Автоматизированная камера для выращивания растений: 7 шагов (с изображениями)

2024 Автор: John Day | [email protected]. Последнее изменение: 2024-01-30 11:50

Следующий проект - это моя работа на конкурсе Growing Beyond Earth Maker в старшей школе.

Камера выращивания растений имеет полностью автоматизированную систему полива. Я использовал перистальтические насосы, датчики влажности и микроконтроллер для автоматического полива растений, чтобы поддерживать оптимальную влажность почвы. Я спроектировал свою камеру для выращивания так, чтобы ее можно было легко собрать и посадить, и поэтому она эффективно использовала пространство в ящике. Гибкая конструкция позволит космонавтам иметь стабильный приток сельскохозяйственных культур, имея возможность собирать пакет (примерно 3 головки) полностью созревшего салата каждые 10-14 дней. Поскольку семена прорастают в разное время и растут с разной скоростью, я хотел создать систему, в которой можно было бы собирать растения и вставлять новые семена, когда они будут готовы, поэтому я разработал свои пакеты для растений. Камера состоит из четырех мешочков для растений или в общей сложности 12 прорезей для растений, которые можно снимать, собирать, вставлять новый посевной пакет, а мешочек можно вставить обратно в систему с помощью липучки всего за несколько минут. Скобы для семян позволяют заранее подготовить, ориентировать и приклеить семена и вставить их в пакет при необходимости. Прорези в пакетиках для растений были разработаны таким образом, чтобы позволить растению расти, не допуская попадания воды и грязи из пакета. -статические пакеты, помимо защиты электронных компонентов, имеют зеркальные поверхности. Таким образом, с антистатическими пакетами свет достигнет всех растений / ростков в системе, и салат не будет расти прямо к свету для выращивания.

Запасы

Контейнер:

1. Акриловый ящик для хранения файлов

2. Металлический ящик для хранения

3. Организатор файлов рабочего стола

4. Полоски на липучке.

5. Расти светом

Пакеты для растений:

1. Антистатические пакеты

2. Лента из губчатого каучука (5/16 дюйма)

3. Бумага для проращивания

4. Смесь для грубых почв.

5. Клей для семян (мука и вода)

6. Семена (я использовал пакет Mesclun Green)

Система полива:

1. Перистальтический насос

2. Силиконовая трубка для насоса (2 мм x 4 мм).

3. Arduino M0 Pro (подойдет любая модель) и источник питания.

4. Микро-USB в USB-A

5. Макетная плата

6. Проволочные перемычки.

7. Паяльник и припой.

8. Драйвер моста (я использовал TA7291P)

9. Датчики влажности.

Вы можете найти дешевые, но они будут быстро разъедать из-за электролиза, вызванного током, и их нужно будет заменить, поскольку показания ухудшатся. Альтернативой является использование емкостных датчиков влажности, которые менее подвержены коррозии, или более дорогих катодно-анодных датчиков.

10. Штекерное гнездо 12 В для макетных плат и кабеля.

11. Бутылка для воды с обратным клапаном.

Шаг 1: соберите камеру

Этот шаг можно выполнить разными способами, но я выбрал контейнер, состоящий из двух частей, потому что он обеспечивает большую гибкость. Я использовал металлический каркас с открытой передней частью и открытым верхом для размещения мешочков с растениями, освещения для выращивания и автоматической системы полива. Затем, когда растения загружены, у меня есть акриловая коробка, которая скользит по металлической основе.

Шаги:

1. Сначала я прикрепил лампу для выращивания растений к металлической раме. Я просверлил по два отверстия с каждой стороны светильника (убедившись, что не повредю никакие компоненты) и прикрепил его к передней стороне основания. (показано на рисунке 1)

2. Мне пришлось вырезать отверстие в раме и в акриле, чтобы подогнать шнур питания для света (фото 2-4).

Совет: чтобы вырезать отверстие в акриле, я просверлил четыре отверстия в углу прямоугольника, который хотел вырезать, и использовал Dremel, чтобы соединить их и сделать чистый разрез.

3. Поскольку я купил ящик для хранения файлов для акриловой крышки, мне пришлось удалить две кромки, на которых висели файлы. Для этого я нагрел пластик, взял скребок для краски и молоток и осторожно постучал по детали, медленно отделяя ее от коробки.

4. После нескольких заключительных корректировок металлической рамы с помощью молотка акриловая верхняя часть плотно прилегает к верхней части рамы и основания.

