Smart Plant Growth Chamber: 13 steg

2024 Författare: John Day | [email protected]. Senast ändrad: 2024-01-30 12:41

Jag kommer på en ny idé som är en smart växttillväxtkammare. Växternas tillväxt i yttre rymden har väckt mycket vetenskapligt intresse. I samband med mänsklig rymdfärd kan de konsumeras som mat och/eller ge en uppfriskande atmosfär. För närvarande N. A. S. A. använda växtkuddar för att odla mat i International Space Station.

Så jag får en idé att gå vidare.

Problem att odla mat i rymden:

Allvar:

Det är det största hindret för att odla mat i rymden, det påverkar växternas tillväxt på flera sätt: 1 du kan inte vattna plantorna ordentligt eftersom det inte finns någon tyngdkraft så att vatten inte kan tillhandahållas av vattensprinkler och andra konventionella metoder som används på jorden.

2 Vatten når inte växtens rötter eftersom det inte finns någon gravitation.

3 Rötternas tillväxt påverkas också av gravitationen. (växtrötter går nedåt och växter växer uppåt) Så växter av växter växer aldrig i rätt riktning.

Strålning:

1. Det finns mycket strålning i rymden så det är skadligt för växter.

2. Strålning från solvind påverkar också växter.

3. Många ultravioletta strålar är också skadliga för växter.

Temperatur:

1. Det finns mycket temperaturvariationer i rymden (temperaturen kan gå upp till hundra grader och ner till minus hundra grader).

2. temperaturökning av vattenförångning så att växter inte kan överleva i rymden.

Övervakning:

1. Övervakning av växter är mycket svårt i rymden eftersom personen kontinuerligt övervakar många faktorer som temperatur, vatten och strålning.

2. Olika anläggningar kräver olika resursbehov. Om det finns olika anläggningar blir övervakning svårare.

Så jag kommer på en idé om att försöka eliminera alla dessa hinder. Det är kammare för att odla mat i rymden till mycket låg kostnad. Den innehåller alla resurser och teknik inbyggd som övervinner många svårigheter. Så låt oss stirra !!!

Vad denna kammare kan:

1. Eliminera tyngdkraften.

2. Tillhandahålla ordentligt vatten till växternas rötter. (Kontrollerbar - manuellt, automatiskt)

3. Tillhandahålla konstgjord belysning till växter för fotosyntes.

4. Minimera effekten av strålning.

5. Avkänningsmiljö som jordtemperatur, fukt, omgivningstemperatur, fuktighet, strålning, tryck och visa realtidsdata på datorn.

Steg 1: Komponent krävs:

1. ESP32 (Main Processing Board du kan också använda andra kort).

2. DHT11 eller DHT-22. (DH22 ger bättre noggrannhet)

3. DS18b20 (Vattentät metallversion).

4. Jordfuktighetsgivare.

5. Vattenpump. (12 volt).

6. Plastskiva.

7,12 volt DC fläkt.

8. Gassensorer.

9. ULN2003.

10. Servomotor.

11. Glasskiva.

12. Elektrostatiskt ark.

13. 12 volt relä.

14. BMP 180.

15. 7805 Spänningsregulator.

16.100uF, 10uF kondensator.

17. Biltaksljus (LED eller CFL). (Färg definieras vidare).

18. SMPS -strömförsörjning (12 volt - 1A om du driver pumpen från separat strömförsörjning, annars upp till 2 ampere)

Steg 2: Programvarukrav:

1. Arduino IDE.

2. LABView

3. Installation av ESP32 i Arduino IDE.

4. ESP32 -bibliotek. (Många bibliotek skiljer sig från Arduino -bibliotek).

Steg 3: Gör behållare och vattningssystem:

Gör en plastbehållare av valfri storlek efter behov eller utrymme. Material som används för behållare är plast så kan inte det kan inte slängas med vatten (det kan också tillverkas av metaller men det ökar kostnaden och också vikten eftersom det finns en viktgräns för raket)

Problem: Det finns ingen tyngdkraft i rymden. Vattendroppar håller sig fria i rymden (som visas på bilden av N. A. S. A.) Och når aldrig jordens botten så vattning med konventionella metoder är inte möjligt i rymden.

