Camera di crescita automatizzata delle piante: 7 passaggi (con immagini)

2024 Autore: John Day | [email protected]. Ultima modifica: 2024-01-30 10:01

Il seguente progetto è la mia presentazione al concorso Growing Beyond Earth Maker nella divisione High School.

La camera di crescita delle piante ha un sistema di irrigazione completamente automatizzato. Ho usato pompe peristaltiche, sensori di umidità e un microcontrollore per innaffiare automaticamente le piante per mantenere il terreno all'umidità ottimale. Ho progettato la mia camera di crescita in modo che potesse essere facilmente raccolta e piantata, e così ha fatto un uso efficiente dello spazio nella scatola. Il design flessibile consentirebbe agli astronauti di avere un afflusso costante di colture, potendo raccogliere un sacchetto (circa 3 teste) di lattuga completamente matura ogni 10-14 giorni. Poiché i semi germinano in momenti diversi e crescono a velocità diverse, volevo creare un sistema in cui le piante potessero essere raccolte e nuovi semi potessero essere inseriti quando erano pronti, quindi ho progettato i miei sacchetti per piante. La camera è composta da quattro tasche per piante, o un totale di 12 fessure per piante, che possono essere rimosse, raccolte, è possibile inserire un nuovo foglietto di semi e la sacca può essere reinserita nel sistema utilizzando il velcro in pochi minuti. Le buste per semi consentono di preparare, orientare e incollare i semi in anticipo e inserirli nel sacchetto quando necessario. Le fessure dei sacchetti delle piante sono state progettate per consentire alla pianta di crescere impedendo all'acqua e allo sporco di lasciare il sacchetto. -Le borse statiche, oltre a proteggere i componenti elettronici, sono superfici specchiate. Quindi, con i sacchetti antistatici, la luce raggiungerà tutte le piante/germogli nel sistema e la lattuga non crescerà direttamente verso la luce di coltivazione.

Forniture

Contenitore:

1. Scatola di immagazzinaggio di file acrilici

2. Cestino portaoggetti in metallo

3. Organizzatore di file desktop

4. Strisce di velcro

5. Coltiva la luce

Sacchetti per piante:

1. Borse antistatiche

2. Nastro in schiuma di gomma spugnosa (5/16 di pollice)

3. Carta di germinazione

4. Mix di terreno grossolano

5. Colla di semi (farina e acqua)

6. Semi (ho usato un pacchetto Mesclun Green)

Sistema di irrigazione:

1. Pompa peristaltica

2. Tubo in silicone per pompa (2 mm x 4 mm)

3. Arduino M0 Pro (qualsiasi modello funzionerà) e fonte di alimentazione

4. Micro USB a USB-A

5. Tagliere

6. Ponticelli

7. Saldatore e saldatore

8. Bridge Driver (ho usato un TA7291P)

9. Sensori di umidità

Puoi trovarne di economici, ma si corroderanno rapidamente dall'elettrolisi indotta dalla corrente e dovranno essere sostituiti poiché le letture andranno male. L'alternativa è utilizzare sensori di umidità capacitivi meno soggetti a corrosione o sensori catodo-anodo più costosi

10. Jack a cilindro 12v per breadboard e cavo

11. Borraccia con valvola di ritegno

Passaggio 1: assemblare la camera

Questo passaggio può essere eseguito in molti modi, ma ho optato per un contenitore in due parti perché consentiva una maggiore flessibilità. Ho usato la struttura in metallo che ha una parte anteriore aperta e una parte superiore aperta per ospitare i sacchetti delle piante, far crescere la luce e il sistema di irrigazione automatico. Poi, una volta caricate le piante, ho una scatola in acrilico che scivola sulla base di metallo.

Passaggi:

1. Innanzitutto, ho attaccato la luce di crescita al telaio metallico. Ho praticato due fori su ciascun lato della luce (dopo essermi assicurato di non danneggiare alcun componente) e l'ho fissata al lato anteriore della base. (visto nella foto 1)

2. Ho dovuto fare un buco nella cornice e nell'acrilico per adattare il cavo di alimentazione per la luce (foto 2-4)

Suggerimento: per tagliare il foro nell'acrilico ho praticato quattro fori nell'angolo del rettangolo che volevo tagliare e ho usato un Dremel per collegarli e fare un taglio netto

3. Poiché ho acquistato un cestino per la conservazione dei file per il piano in acrilico, ho dovuto rimuovere le due labbra a cui appendere i file. Per farlo, ho riscaldato la plastica, ho preso un raschietto e un martello e ho picchiettato delicatamente lungo il pezzo separandolo lentamente dalla scatola.

4. Con alcune regolazioni finali alla struttura in metallo utilizzando un martello, la parte superiore in acrilico si adatta perfettamente alla parte superiore della struttura e della base.