Шаг 2: мешочки для растений

Я решил создать мешочки для растений вместо гидропонной системы, чтобы обеспечить большую гибкость. Пакеты можно подготовить заранее, и их можно легко использовать повторно, вставив в прорезь новый пакет с семенами и бумагой для проращивания. Пакеты легко снимаются и снова помещаются в камеру с помощью ремней на липучке. Кроме того, поскольку пакеты очень легко приготовить, их можно высаживать в определенное время, чтобы обеспечить стабильный поток сельскохозяйственных культур. Когда их все засаживают сразу, наступает время, когда в камере нет значительных урожаев. Поэтому вместо этого я предлагаю сажать мешочки с интервалом в несколько недель, чтобы обеспечить постоянный поток собираемого урожая.

Размер мешка:

Этот шаг процесса зависит от размеров каждой коробки для людей. В итоге я использовал две сумки 4x6 и модифицировал две сумки 12x16, чтобы они соответствовали задней и нижней части моей коробки. Сумки 4x6 застегивались на молнии, но большие сумки не закрывались, и я изменил их. Итак, я использовал двустороннюю липкую ленту, чтобы закрыть сумку изнутри, и использовал еще один кусок снаружи, чтобы держать ее в сложенном состоянии (фото 5).

Сборка пакетов:

(См. рисунок 3, где показан макет, который я использовал для своих мешочков. Я спроектировал его так, чтобы растения не врастали друг в друга и не затеняли друг друга от источника света)

1. Вырежьте дюймовые прорези в антистатических пакетах (рисунок 1).

Я использовал нож Xacto и кусок картона, чтобы не прорезать обе стороны сумки.

2. Отрежьте полуторный кусок ленты из пеноматериала и поместите его прямо поверх прорези (рисунок 2).

3. Используя нож или лезвие Xacto, прорежьте один дюйм в пенопласте, который совмещен с прорезью в пакете на этапе 1 (рисунок 2).

4. Повторите тот же процесс с одним пакетом, но сделайте больший разрез для датчика влажности.

5. Повторите тот же процесс для всех пакетов, но вместо этого, но на квадратной ленте из пеноматериала, и сделайте небольшой X-образный разрез, достаточно большой, чтобы соответствовать перистальтической трубке.

Совет: отверстия для шлангов размещайте в местах, где шланги не будут пересекать зоны роста растений, а также так, чтобы их было легче подсоединить обратно к заднему отсеку.

Шаг 3: посевные листы

Планки с семенами были сконструированы таким образом, чтобы их можно было подготовить заранее и сложить на хранение до момента использования. Я приготовил простой безопасный для семян клей, чтобы прикрепить семена к бумаге для проращивания и ориентировать корешок семян вниз так, чтобы корни прорастали в мешочек, а ростки выходили из щели.

Создание семенных листов

1. Отрежьте лист бумаги для проращивания (2,5 x 1 дюйм).

2. Смешайте столовую ложку муки с достаточным количеством воды, чтобы образовалась густая паста.

3. Используя зубочистку, нанесите каплю клея для семян в центр бумаги для проращивания.

4. Сориентируйте семя корешком или концом вниз и отметьте / запомните, к какому концу оно обращено, потому что именно отсюда растет корень.

5. Сложите бумагу для проращивания дважды, сложив втрое с семенами в центре.

Шаг 4: Автоматическая система полива

Система полива будет состоять из датчиков влажности и перистальтических насосов для автоматического полива пакетов с растениями, когда уровень влажности опускается ниже 30%. Я написал код, чтобы уровень влажности в пакетах проверялся через 8 часов, и если уровень ниже 30%, то помпа включается на 10 секунд. Для моего насоса и источника питания 10 секунд было достаточно, чтобы влажность в мешках увеличилась до уровня более 30%, поэтому насос будет активироваться примерно каждые 16 часов, но его следует проверять и настраивать для различных настроек.

Подключения:

GND к контакту 1 драйвера перемычки

12 В GND к контакту 1 драйвера перемычки

5 В для перемычки вывода 7 драйвера (vcc)

D5 для перемычки штыря 5 драйвера (in1)

D6 к штырю 6 привода (дюйм2)

Arduino D13 - R1 (если используется дополнительный внешний светодиод)

Подключите штифт 2 привода (out1) к плюсовому выводу перистальтического насоса.

Пин 4 (vref) и вывод 8 (vs) драйвера перемычки на 12 В поз.

Подключите штифт 10 привода (out2) к отрицательной клемме перистальтического насоса.

Примечания:

Контакты 9 и 3 драйвера моста не используются

Конец привода моста со скошенным углом сверху - это штифт 1, а квадратный конец - штифт 10.