Även små partiklar bildar jord som flyter i luften.

Lösning: Jag lägger små vattenrör i jorden (den har små hål) i mitten och rören fästs vid pumpen. När pumpen slås på kommer vatten ut från små hål i röret till jordens botten så att det lätt når till växtens rötter.

Liten fläkt är fäst ovanpå kammaren (luften strömmar uppåt till nedåt) så att den ger tryck till små partiklar och undviker att flyta utanför kammaren.

Lägg nu jord i behållaren.

Steg 4: Jordsensorer:

jag sätter in två sensorer i jorden. Först är temperaturgivare (DS18b20 vattentät). Som upptäcker markens temperatur.

Varför behöver vi veta jordens temperatur och luftfuktighet?

Värme är katalysatorn för många biologiska processer. När jordtemperaturerna är låga (och biologiska processer långsamma) görs vissa näringsämnen otillgängliga eller mindre tillgängliga för växter. Detta gäller särskilt när det gäller fosfor, som till stor del ansvarar för att främja utvecklingen av rötter och frukt i växter. Så ingen värme betyder att mindre näringsämnen leder till dålig tillväxt. Hög temperatur är också skadligt för växter.

För det andra är fuktsensorn. Som upptäcker jordens fuktighet om fukt i marken minskar från fördefinierade gränser, motorn slås på, när fukt når sin övre gränsmotor stängs av automatiskt. Övre gräns och nedre gräns beror på och varierar från växt till växt. Detta resulterar i slutna system. Vatten görs automatiskt utan störning av personen.

Notera. Vattenbehov för olika för olika växter. Så det är nödvändigt att justera lägsta och högsta vattennivå. Det kan göras från potentio-meter om du använder digitalt gränssnitt annars kan det ändras i programmeringen.

Steg 5: Gör glasväggar

Det finns väggar på baksidan av behållaren med elektrostatisk film på den. Eftersom det inte finns något magnetfält som skyddar oss från solvindar. Jag använder en enkel glasplåt men täcker den med elektrostatisk plåt. Elektrostatiskt ark förhindrar laddningspartikel av solvind. Det är också bra att minimera strålningseffekten i rymden. det undviker också att flyta jord och vattenpartikel i luften.

Varför behöver vi elektrostatiskt skydd?

Jordens smälta järnkärna skapar elektriska strömmar som producerar magnetfältlinjer runt jorden som liknar dem som är associerade med en vanlig stångmagnet. Detta magnetfält sträcker sig flera tusen kilometer från jordens yta. Jordens magnetfält stöter bort laddningspartikel i form av solvind och undvik att komma in i jordens atmosfär. Men det finns inget sådant skydd tillgängligt utanför jorden och på andra planeter. Så vi behöver en annan artificiell metod för att skydda oss såväl som växter från dessa laddningspartiklar. Elektrostatisk film är i grunden en ledande film så att den inte tillåter att komma in i laddningspartikel inuti.

Steg 6: Bygga slutare:

Varje växt har sitt eget behov av solsken. Exponering i solen under lång tid och hög strålning är också skadligt för växter. Slutarvingar är fästa på sidan av spegeln och sedan anslutna till servomotorer. Vinkel för öppningsvinge och låt ljus komma in som upprätthålls av huvudprocessorkretsen

En ljusdetekterande komponent LDR (ljusberoende motstånd) är ansluten till huvudbehandlingskretsen Så här fungerar systemet:

1. Vid överdriven strålning och ljus (som upptäcks av LDR) stänger det vingar och eliminerat ljus kommer in. 2. Varje växt har sitt eget behov av solsken. Huvudbehandlingskretsen noterar tid för att tillåta solljus efter denna speciella tid vindar stängs. Det undviker extra belysning att nå i kammaren.

Steg 7: Miljöavkänning och kontroll:

Olika växter kräver olika miljöförhållanden som temperatur och luftfuktighet.

Temperatur: För att känna av omgivningstemperatur används en DHT-11-sensor (DHT 22 kan användas för att uppnå hög noggrannhet). När temperaturen ökar eller minskar från föreskriven gräns varnar den och sätter på den yttre fläkten.

