Αυτοματοποιημένος θάλαμος ανάπτυξης φυτών: 7 βήματα (με εικόνες)

2024 Συγγραφέας: John Day | [email protected]. Τελευταία τροποποίηση: 2024-01-30 08:34

Το παρακάτω έργο είναι η υποβολή μου στον Διαγωνισμό Growing Beyond Earth Maker στο τμήμα Λυκείου.

Ο θάλαμος ανάπτυξης των φυτών διαθέτει πλήρως αυτοματοποιημένο σύστημα ποτίσματος. Χρησιμοποίησα περισταλτικές αντλίες, αισθητήρες υγρασίας και μικροελεγκτή για να ποτίζω αυτόματα τα φυτά για να διατηρήσω το χώμα στη βέλτιστη υγρασία. Σχεδίασα τον θάλαμο ανάπτυξης μου έτσι ώστε να μπορεί εύκολα να συγκομιστεί και να φυτευτεί και έτσι αξιοποίησε αποτελεσματικά τον χώρο στο κουτί. Ο ευέλικτος σχεδιασμός θα επέτρεπε στους αστροναύτες να έχουν σταθερή εισροή καλλιεργειών, έχοντας τη δυνατότητα να μαζεύουν μια σακούλα (περίπου 3 κεφάλια) πλήρως ωριμασμένου μαρούλι κάθε 10-14 ημέρες. Επειδή οι σπόροι βλασταίνουν σε διαφορετικούς χρόνους και αναπτύσσονται με διαφορετικούς ρυθμούς, ήθελα να δημιουργήσω ένα σύστημα όπου τα φυτά θα μπορούσαν να συγκομίζονται και οι νέοι σπόροι θα μπορούσαν να εισαχθούν όταν ήταν έτοιμοι, οπότε σχεδίασα τα σακουλάκια των φυτών μου. Ο θάλαμος, αποτελείται από τέσσερις θήκες φυτών, ή συνολικά 12 σχισμές φυτών, οι οποίες μπορούν να αφαιρεθούν, να συλλεχθούν, να εισαχθεί ένα νέο φύλλο σπόρου και η θήκη να κολλήσει ξανά στο σύστημα χρησιμοποιώντας velcro σε λίγα μόνο λεπτά. Οι γλιστρήσεις σπόρων επιτρέπουν την προετοιμασία, τον προσανατολισμό και την κόλληση των σπόρων εκ των προτέρων και την εισαγωγή τους στη θήκη όταν χρειάζεται. Οι σχισμές των φυτικών θήκων σχεδιάστηκαν για να επιτρέψουν στο φυτό να αναπτυχθεί εμποδίζοντας το νερό και τη βρωμιά να φύγουν από την τσάντα. -στατικές σακούλες, εκτός από την προστασία των ηλεκτρονικών εξαρτημάτων, είναι καθρέφτες επιφάνειες. Έτσι, με τους αντιστατικούς σάκους, το φως θα φτάσει σε όλα τα φυτά/βλαστάρια του συστήματος και το μαρούλι δεν θα αναπτυχθεί απλώς κατευθείαν προς το φως ανάπτυξης.

Προμήθειες

Δοχείο:

1. Ακρυλικό κουτί αποθήκευσης αρχείων

2. Μεταλλικός κάδος αποθήκευσης

3. Διοργανωτής αρχείων επιφάνειας εργασίας

4. Λωρίδες Velcro

5. Αυξήστε το φως

Τσάντες φυτών:

1. Αντιστατικές τσάντες

2. Ταινία αφρού από σφουγγάρι (5/16 ιντσών)

3. Χαρτί βλάστησης

4. Χοντρό μίγμα εδάφους

5. Κόλλα σπόρων (αλεύρι και νερό)

6. Σπόροι (χρησιμοποίησα ένα πακέτο Mesclun Green)

Σύστημα ποτίσματος:

1. Περισταλτική Αντλία

2. Σωλήνες σιλικόνης για αντλία (2mm x 4mm)