Passaggio 2: sacchetti per piante

Ho scelto di creare sacchetti per piante invece di un sistema idroponico per consentire una maggiore flessibilità. Le buste possono essere preparate in anticipo e possono essere facilmente riutilizzate inserendo un nuovo pacchetto di semi e carta per la germinazione nella fessura. I sacchetti possono essere facilmente rimossi e rimessi nella camera utilizzando le cinghie in velcro. Inoltre, poiché i sacchetti sono così facili da preparare, possono essere piantati in tempi sfalsati per consentire un flusso costante di raccolti. Quando vengono piantati tutti in una volta, c'è un momento in cui la camera non ha raccolti considerevoli. Quindi, invece, suggerisco che le buste vengano piantate in compensazione di alcune settimane in modo che ci sia un flusso costante di raccolto.

Dimensioni del sacchetto:

Questa fase del processo è specifica per le dimensioni di ciascuna scatola delle persone. Alla fine ho usato due buste 4x6 e ho modificato due buste 12x16 per adattarle al retro e al fondo della mia scatola. Le borse 4x6 avevano le cerniere per chiudersi, ma le borse più grandi no e le ho modificate. Quindi, ho usato del nastro biadesivo per chiudere la borsa dall'interno e ho usato un altro pezzo all'esterno per tenerla piegata (foto 5)

Assemblaggio delle buste:

(vedi immagine 3 per il layout che ho usato per i miei sacchetti. L'ho progettato in modo che le piante non crescessero nello spazio l'una dell'altra e quindi non si oscurassero a vicenda dalla fonte di luce)

1. Tagliare fessure da un pollice nei sacchetti antistatici (immagine 1)

Ho usato un coltello Xacto e un pezzo di cartone per assicurarmi di non tagliare entrambi i lati della borsa

2. Tagliare un pezzo di nastro di gommapiuma di 2,5 cm e posizionarlo direttamente sopra la fessura (immagine 2)

3. Usando il coltello o la lama Xacto, tagliare una fessura di un pollice nella schiuma che è allineata con la fessura tagliata nel sacchetto durante la fase 1 (figura 2)

4. Ripeti lo stesso processo su una busta, ma fai una fessura più grande per adattarla al sensore di umidità

5. Ripeti lo stesso processo su tutte le borse ma invece di un quadrato di nastro di gommapiuma e fai una piccola incisione a forma di X abbastanza grande da adattarsi al tubo peristaltico

Mancia: Per i fori dei tubi, posizionali in aree in cui i tubi non attraverseranno le aree di crescita della pianta e anche in modo che possano collegarsi più facilmente al vano posteriore

Passaggio 3: slip di semi

Le bustine di semi sono state progettate in modo da poter essere preparate in anticipo e impilate in magazzino fino al momento dell'utilizzo. Ho preparato una semplice colla per semi per far aderire il seme alla carta di germinazione e orientare la radichetta dei semi o puntare verso il basso in modo che le radici crescano nella sacca e il germoglio esca dalla fessura.

Creare le buste dei semi

1. Taglia un pezzo di carta da germinazione (2,5 pollici x 1 pollice)

2. Mescolare un cucchiaio di farina con acqua quanto basta per formare una pasta densa

3. Usando uno stuzzicadenti, metti un punto della colla per semi al centro della carta di germinazione

4. Orienta il seme con la radichetta o la punta rivolta verso il basso e segna/ricorda a quale estremità è rivolto perché è da lì che cresce la radice

5. Piega la carta di germinazione due volte, facendo un triplo con il seme al centro

Passaggio 4: sistema di irrigazione automatico

Il sistema di irrigazione sarà costituito da sensori di umidità e pompe peristaltiche per innaffiare automaticamente i sacchetti delle piante quando scendono al di sotto di un livello di umidità del 30%. Ho scritto il codice in modo che il livello di umidità nelle buste venga controllato dopo 8 ore e se il livello è inferiore al 30% la pompa si accende per 10 secondi. Per la mia pompa e il mio alimentatore, 10 secondi sono stati sufficienti per aumentare l'umidità nei sacchetti oltre il 30% in modo che la pompa si attivi circa ogni 16 ore, ma dovrebbe essere testata e regolata per diverse configurazioni.

Connessioni:

GND per collegare il pin del driver 1

12V GND per collegare il pin del driver 1

5V per ponticellare il pin 7 del driver (vcc)

D5 per ponticellare il pin 5 del driver (in1)

D6 per ponticellare il pin 6 del driver (in2)

Arduino D13 a R1 (se si utilizza il LED esterno opzionale)

Ponte driver pin 2 (out1) al terminale positivo della pompa peristaltica

Ponte driver pin 4 (vref) e pin 8 (vs) a 12V pos.