Varför behöver vi hålla temperaturen?

Temperaturen i yttre rymden är 2,73 Kelvin (-270,42 Celsius, -454,75 Fahrenheit) i mörk sida (där solen inte skiner). Den mot solen vända sidan kan temperaturen nå skållande heta temperaturer på cirka 121 C (250 grader F).

Behåll fuktigheten:

Luftfuktighet är mängden vattenånga i luften i förhållande till den maximala mängd vattenånga som luften kan hålla vid en viss temperatur.

Varför behöver vi hålla luftfuktigheten?

Luftfuktigheten påverkar när och hur växter öppnar stomatan på undersidan av sina blad. Växter använder stomata för att uppstå eller "andas". När vädret är varmt kan en växt stänga sin stomata för att minska vattenförlusterna. Stomatan fungerar också som en kylmekanism. När omgivande förhållanden är för varma för en växt och den stänger sin stomata för länge i ett försök att spara vatten, har den inget sätt att flytta koldioxid- och syremolekyler, vilket långsamt får växten att kvävas på vattenånga och sina egna överförda gaser.

På grund av avdunstning (från växt och mark) ökar luftfuktigheten snabbt. Det är inte bara skadligt för växter utan också skadligt för sensor och glasspegel. Det kan försummas på två sätt.

1. Plastpapper ovanpå ytan förhindrar lätt fukt. Plastpapper sprids på jordens övre yta med öppning i det för substrat och frö (växter växer i det). Det är också till hjälp vid vattning.

Problemet med denna metod är att växterna med större rötter behöver luft in i jord och rötter. plastpåse stoppar luft för att nå sina rötter helt.

2. Små fläktar är fästa på kammarens övre tak. Luftfuktigheten i kammaren känns av Hygrometer som är inbyggd (DHT-11 och DHT-22). När luftfuktigheten ökar från gränsfläkten slås på automatiskt, vid lägre gräns stoppas fläktarna.

Steg 8: Eliminera gravitationen:

På grund av tyngdkraften växer stammarna uppåt, eller bort från jordens centrum, och mot ljus. Rötter växer nedåt, eller mot jordens centrum, och bort från ljus. Utan tyngdkraften ärvde inte anläggningen att orientera sig.

Det finns två metoder för att eliminera gravitationen

1. Konstgjord gravitation:

Konstgjord gravitation är skapandet av en tröghetskraft som efterliknar effekterna av en gravitationskraft, vanligtvis genom rotationsresultat för att producera centrifugalkrafter. Denna process kallas också pseudo-gravitation.

Denna metod är för dyr och mycket svår. det finns för stora chanser att misslyckas. Även denna metod kan inte testas på jorden ordentligt.

2. Använda underlag: Detta är en för enkel metod och även trasa effektiv. Frön förvaras inuti en liten påse som kallas Substratfrö förvaras under substrat som ger rätt riktning till rötter och blad som visas på bilden. Det hjälper till att växa rötter nedåt och plantera blad uppåt.

Det är en trasa med hål. Eftersom frö är inuti Det tillåter vatten att komma in och tillåter också rötter att komma ut och tränga in i jorden. Frö hålls under 3 till 4 tum djup under jorden.

Hur sätter man frö under jorden och behåller sin position ??

Jag skär plastark med en längd av 4 till 5 tum och bildar ett spår framför det. Placera detta verktyg på halva längden av trasan (spårsidan). Lägg fröet i spåret och linda trasan runt. Sätt nu in detta verktyg i jorden. Ta ut verktyget från jorden så att utsäde och underlag kommer ner i jorden.

Steg 9: Konstgjord solsken:

I rymden är solljus hela tiden inte möjligt, så artificiellt solljus kan behövas. Detta görs med CFL och nyligen kommande LED -lampor. Jag använder CFL -ljus som är blått och rött i färgen inte för mycket ljus. Dessa lampor monterade på kammarens övre tak. Detta ger hela spektrat av ljus (CFL: er används när det krävs ljus med hög temperatur, medan lysdioder används när anläggningar inte kräver uppvärmning eller låg uppvärmning. Detta kan köras manuellt, på distans automatiskt (styrs av huvudprocessorkretsen).

