. Også denne metode kan ikke testes korrekt på jorden.

2. Brug af underlag: Dette er en for nem metode og også effektiv til klud. Frø opbevares inde i en lille pose, der kaldes Substratfrø, holdes under et substrat, der giver den rigtige retning til rødder og blade som vist på billedet. Det hjælper med at vokse rødder nedad og plante blade opad.

Det er en klud med huller. Da frø er indeni Det tillader vand at komme ind og tillader også rødder at komme ud og trænge ned i jorden. Frø holdes under 3 til 4 tommer dybde under jord.

Hvordan lægger man frø under jorden og bevarer sin position ??

Jeg klipper plastfolie med en længde på 4 til 5 tommer og danner en rille foran den. Anbring dette værktøj på halvdelen af denne klud (rillesiden). Sæt frø i rillen og vikl kluden rundt. Indsæt nu dette værktøj i jorden. Tag værktøjet ud af jorden, så frø og underlag kommer i jorden.

Trin 9: Kunstigt sollys:

I rummet er sollys hele tiden ikke muligt, så kunstigt sollys kan være påkrævet. Dette gøres ved CFL og nyligt kommende LED -lys. Jeg bruger CFL -lys, som er blåt og rødt i farven, ikke for meget lyst. Disse lamper monteret på det øverste tag i kammeret. Dette giver fuldt spektrum af lys (CFL'er bruges, når der er behov for lys med høj temperatur, mens LED'er bruges, når planter ikke kræver opvarmning eller lav opvarmning. Dette kan drives manuelt, eksternt eller automatisk (styret af hovedbehandlings kredsløb).

Hvorfor bruger jeg en kombination af blå og rød farve?

Blåt lys passer til absorptionstoppen for klorofyler, der laver fotosyntese for at producere sukker og kulstoffer. Disse elementer er afgørende for plantevækst, fordi det er byggestenene til planteceller. Blåt lys er imidlertid mindre effektivt end rødt lys til at køre fotosyntese. Dette skyldes, at blåt lys kan absorberes af pigmenter med lavere effektivitet som carotenoider og inaktive pigmenter som anthocyaniner. Som følge heraf er der en reduktion af blå lysenergi, der gør det til klorofylpigmenterne. Overraskende nok, når nogle arter dyrkes med bare blåt lys, ligner plantebiomasse (vægt) og fotosyntesehastighed en plante, der vokser med bare rødt lys.

Trin 10: Visuel overvågning:

Jeg bruger LABview til visuel overvågning af data og kontrol også fordi LABview er meget fleksibel software. Det højhastigheds dataindsamling og let at betjene. Det kan være kabelforbundet eller ledningsfrit forbinde til hovedbehandlingskredsløbet. Data, der kommer fra hovedbehandlingskredsløbet (ESP-32), formateres i vises på LABview.

Trin, der skal følges:

1. Installer LABview og download. (ingen grund til at installere Arduino-tilføjelser)

2. Kør vi -koden angivet nedenfor.

3. Tilslut USB -porten til din pc.

4. Upload Arduino -kode.

5. COM -port vist i din labview (hvis windows til linux og MAC "dev/tty") og indikator viser, at din port er tilsluttet eller ej.

6. Afslut !! Data fra forskellige sensorer vises på skærmen.

Trin 11: Forbered hardware (kredsløb):

Kredsløbsdiagrammet er vist i figuren. Du kan også downloade PDF som vist herunder.

Det består af følgende dele:

Hovedbehandlingskredsløb:

Ethvert kort, der er kompatibelt med arduino, kan bruges, såsom arduino uno, nano, mega, nodeMCU og STM-32. men ESP-32 brug på grund af følgende årsag:

1. Den har indbygget temperatursensor, så det er muligt at sætte processoren i dyb dvaletilstand ved høj temperatur.

2. Hovedprocessoren er afskærmet med metal, så der er mindre strålingseffekt.

3. Intern hall -effektsensor bruges til at detektere magnetfelt omkring kredsløbet.

Sensorsektion:

Alle sensorer kører på 3,3 volt strømforsyning. Spændingsregulator inde i ESP-32 giver lav strøm, så den kan blive overophedet. For at undgå denne LD33 spændingsregulator bruges.

Node: Jeg anvendte 3,3 volt forsyning, fordi jeg brugte ESP-32 (også det samme for nodeMCU og STM-32). Hvis du bruger arduino, kan du også bruge 5 volt

Hovedstrømforsyning:

12 volt 5 amp SMPS bruges. du kan også bruge reguleret strømforsyning med transformer, men det er lineær forsyning, så det er designet til specifik indgangsspænding, så output ændres, når vi skifter 220 volt til 110 volt. (110 volt forsyning er tilgængelig i ISS)

Trin 12: Forbered software:

Trin, der skal følges:

1. Installation af Arduino: Hvis du ikke har arduino, kan du downloade fra link

www.arduino.cc/en/main/software

2. Hvis du har NodeMCU Følg disse trin for at tilføje det med arduino:

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

3. Hvis du bruger ESP-32 Følg disse trin for at tilføje det med arduino:

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

4. Hvis du bruger ESP-32 (simpelt DHT11-bibliotek kan ikke fungere korrekt med ESP-32) kan du downloade her:

github.com/beegee-tokyo/DHTesp

Trin 13: Forbered LABview:

1. Download LABview fra dette link

www.ni.com/en-in/shop/labview.html?cid=Paid_Search-129008-India-Google_ESW1_labview_download_exact&gclid=Cj0KCQjw4s7qBRCzARIsAImcAxY0WyYcYyYxYyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyxyyyyyyyyyyyywyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyxySws

2. Download vi -fil.

3. Tilslut USB -port. Indikator Vis port er tilsluttet eller ej.

Færdig!!!!