Camera di crescita intelligente delle piante: 13 passaggi

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

Mi viene in mente una nuova idea che è una camera intelligente per la crescita delle piante. La crescita delle piante nello spazio ha suscitato molto interesse scientifico. Nel contesto del volo spaziale umano, possono essere consumati come cibo e/o fornire un'atmosfera rinfrescante. Attualmente N. A. S. A. usa cuscini vegetali per coltivare cibo nella Stazione Spaziale Internazionale.

Quindi mi è venuta l'idea di fare un passo avanti.

Problemi per coltivare cibo nello spazio:

Gravità:

È il principale ostacolo alla crescita del cibo nello spazio, influisce sulla crescita delle piante in diversi modi: 1 non è possibile annaffiare le piante correttamente perché non c'è gravità, quindi l'acqua non può essere fornita da irrigatori e altri metodi convenzionali utilizzati sulla terra.

2 L'acqua non può raggiungere le radici della pianta perché non c'è gravità.

3 La crescita delle radici influisce anche per gravità. (le radici delle piante vanno verso il basso e le piante crescono verso l'alto) Quindi le radici delle piante non crescono mai nella giusta direzione.

Radiazione:

1. Ci sono molte radiazioni nello spazio, quindi è dannoso per le piante.

2. Le radiazioni del vento solare influenzano anche le piante.

3. Molti raggi ultravioletti dannosi anche per le piante.

Temperatura:

1. C'è molta variazione di temperatura nello spazio (la temperatura può salire fino a cento gradi e scendere fino a meno cento gradi).

2. la temperatura aumenta l'evaporazione dell'acqua in modo che le piante non possano sopravvivere nello spazio.

Monitoraggio:

1. Il monitoraggio delle piante è molto difficile nello spazio perché la persona monitora continuamente molti fattori come la temperatura, l'acqua e le radiazioni.

2. Impianti diversi richiedono diverse esigenze di risorse, se ci sono impianti diversi il monitoraggio diventa più difficile.

Quindi mi è venuta l'idea che cercare di eliminare tutti questi ostacoli. È una camera per coltivare cibo nello spazio a un costo molto basso. Contiene tutte le risorse e la tecnologia costruite in cui superare molte difficoltà. Quindi lasciamoci guardare!!!

Di cosa è capace questa camera:

1. Eliminare l'effetto della gravità.

2. Fornire acqua adeguata alle radici delle piante. (Controllabile - Manualmente, automaticamente)

3. Fornire illuminazione artificiale alle piante per la fotosintesi.

4. Ridurre al minimo l'effetto delle radiazioni.

5. Ambiente di rilevamento come temperatura del suolo, umidità, temperatura ambiente, umidità, radiazioni, pressione e visualizzazione dei dati in tempo reale sul computer.

Passaggio 1: componente richiesto:

1. ESP32 (scheda di elaborazione principale è possibile utilizzare anche altre schede).

2. DHT11 o DHT-22. (DH22 fornisce una migliore precisione)

3. DS18b20 (versione in metallo impermeabile).

4. Sensore di umidità del suolo.

5. Pompa dell'acqua. (12 Volt).

6. Foglio di plastica.

Ventola da 7,12 volt cc.

8. Sensori di gas.

9. ULN2003.

10. Servomotore.

11. Lastra di vetro.

12. Foglio elettrostatico.

13. Relè da 12 volt.

14. BMP 180.

15. 7805 Regolatore di tensione.

Condensatore da 16.100uF, 10uF.

17. Luce del tetto dell'auto (LED o CFL). (Colore definito ulteriormente).

18. Alimentazione SMPS (12volt - 1A se si guida la pompa da alimentazione separata altrimenti fino a 2 amp di alimentazione)

Passaggio 2: Requisiti software:

1. Arduino IDE.

2. LABView

3. Installazione di ESP32 nell'IDE di Arduino.

4. Librerie ESP32. (Molte librerie sono diverse dalle librerie Arduino).

Passaggio 3: crea un contenitore e un sistema di irrigazione:

Realizza un contenitore di plastica di qualsiasi dimensione in base alle esigenze o allo spazio disponibile. Il materiale utilizzato per il contenitore è di plastica, quindi non può non smaltire con l'acqua (può anche essere realizzato con metalli ma aumenta il costo e anche il peso perché esiste un limite di peso del razzo)

Problema: non c'è gravità nello spazio. Le gocce d'acqua rimangono libere nello spazio (come mostrato nell'immagine da N. A. S. A.) e non raggiungono mai il fondo del terreno, quindi l'irrigazione con i metodi convenzionali non è possibile nello spazio.