Varför använder jag en kombination av blå och röd färg?

Blått ljus passar med absorptionstoppen för klorofyller, som gör fotosyntes för att producera socker och kol. Dessa element är väsentliga för växttillväxt, eftersom dessa är byggstenarna för växtceller. Blått ljus är dock mindre effektivt än rött ljus för att driva fotosyntes. Detta beror på att blått ljus kan absorberas av pigment med lägre effektivitet som karotenoider och inaktiva pigment som antocyaniner. Som ett resultat är det en minskning av blått ljus som tar sig till klorofyllpigmenten. Överraskande nog, när vissa arter odlas med bara blått ljus, växtbiomassa (vikt) och fotosynteshastighet liknar en växt som odlas med bara rött ljus.

Steg 10: Visuell övervakning:

Jag använder LABview för visuell övervakning av data och kontroll också för att LABview är mycket flexibel programvara. Det höghastighetsdatainsamling och lätt att använda. Det kan vara trådbundet eller trådlöst ansluta till huvudbehandlingskretsen. Data som kommer från huvudbehandlingskretsen (ESP-32) formateras och visas på LABview.

Steg som ska följas:

1. Installera LABview och ladda ner. (du behöver inte installera Arduino-tillägg)

2. Kör vi -koden nedan.

3. Anslut USB -porten till din dator.

4. Ladda upp Arduino -kod.

5. COM -port som visas i din labview (om Windows för Linux och MAC "dev/tty") och indikatorn visar att din port är ansluten eller inte.

6. Avsluta !! Data från olika sensorer visas på skärmen.

Steg 11: Förbered maskinvara (krets):

Kretsschemat visas i figur. Du kan också ladda ner PDF som ges nedan.

Den består av följande delar:

Huvudbehandlingskrets:

Alla kort som är kompatibla med arduino kan användas som arduino uno, nano, mega, nodeMCU och STM-32. men ESP-32 används på grund av följande anledning:

1. Den har inbyggd temperatursensor, så vid hög temperatur är det möjligt att sätta processorn i djupt viloläge.

2. Huvudprocessorn är skärmad med metall så det blir mindre strålningseffekt.

3. Intern hall -effektsensor används för att detektera magnetfält runt kretsarna.

Sensorsektion:

Alla sensorer körs på 3,3 volt strömförsörjning. Spänningsregulator inuti ESP-32 ger låg ström så att den kan överhettas. För att undvika detta används LD33 spänningsregulator.

Nod: Jag använde 3,3 volt-matning eftersom jag använde ESP-32 (även samma för nodMCU och STM-32). Om du använder arduino kan du också använda 5 volt

Huvudströmförsörjning:

12 volt 5 amp SMPS används. du kan också använda reglerad strömförsörjning med transformator men det är linjär matning så den är konstruerad för specifik ingångsspänning så utgången kommer att ändras när vi växlar 220 volt till 110 volt. (110 volt matning finns i ISS)

Steg 12: Förbered programvara:

Steg som ska följas:

1. Installera Arduino: Om du inte har arduino kan du ladda ner från länken

www.arduino.cc/en/main/software

2. Om du har NodeMCU Följ dessa steg för att lägga till den med arduino:

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

3. Om du använder ESP-32 Följ dessa steg för att lägga till den med arduino:

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

4. Om du använder ESP-32 (enkelt DHT11-bibliotek kan inte fungera korrekt med ESP-32) kan du ladda ner härifrån:

github.com/beegee-tokyo/DHTesp

Steg 13: Förbered LABview:

1. Ladda ner LABview från den här länken

www.ni.com/en-in/shop/labview.html?cid=Paid_Search-129008-India-Google_ESW1_labview_download_exact&gclid=Cj0KCQjw4s7qBRCzARIsAImcAxY0WyYcYyYyYcYyYxYy4yy4yy4yyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyxyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyws

2. Ladda ner vi -fil.

3. Anslut USB -porten. Indikator visar port är ansluten eller inte.

Gjort!!!!