Collegare il pin 10 del driver (out2) al terminale negativo della pompa peristaltica

Appunti:

I pin 9 e 3 del driver del ponte non vengono utilizzati

L'estremità del driver del ponte con l'angolo smussato in alto è il pin 1 e l'estremità quadrata è il pin 10

Codice:

int IN1Pin = 5; // cambia a seconda del pin che stai usandoint IN2Pin = 6; // cambia a seconda del pin che stai usando #define umidità_pin A0

configurazione nulla()

{

Serial.begin(9600);

pinMode(IN1Pin, OUTPUT);

pinMode(IN2Pin, OUTPUT);

analogWrite(IN1Pin, 0);

analogWrite(IN2Pin, 0);

pinMode(moisture_pin, INPUT);

ritardo(1000);

}

ciclo vuoto()

{

int sensorValue = map(analogRead(moisture_pin), 0, 1023, 100, 0); // mappa le letture dell'umidità che vanno da 0-1023 a una percentuale da 100-0

Serial.print("Il livello di umidità attuale è: ");

Serial.print(sensorValue);

Serial.println("%");

if (sensorValue < 30) // se l'umidità è inferiore al 30 percento esegue quanto segue

{

analogWrite(IN1Pin, 255); // 255 imposta la pompa alla massima potenza

ritardo (10000); // fa funzionare la pompa per 10 secondi

analogWrite(IN1Pin, 0); // spegne la pompa

Serial.println("Controllo dei livelli di umidità in 2 ore");

ritardo(2880000); // 8 ore in millisecondi

int sensorValue = map(analogRead(moisture_pin), 0, 1023, 100, 0); // controlla i livelli di umidità

Serial.println(sensorValue); // stampa il livello di umidità

}

altro

{

Serial.println("Il terreno è umido, controllo di nuovo tra 1 ora"); // se l'umidità del suolo è superiore al 30% stampa questa dichiarazione

ritardo(3600000); // 1 ora in millisecondi

}

}

Suggerimento: dopo che il codice è stato caricato su Arduino, per quelli di voi che non li hanno mai usati prima, non è necessario lasciarlo collegato al computer. Puoi ottenere un piccolo alimentatore per arduino ed eseguirà il tuo codice quando sarà acceso. Quindi, per questo design tutto ciò di cui hai bisogno è un alimentatore per l'arduino e un alimentatore da 12 V per il jack a botte sulla tua breadboard.

Passaggio 5: mettere tutto insieme

A questo punto dovresti avere la scatola completa con luci di coltivazione, sistema di irrigazione e sacchetti per piante, quindi non resta che mettere tutto insieme.

Questa fase può essere diversa per molte persone a seconda delle dimensioni della scatola e del vano per il serbatoio dell'acqua, la pompa e i microcontrollori.

Poiché la camera di crescita è pensata per funzionare senza gravità, mi sono assicurato di fissare tutti i componenti nel vano posteriore utilizzando strisce di velcro da 15 libbre

1. Ho usato un porta Arduino e breadboard e le cinghie in velcro attaccate al telaio e sul retro del supporto e l'ho montato sul lato superiore del contenitore di archiviazione dei file che è il mio scomparto posteriore. (foto 2)

2. Quindi, ho messo strisce di velcro sul fondo della pompa peristaltica e sulla base del vano e ho fatto lo stesso con il serbatoio dell'acqua.

3. Il prossimo è il sistema di irrigazione. Ho usato tre giunti a T per dividere il tubo dalla pompa peristaltica in quattro tubi per i quattro sacchetti delle piante. (foto 3)

4. Infine, ho posizionato le strisce di velcro per tenere in posizione i sacchetti delle piante. Poiché stavo attaccando le strisce a una rete, ho tagliato segmenti di fettuccia industriale e li ho incollati all'esterno del telaio contro il retro delle strisce di velcro.

Passaggio 6: installazione dei sacchetti per piante e funzionamento

Dopo che lo scomparto posteriore, i tubi e i sensori di umidità sono tutti a posto, non resta che collegare i sacchetti delle piante, i tubi e i sensori di umidità.

Assemblea finale

1. Posiziona i sacchetti per piante sul lato per cui sono stati progettati. (l'immagine 2 mostra il processo)

2. Inserire il sensore di umidità nella borsa con la fessura più lunga fatta in precedenza

3. Inserire i tubi nelle buste attraverso le porte quadrate più piccole in schiuma

4. Collegare le luci di coltivazione al timer e impostare in modo che le luci siano accese per 16 ore al giorno

5. Collegare l'alimentatore da 12 V al jack del cilindro della breadboard

6. Collega Arduino al computer (se vuoi monitorare le uscite) o all'alimentatore e lascia che il programma venga eseguito!

Passaggio 7: risultati

La prima serie di immagini (1-4) sopra sono due settimane di crescita

La seconda serie (5-6) risale al quinto giorno, quando la maggior parte dei sacchetti delle piante aveva germogli visibili

L'ultima immagine (7) è del primo giorno in cui il sistema è stato acceso

La parte migliore di questo aggeggio era che quando una busta aveva finito di crescere, poiché stavano crescendo a velocità diverse, potevo rimuovere la lattuga e inserire una nuova serie di semi nella stessa busta senza dover raccogliere le altre colture prima che fossero pronte. Nei test futuri, ho intenzione di compensare la messa a dimora della piantagione di ogni busta di due settimane perché occorrono circa 45-55 giorni perché la maggior parte della lattuga maturi. E così facendo, ogni due settimane avrò un sacchetto di lattuga completamente cresciuto pronto per essere raccolto e impedirò alle altre piante di lattuga di bloccare la luce agli altri sacchetti perché cresceranno meno teste grandi.

Secondo classificato al concorso Growing Beyond Earth Maker