Anche piccole particelle formano il suolo che galleggia nell'aria.

Soluzione: ho messo piccoli tubi dell'acqua nel terreno (ha piccoli fori) al centro e i tubi sono attaccati alla pompa. Quando la pompa si accende, l'acqua esce dai piccoli fori del tubo sul fondo del terreno in modo che raggiunga facilmente le radici della pianta.

Il piccolo ventilatore è fissato sulla parte superiore della camera (l'aria scorre dall'alto verso il basso) in modo da fornire pressione alle piccole particelle ed evitare di galleggiare all'esterno della camera.

Ora metti il terreno in un contenitore.

Passaggio 4: sensori del suolo:

inserisco due sensori nel terreno. Il primo è il sensore di temperatura (DS18b20 Waterproof). Che rilevano la temperatura del suolo.

Perché abbiamo bisogno di conoscere la temperatura e l'umidità del suolo?

Il calore è il catalizzatore di molti processi biologici. Quando le temperature del suolo sono basse (e i processi biologici lenti), alcuni nutrienti vengono resi non disponibili o meno disponibili per le piante. Ciò è particolarmente vero nel caso del fosforo, che è in gran parte responsabile della promozione dello sviluppo di radici e frutti nelle piante. Quindi, nessun calore significa che meno nutrienti provocano una crescita scadente. Anche le alte temperature sono dannose per le piante.

Il secondo è il sensore di umidità. Che rileva l'umidità del suolo se l'umidità nel suolo si riduce dal limite predefinito, il motore si accende, quando l'umidità raggiunge il limite superiore il motore si spegne automaticamente. Il limite superiore e il limite inferiore dipendono e variano da pianta a pianta. Ciò si traduce in un sistema a circuito chiuso. L'acqua è fatta automaticamente senza l'interferenza della persona.

Nota. Fabbisogno idrico per diverse piante. Quindi è necessario regolare il livello minimo e massimo dell'acqua. Si può fare da potenziometro se si usa l'interfaccia digitale altrimenti si può cambiare in programmazione.

Passaggio 5: realizzare pareti di vetro

Ci sono pareti sul retro del contenitore con pellicola elettrostatica su di esso. Poiché non esiste un campo magnetico che ci protegga dai venti solari. Io uso una semplice lastra di vetro ma la copro con un foglio elettrostatico. Il foglio elettrostatico previene le particelle di carica del vento solare. È anche utile ridurre al minimo l'effetto delle radiazioni nello spazio. evita anche di far galleggiare il terreno e le particelle d'acqua nell'aria.

Perché abbiamo bisogno di protezione elettrostatica?

Il nucleo di ferro fuso della Terra crea correnti elettriche che producono linee di campo magnetico intorno alla Terra simili a quelle associate a un normale magnete a barra. Questo campo magnetico si estende per diverse migliaia di chilometri dalla superficie terrestre. Il campo magnetico terrestre respinge le particelle di carica sotto forma di vento solare ed evita di entrare nell'atmosfera terrestre. Ma non esiste una tale protezione disponibile al di fuori della Terra e su altri pianeti. Quindi abbiamo bisogno di un altro metodo artificiale per proteggere noi e le piante da queste particelle di carica. Il film elettrostatico è fondamentalmente un film conduttivo, quindi non consente l'ingresso di particelle di carica all'interno.

Passaggio 6: otturatore dell'edificio:

Ogni pianta ha il proprio bisogno di luce solare. Esposizione al sole per lungo tempo ed elevata radiazione dannosa anche per le piante. Le ali dell'otturatore sono fissate all'esterno dello specchio e quindi collegate ai servomotori. Angolo di apertura dell'anta e consentire l'ingresso della luce che viene mantenuto dal circuito di elaborazione principale

Un componente di rilevamento della luce LDR (resistenza dipendente dalla luce) è collegato al circuito di elaborazione principale Come funziona questo sistema:

1. In un'eccessiva radiazione e luce (che viene rilevata da LDR) chiude le ali ed elimina la luce per entrare. 2. Ogni pianta ha il proprio bisogno di luce solare. Il circuito di elaborazione principale nota il tempo per consentire la luce solare dopo questo particolare momento in cui i venti sono chiusi. Evita l'illuminazione extra da raggiungere nella camera.

Passaggio 7: rilevamento e controllo dell'ambiente:

Diverse piante richiedono diverse condizioni ambientali come temperatura e umidità.

Temperatura: per rilevare la temperatura ambiente viene utilizzato il sensore DHT-11 (il DHT 22 può essere utilizzato per ottenere un'elevata precisione). Quando la temperatura aumenta o diminuisce dal limite prescritto avvisa e accende la ventola esterna.