3. Arduino M0 Pro (Οποιοδήποτε μοντέλο θα λειτουργήσει) και πηγή ενέργειας

4. Micro USB σε USB-A

5. Breadboard

6. Jumper Wires

7. Συγκολλητικό σίδερο και συγκολλητικό

8. Bridge Driver (χρησιμοποίησα TA7291P)

9. Αισθητήρες υγρασίας

Μπορείτε να βρείτε φθηνά, αλλά θα διαβρωθούν γρήγορα από την ηλεκτρόλυση που προκαλείται από το ρεύμα και θα πρέπει να αντικατασταθούν καθώς οι ενδείξεις θα πάνε άσχημα. Εναλλακτική λύση είναι η χρήση χωρητικών αισθητήρων υγρασίας που είναι λιγότερο επιρρεπείς στη διάβρωση ή ακριβότεροι αισθητήρες καθόδου-ανόδου

10. 12v Barrel Jack για Breadboards and Cable

11. Μπουκάλι νερού με βαλβίδα ελέγχου

Βήμα 1: Συναρμολογήστε το θάλαμο

Αυτό το βήμα μπορεί να γίνει με πολλούς τρόπους, αλλά επέλεξα ένα δοχείο δύο τμημάτων επειδή επέτρεπε μεγαλύτερη ευελιξία. Χρησιμοποίησα το μεταλλικό σκελετό που έχει ανοιχτό μπροστινό και ανοιχτό επάνω μέρος για να στεγάσει τις σακούλες των φυτών, να αναπτυχθεί ελαφρώς και αυτόματο σύστημα ποτίσματος. Στη συνέχεια, μόλις φορτωθούν τα φυτά, έχω ένα ακρυλικό κουτί που γλιστράει πάνω από τη μεταλλική βάση.

Βήματα:

1. Πρώτα, έβαλα το φως ανάπτυξης στο μεταλλικό πλαίσιο. Διάτρησα δύο τρύπες σε κάθε πλευρά του φωτός (αφού βεβαιώθηκα ότι δεν θα βλάψω κανένα εξάρτημα) και το στερέωσα στην μπροστινή πλευρά της βάσης. (φαίνεται στην εικόνα 1)

2. Έπρεπε να κόψω μια τρύπα στο πλαίσιο και το ακρυλικό για να χωρέσει την χορδή ισχύος για το φως (εικόνα 2-4)

Συμβουλή: για να κόψω την τρύπα στο ακρυλικό άνοιξα τέσσερις τρύπες στη γωνία του ορθογωνίου θέλησα να κόψω και χρησιμοποίησα ένα Dremel για να τα συνδέσω και να κάνω μια καθαρή κοπή

3. Επειδή αγόρασα έναν κάδο αποθήκευσης αρχείων για το ακρυλικό επάνω μέρος, έπρεπε να αφαιρέσω τα δύο χείλη που προορίζονταν για να κρεμάσουν τα αρχεία. Για να το κάνω, θερμάνω το πλαστικό και πήρα μια ξύστρα χρωμάτων και ένα σφυρί και χτύπησα απαλά κατά μήκος του κομματιού που το χώριζε αργά από το κουτί.

4. Με μερικές τελικές προσαρμογές στο μεταλλικό πλαίσιο χρησιμοποιώντας ένα σφυρί, η ακρυλική κορυφή ταιριάζει άνετα πάνω από το πλαίσιο και τη βάση.

Βήμα 2: Φυτεύστε θήκες

Επέλεξα να δημιουργήσω σακούλες φυτών αντί για υδροπονικό σύστημα για μεγαλύτερη ευελιξία. Τα σακουλάκια μπορούν να προετοιμαστούν εκ των προτέρων και μπορούν εύκολα να επαναχρησιμοποιηθούν βάζοντας ένα νέο πακέτο χαρτιού σπόρων και φύτρωσης στη σχισμή. Τα σακουλάκια μπορούν να αφαιρεθούν εύκολα και να τοποθετηθούν ξανά στο θάλαμο χρησιμοποιώντας τους ιμάντες velcro. Επίσης, επειδή τα σακουλάκια είναι τόσο εύκολο να ετοιμαστούν, μπορούν να φυτευτούν σε χρόνους αντιστάθμισης για να επιτρέψουν μια σταθερή ροή καλλιεργειών. Όταν φυτεύονται όλα ταυτόχρονα, υπάρχει χρόνος όπου ο θάλαμος δεν έχει μεγάλες καλλιέργειες. Επομένως, προτείνω να φυτευτούν οι θήκες για μερικές εβδομάδες, ώστε να υπάρχει μια συνεχής ροή συγκομιδών.

Μέγεθος θήκης:

Αυτό το βήμα της διαδικασίας είναι συγκεκριμένο για τις διαστάσεις του κουτιού κάθε ατόμου. Καταλήγω να χρησιμοποιώ δύο τσάντες 4x6 και τροποποίησα δύο τσάντες 12x16 για να ταιριάζουν στο πίσω και κάτω μέρος του κουτιού μου. Οι τσάντες 4x6 είχαν φερμουάρ για να κλείσουν, αλλά οι μεγαλύτερες τσάντες όχι και τις τροποποίησα. Έτσι, χρησιμοποίησα κολλητική ταινία διπλής όψης για να κλείσω την τσάντα από μέσα και χρησιμοποίησα ένα άλλο κομμάτι εξωτερικά για να την κρατήσω διπλωμένη προς τα πίσω (εικόνα 5)

Συναρμολόγηση των τσαντών:

(δείτε την εικόνα 3 για τη διάταξη που χρησιμοποίησα για τις θήκες μου. Το σχεδίασα έτσι ώστε τα φυτά να μην μεγαλώνουν ο ένας στον άλλο χώρο και έτσι να μην σκιάζουν το ένα το άλλο από την πηγή φωτός)

1. Κόψτε σχισμές μιας ίντσας στις αντιστατικές σακούλες (εικόνα 1)

Χρησιμοποίησα ένα μαχαίρι Xacto και ένα κομμάτι χαρτόνι για να βεβαιωθώ ότι δεν έκοψα και τις δύο πλευρές της τσάντας

2. Κόψτε ένα εκατοστό και μισό κομμάτι της ταινίας αφρού και τοποθετήστε το ακριβώς πάνω από τη σχισμή (εικόνα 2)

3. Χρησιμοποιώντας το μαχαίρι ή τη λεπίδα Xacto, κόψτε μια σχισμή μιας ίντσας στον αφρό που ευθυγραμμίζεται με την σχισμή που κόβεται στην τσάντα κατά το βήμα 1 (εικόνα 2)

4. Επαναλάβετε την ίδια διαδικασία σε μία σακούλα, αλλά κάντε μια μεγαλύτερη σχισμή ώστε να ταιριάζει στον αισθητήρα υγρασίας

5. Επαναλάβετε την ίδια διαδικασία σε όλες τις σακούλες, αλλά αντί για ένα τετράγωνο από ταινία αφρού και κάντε μια μικρή τομή σε σχήμα Χ αρκετά μεγάλη ώστε να ταιριάζει στην περισταλτική σωλήνωση

Συμβουλή: Για τις τρύπες των εύκαμπτων σωλήνων, τοποθετήστε τους σε περιοχές όπου οι εύκαμπτοι σωλήνες δεν περνούν από τις περιοχές καλλιέργειας του φυτού και επίσης για να μπορούν να συνδεθούν πιο εύκολα στο πίσω διαμέρισμα

Βήμα 3: Ολισθήσεις σπόρων

Τα φύλλα σπόρων σχεδιάστηκαν έτσι ώστε να μπορούν να προετοιμαστούν εκ των προτέρων και να στοιβάζονται σε αποθήκευση μέχρι να χρησιμοποιηθούν. Ετοίμασα μια απλή κόλλα φιλική προς τους σπόρους για να κολλήσει τον σπόρο στο χαρτί βλάστησης και να προσανατολίσει τους ρίζες των σπόρων ή να τους δείξει προς τα κάτω, έτσι ώστε οι ρίζες να μεγαλώσουν στο σακουλάκι και το φύτρο να βγει από τη σχισμή.