Perché dobbiamo mantenere la temperatura?

La temperatura nello spazio esterno è 2,73 Kelvin (-270,42 Celsius, -454,75 Fahrenheit) nel lato oscuro (dove il sole non splende). Il lato esposto al sole, la temperatura può raggiungere temperature roventi di circa 121 C (250 gradi F).

Mantenere l'umidità:

L'umidità è la quantità di vapore acqueo nell'aria rispetto alla quantità massima di vapore acqueo che l'aria può contenere a una certa temperatura.

Perché abbiamo bisogno di mantenere l'umidità?

I livelli di umidità influenzano quando e come le piante aprono gli stomi nella parte inferiore delle foglie. Le piante usano gli stomi per traspirare o "respirare". Quando il clima è caldo, una pianta può chiudere i suoi stomi per ridurre le perdite d'acqua. Gli stomi fungono anche da meccanismo di raffreddamento. Quando le condizioni ambientali sono troppo calde per una pianta e chiude gli stomi troppo a lungo nel tentativo di conservare l'acqua, non ha modo di spostare l'anidride carbonica e le molecole di ossigeno, causando lentamente il soffocamento della pianta a causa del vapore acqueo e dei propri gas traspirati.

A causa dell'evaporazione (dalla pianta e dal suolo) l'umidità aumenta rapidamente. Non solo dannoso per le piante, ma anche dannoso per il sensore e lo specchio di vetro. Può essere trascurato in due modi.

1. La carta di plastica sulla superficie impedisce facilmente l'umidità. La carta di plastica viene stesa sulla superficie superiore del terreno con l'apertura per il substrato e il seme (la pianta cresce in essa). È utile anche durante l'irrigazione.

Il problema di questo metodo è che le piante con radici più grandi hanno bisogno di aria nel suolo e nelle radici. il sacchetto di plastica blocca l'aria per raggiungere completamente le sue radici.

2. I piccoli ventilatori sono fissati sul tetto superiore della camera. L'umidità nella camera è rilevata dall'igrometro integrato (DHT-11 e DHT-22). Quando l'umidità aumenta dal limite, i ventilatori si accendono automaticamente, al limite inferiore i ventilatori si fermano.

Passaggio 8: eliminare la gravità:

A causa della gravità, gli steli crescono verso l'alto, o lontano dal centro della Terra, e verso la luce. Le radici crescono verso il basso, o verso il centro della Terra, e lontano dalla luce. Senza gravità la pianta non ha ereditato la capacità di orientarsi.

Ci sono due metodi per eliminare la gravità

1. Gravità artificiale:

La gravità artificiale è la creazione di una forza d'inerzia che imita gli effetti di una forza gravitazionale, di solito per effetto della rotazione sulla produzione di forze centrifughe. Questo processo è anche chiamato pseudogravità.

Questo metodo è troppo costoso e molto difficile. ci sono troppe possibilità di fallimento. Anche questo metodo non può essere testato correttamente sulla terra.

2. Utilizzo del substrato: questo è un metodo troppo semplice e anche efficace per i tessuti. I semi sono tenuti all'interno di un piccolo sacchetto che si chiama Substrato I semi sono tenuti sotto il substrato che fornisce la giusta direzione alle radici e alle foglie come mostrato nell'immagine. Aiuta a far crescere le radici verso il basso e le foglie verso l'alto.

È un panno con dei buchi. Poiché i semi sono all'interno, consente all'acqua di entrare e consente anche alle radici di uscire e penetrare nel terreno. Il seme viene tenuto a una profondità di 3-4 pollici sotto il suolo.

Come mettere il seme sotto terra e mantenere la sua posizione??

Ho tagliato un foglio di plastica con una lunghezza di 4-5 pollici e ho formato una scanalatura davanti. Posiziona questo strumento su metà lunghezza di questo panno (lato scanalatura). Mettere il seme nella scanalatura e avvolgere il panno intorno. Ora inserisci questo strumento nel terreno. Prendi lo strumento dal terreno in modo che seme e substrato entrino nel terreno.

Passaggio 9: luce solare artificiale:

Nello spazio la luce solare non è sempre possibile, quindi potrebbe essere necessaria la luce solare artificiale. Questo viene fatto da CFL e dalle nuove luci a LED. Uso la luce CFL che è di colore blu e rosso non troppo brillante. Queste luci montate sul tetto superiore della camera. Ciò fornisce uno spettro completo di luce (i CFL vengono utilizzati quando è richiesta una luce ad alta temperatura, mentre i LED vengono utilizzati quando gli impianti non richiedono riscaldamento o riscaldamento basso. Questo può essere guidato manualmente, a distanza o automaticamente (controllato dal circuito di elaborazione principale).