Δημιουργώντας τα φύλλα σπόρων

1. Κόψτε ένα κομμάτι χαρτί βλάστησης (2,5in x 1in)

2. Ανακατέψτε μια κουταλιά της σούπας αλεύρι με μόνο αρκετό νερό για να σχηματίσετε μια παχιά πάστα

3. Χρησιμοποιώντας μια οδοντογλυφίδα τοποθετήστε μια κουκκίδα από την κόλλα σπόρου στο κέντρο του χαρτιού βλάστησης

4. Προσανατολίστε τον σπόρο με τη ρίζα ή το σημείο στραμμένο προς τα κάτω και σημειώστε/θυμηθείτε ποιο άκρο είναι στραμμένο γιατί από εκεί μεγαλώνει η ρίζα

5. Διπλώστε το χαρτί βλάστησης δύο φορές, κάνοντας μια τριπλή με τον σπόρο στο κέντρο

Βήμα 4: Αυτόματο σύστημα ποτίσματος

Το σύστημα ποτίσματος θα αποτελείται από αισθητήρες υγρασίας και περισταλτικές αντλίες που θα ποτίζουν αυτόματα τα σακουλάκια των φυτών όταν είναι κάτω από το επίπεδο υγρασίας του 30%. Έγραψα τον κωδικό έτσι ώστε το επίπεδο υγρασίας να ελέγχεται στις θήκες μετά από 8 ώρες και αν το επίπεδο είναι κάτω από 30% τότε η αντλία θα ανάψει για 10 δευτερόλεπτα. Για την αντλία και την τροφοδοσία μου, τα 10 δευτερόλεπτα ήταν αρκετά καλά για να αυξήσουν την υγρασία στις σακούλες αρκετά πάνω από 30%, οπότε η αντλία θα ενεργοποιείται κάθε 16 ώρες, αλλά πρέπει να δοκιμάζεται και να ρυθμίζεται για διαφορετικές ρυθμίσεις.

Συνδέσεις:

GND στη γέφυρα του οδηγού 1

12V GND για τη γέφυρα του οδηγού 1

5V για γέφυρα οδηγού 7 (vcc)

D5 για να γεφυρώσετε τον ακροδέκτη 5 του οδηγού (in1)

D6 για να γεφυρώσετε τον ακροδέκτη 6 του οδηγού (in2)

Arduino D13 έως R1 (εάν χρησιμοποιείται το προαιρετικό εξωτερικό LED)

Πείρος οδηγού γέφυρας 2 (out1) στο θετικό τερματικό της περισταλτικής αντλίας

Πείρα οδηγού γέφυρας 4 (vref) και ακίδα 8 (vs) έως 12V pos.

Πείρος οδηγού γέφυρας 10 (έξω2) στον αρνητικό ακροδέκτη της περισταλτικής αντλίας

Σημειώσεις:

Οι ακίδες 9 και 3 του προγράμματος οδήγησης γέφυρας δεν χρησιμοποιούνται

Το άκρο του οδηγού γέφυρας με τη λοξότμητη γωνία στο επάνω μέρος είναι ο πείρος 1 και το τετραγωνικό άκρο είναι ο πείρος 10

Κώδικας:

int IN1Pin = 5; // αλλαγή ανάλογα με την καρφίτσα που χρησιμοποιείτε IN2Pin = 6; // αλλάξτε ανάλογα με τον πείρο που χρησιμοποιείτε #καθορίστε την καρφίτσα υγρασίας A0

void setup ()

{

Serial.begin (9600);

pinMode (IN1Pin, OUTPUT);

pinMode (IN2Pin, OUTPUT);

analogWrite (IN1Pin, 0);

analogWrite (IN2Pin, 0);

pinMode (υγρασία_καρφίτσα, ΕΙΣΟΔΟΣ);

καθυστέρηση (1000)?

}

κενός βρόχος ()

{

int sensorValue = χάρτης (analogRead (υγρασία_καρφίτσα), 0, 1023, 100, 0); // χαρτογραφεί τις ενδείξεις υγρασίας που είναι 0-1023 έως ένα τοις εκατό από 100-0

Serial.print ("Το τρέχον επίπεδο υγρασίας είναι:");

Serial.print (sensorValue);

Serial.println ("%");

εάν (sensorValue <30) // εάν η υγρασία είναι μικρότερη από 30 τοις εκατό εκτελεί τα ακόλουθα

{

analogWrite (IN1Pin, 255); // 255 ρυθμίζει την αντλία στη μέγιστη ισχύ

καθυστέρηση (10000)? // λειτουργεί η αντλία για 10 δευτερόλεπτα

analogWrite (IN1Pin, 0); // απενεργοποιεί την αντλία

Serial.println ("Έλεγχος επιπέδων υγρασίας σε 2 ώρες");

καθυστέρηση (28800000)? // 8 ώρες σε χιλιοστά του δευτερολέπτου

int sensorValue = χάρτης (analogRead (υγρασία_καρφίτσα), 0, 1023, 100, 0); // ελέγχει τα επίπεδα υγρασίας

Serial.println (sensorValue); // εκτυπώνει το επίπεδο υγρασίας

}

αλλού

{

Serial.println ("Το έδαφος είναι υγρό, ελέγχεται ξανά σε 1 ώρα"); // εάν η υγρασία του εδάφους είναι πάνω από 30% εκτυπώνει αυτήν τη δήλωση

καθυστέρηση (3600000). // 1 ώρα σε χιλιοστά του δευτερολέπτου

}

}

Συμβουλή: μετά τη φόρτωση του κώδικα στο Arduino, για όσους από εσάς δεν τον έχετε χρησιμοποιήσει στο παρελθόν, δεν χρειάζεται να τον αφήσετε συνδεδεμένο στον υπολογιστή σας. Μπορείτε να λάβετε ένα μικρό τροφοδοτικό για το arduino και θα εκτελέσει τον κωδικό σας όταν είναι ενεργοποιημένο. Έτσι, για αυτόν τον σχεδιασμό το μόνο που χρειάζεστε είναι ένα τροφοδοτικό για το arduino και ένα τροφοδοτικό 12v για το βύσμα κάννης στο ψωμί σας.

Βήμα 5: Το βάζουμε όλα μαζί

Σε αυτό το στάδιο θα πρέπει να έχετε το ολοκληρωμένο κουτί με φώτα ανάπτυξης, σύστημα ποτίσματος και θήκες φυτών, οπότε το μόνο που απομένει είναι να τα βάλετε όλα μαζί.

Αυτό το στάδιο είναι πολύ διαφορετικό για πολλούς ανθρώπους ανάλογα με τις διαστάσεις του κουτιού και το διαμέρισμα για τη δεξαμενή νερού, την αντλία και τους μικροελεγκτές.

Επειδή ο θάλαμος ανάπτυξης προορίζεται να λειτουργεί χωρίς βαρύτητα, φρόντισα να στερεώσω όλα τα εξαρτήματα στο πίσω διαμέρισμα χρησιμοποιώντας λωρίδες Velcro 15 λιβρών

1. Χρησιμοποίησα ένα στήριγμα Arduino και breadboard και τους ιμάντες velcro που ήταν προσαρτημένοι στο πλαίσιο και στο πίσω μέρος της θήκης και το τοποθέτησα στην επάνω πλευρά του δοχείου αποθήκευσης αρχείων που είναι το πίσω μέρος μου. (εικόνα 2)

2. Στη συνέχεια, έβαλα λωρίδες velcro στο κάτω μέρος της περισταλτικής αντλίας και τη βάση του διαμερίσματος και έκανα το ίδιο με τη δεξαμενή νερού.