Perché uso la combinazione di colore blu e rosso?

La luce blu si adatta al picco di assorbimento delle clorofille, che fanno la fotosintesi per produrre zuccheri e carbonio. Questi elementi sono essenziali per la crescita delle piante, perché sono gli elementi costitutivi delle cellule vegetali. Tuttavia, la luce blu è meno efficace della luce rossa per guidare la fotosintesi. Questo perché la luce blu può essere assorbita da pigmenti a bassa efficienza come i carotenoidi e pigmenti inattivi come gli antociani. Di conseguenza, c'è una riduzione dell'energia della luce blu che arriva ai pigmenti della clorofilla. Sorprendentemente, quando alcune specie vengono coltivate solo con luce blu, la biomassa (peso) e il tasso di fotosintesi delle piante sono simili a quelli di una pianta coltivata solo con luce rossa.

Passaggio 10: monitoraggio visivo:

Uso LABview per il monitoraggio visivo dei dati e il controllo anche perché LABview è un software molto flessibile. È acquisizione dati ad alta velocità e facile da usare. Può essere cablato o connesso in modalità wireless al circuito di elaborazione principale. I dati provenienti dal circuito di elaborazione principale (ESP-32) vengono formattati e visualizzati su LABview.

Passi da seguire:

1. Installa LABview e scarica. (non è necessario installare componenti aggiuntivi Arduino)

2. Eseguire il codice vi indicato di seguito.

3. Collega la porta USB al tuo PC.

4. Carica il codice Arduino.

5. Porta COM mostrata nel tuo labview (se Windows per Linux e MAC "dev/tty") e l'indicatore mostra che la tua porta è connessa o meno.

6. Finisci!! Dati da vari sensori visualizzati sullo schermo.

Passaggio 11: preparare l'hardware (circuito):

Lo schema del circuito è mostrato in figura. puoi anche scaricare il PDF indicato di seguito.

Si compone delle seguenti parti:

Circuito di elaborazione principale:

È possibile utilizzare qualsiasi scheda compatibile con arduino come arduino uno, nano, mega, nodeMCU e STM-32. ma ESP-32 utilizza per il seguente motivo:

1. Ha un sensore di temperatura integrato, quindi in situazioni di temperatura elevata è possibile mettere il processore in modalità di sospensione profonda.

2. Il processore principale è schermato con metallo, quindi ci sono meno radiazioni.

3. Il sensore ad effetto hall interno viene utilizzato per rilevare il campo magnetico attorno al circuito.

Sezione sensore:

Tutti i sensori funzionano con alimentazione a 3,3 volt. Il regolatore di tensione all'interno di ESP-32 fornisce una bassa corrente in modo che possa essere surriscaldato. Per evitare questo viene utilizzato il regolatore di tensione LD33.

Nodo: ho applicato l'alimentazione a 3,3 volt perché in uso ESP-32 (lo stesso per nodeMCU e STM-32). Se stai usando arduino puoi anche usare 5 volt

Alimentazione principale:

Viene utilizzato un SMPS da 12 volt 5 amp. è anche possibile utilizzare l'alimentazione regolata con trasformatore ma è un'alimentazione lineare, quindi è progettata per una specifica tensione di ingresso, quindi l'uscita verrà modificata quando passiamo da 220 volt a 110 volt. (l'alimentazione a 110 volt è disponibile in ISS)

Passaggio 12: preparare il software:

Passi da seguire:

1. Installazione di Arduino: se non hai arduino puoi scaricarlo dal link

www.arduino.cc/en/main/software

2. Se hai NodeMCU Segui questi passaggi per aggiungerlo con arduino:

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

3. Se usi ESP-32 Segui questi passaggi per aggiungerlo con arduino:

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

4. Se usi ESP-32 (la semplice libreria DHT11 non può funzionare correttamente con ESP-32) puoi scaricarla da qui:

github.com/beegee-tokyo/DHTesp

Passaggio 13: preparare LABview:

1. Scarica LABview da questo link

www.ni.com/en-in/shop/labview.html?cid=Paid_Search-129008-India-Google_ESW1_labview_download_exact&gclid=Cj0KCQjw4s7qBRCzARIsAImcAxY0WhS0V5T275xAmp4ApKrIi9DGSyaVcymaIg

2. Scarica il file vi.

3. Collegare la porta USB. La porta di visualizzazione dell'indicatore è collegata o meno.

fatto!!!!