3. Στη συνέχεια, είναι το σύστημα άρδευσης. Χρησιμοποίησα τρεις συνδέσμους για να χωρίσω τον εύκαμπτο σωλήνα από την περισταλτική αντλία σε τέσσερις εύκαμπτους σωλήνες για τις τέσσερις θήκες φυτών. (εικόνα 3)

4. Τέλος, τοποθέτησα τις λωρίδες velcro για να κρατήσουν τις σακούλες των φυτών στη θέση τους. Επειδή στερέωνα τις λωρίδες σε ένα πλέγμα, έκοψα τμήματα βιομηχανικού ιστού και τα κόλλησα στο εξωτερικό του πλαισίου στο πίσω μέρος των λωρίδων Velcro.

Βήμα 6: Ρύθμιση των θήκων φυτών και λειτουργία

Αφού το πίσω διαμέρισμα, οι σωλήνες και οι αισθητήρες υγρασίας είναι όλοι στη θέση τους, το μόνο που απομένει είναι να στερεώσετε τις θήκες των φυτών, τις σωληνώσεις και τους αισθητήρες υγρασίας.

Τελική συναρμολόγηση

1. Τοποθετήστε τις θήκες των φυτών στην πλευρά για την οποία σχεδιάστηκαν. (η εικόνα 2 δείχνει τη διαδικασία)

2. Τοποθετήστε τον αισθητήρα υγρασίας στη σακούλα με τη μεγαλύτερη σχισμή που έγινε νωρίτερα

3. Εισάγετε τους σωλήνες στις θήκες μέσω των μικρότερων τετράγωνων θυρών αφρού

4. Συνδέστε τα φώτα στο χρονόμετρο και ρυθμίστε έτσι ώστε τα φώτα να είναι αναμμένα για 16 ώρες την ημέρα

5. Συνδέστε το τροφοδοτικό 12v στο βύσμα κάννης ψωμιού

6. Συνδέστε το Arduino στον υπολογιστή (εάν θέλετε να παρακολουθείτε τις εξόδους) ή το τροφοδοτικό και αφήστε το πρόγραμμα να τρέξει!

Βήμα 7: Αποτελέσματα

Το πρώτο σύνολο εικόνων (1-4) παραπάνω είναι δύο εβδομάδες ανάπτυξης

Το δεύτερο σετ (5-6) είναι από την πέμπτη ημέρα όταν τα περισσότερα από τα σακουλάκια των φυτών είχαν ορατά βλαστάρια

Η τελευταία εικόνα (7) είναι από την πρώτη ημέρα ενεργοποίησης του συστήματος

Το καλύτερο μέρος για αυτό το παρασκεύασμα ήταν ότι όταν μια σακούλα μεγάλωνε, επειδή μεγάλωναν με διαφορετικές ταχύτητες, μπορούσα να αφαιρέσω το μαρούλι και να βάλω ένα νέο σετ σπόρων στην ίδια σακούλα χωρίς να χρειαστεί να θερίσω τις άλλες καλλιέργειες πριν είναι έτοιμες Το Σε μελλοντικές δοκιμές, σκοπεύω να αντισταθμίσω τη φύτευση της φύτευσης κάθε σακουλάκι κατά δύο εβδομάδες, διότι χρειάζονται περίπου 45-55 ημέρες για να ωριμάσουν τα περισσότερα μαρούλια. Και κάνοντάς το αυτό, κάθε δύο εβδομάδες θα έχω μια σακούλα φυτών αξίας πλήρους καλλιέργειας μαρουλιού έτοιμη για συγκομιδή και θα εμποδίσει τα άλλα φυτά μαρουλιού να εμποδίσουν το φως στις άλλες σακούλες, επειδή θα υπάρχουν λιγότερα μεγάλα κεφάλια.

Δευτέρα στο διαγωνισμό Growing Beyond Earth Maker