Код:

int IN1Pin = 5; // изменение в зависимости от используемого вывода int IN2Pin = 6; // изменение в зависимости от используемого пина #define Moisture_pin A0

установка void ()

{

Serial.begin (9600);

pinMode (IN1Pin, ВЫХОД);

pinMode (IN2Pin, ВЫХОД);

analogWrite (IN1Pin, 0);

analogWrite (IN2Pin, 0);

pinMode (влага_pin, ВХОД);

задержка (1000);

}

пустой цикл ()

{

int sensorValue = map (analogRead (влажность_контакт), 0, 1023, 100, 0); // сопоставляет показания влажности от 0 до 1023 с процентами от 100 до 0

Serial.print («Текущий уровень досуга:»);

Serial.print (sensorValue);

Serial.println ("%");

if (sensorValue <30) // если влажность меньше 30 процентов, выполняет следующее

{

analogWrite (IN1Pin, 255); // 255 устанавливает максимальную мощность насоса

задержка (10000); // запускает насос на 10 секунд

analogWrite (IN1Pin, 0); // выключает насос

Serial.println («Проверка уровня влажности за 2 часа»);

задержка (28800000); // 8 часов в миллисекундах

int sensorValue = map (analogRead (влажность_контакт), 0, 1023, 100, 0); // проверяет уровень влажности

Serial.println (sensorValue); // выводит уровень влажности

}

еще

{

Serial.println («Почва влажная, проверка еще раз через 1 час»); // если влажность почвы выше 30%, выводит этот оператор

задержка (3600000); // 1 час в миллисекундах

}

}

Совет: после загрузки кода в Arduino для тех из вас, кто не использовал их раньше, нет необходимости оставлять его подключенным к компьютеру. Вы можете получить небольшой блок питания для Arduino, и он будет выполнять ваш код при включении. Итак, для этой конструкции все, что вам нужно, - это источник питания для Arduino и источник питания 12 В для разъема типа «бочонок» на макетной плате.

Шаг 5: Собираем все вместе

На этом этапе у вас должна быть готовая коробка с лампами для выращивания, системой полива и мешочками для растений, поэтому все, что осталось, это собрать все вместе.

Этот этап может быть различным для многих людей в зависимости от размеров коробки и отсека для резервуара для воды, насоса и микроконтроллеров.

Поскольку камера для выращивания предназначена для работы без гравитации, я обязательно закрепил все компоненты в заднем отделении с помощью полос на липучке 15 фунтов.

1. Я использовал держатель Arduino и макетной платы, а также застежки-липучки, прикрепленные к раме и задней части держателя, и прикрепил его к верхней стороне контейнера для хранения файлов, который является моим задним отсеком. (рисунок 2)

2. Затем я накинул липучки на дно перистальтического насоса и основание отсека и проделал то же самое с резервуаром для воды.

3. Далее идет система орошения. Я использовал три тройника, чтобы разделить шланг от перистальтического насоса на четыре шланга для четырех пакетов для растений. (рисунок 3)

4. Наконец, я прикрепил полоски на липучке, чтобы удерживать пакеты с растениями на месте. Поскольку я прикреплял полоски к сетке, я вырезал сегменты промышленной ленты и приклеил их к внешней стороне рамы к задней части лент на липучке.

Шаг 6: установка пакетов для растений и запуск

После того, как заднее отделение, трубки и датчики влажности установлены на свои места, остается только прикрепить пакеты для растений, трубки и датчики влажности.

Окончательная сборка

1. Поместите мешочки с растениями на ту сторону, для которой они предназначены. (на рисунке 2 показан процесс)

2. Поместите датчик влажности в пакет с проделанной ранее более длинной прорезью.

3. Вставьте трубки в пакеты через квадратные поролоновые отверстия меньшего размера.

4. Подключите светильники для выращивания растений к таймеру и установите их так, чтобы свет горел 16 часов в день.

5. Подключите блок питания 12 В к гнезду на макетной плате.

6. Подключите Arduino к компьютеру (если вы хотите контролировать выходы) или к источнику питания и дайте программе поработать!

Шаг 7: Результаты

Первый набор изображений (1-4) выше - это две недели роста.

Второй набор (5-6) - с пятого дня, когда на большинстве мешочков с растениями были видимые ростки.

Последнее изображение (7) - с первого дня включения системы.

Самое приятное в этой штуковине было то, что когда один мешочек закончил расти, поскольку они росли с разной скоростью, я мог удалить салат и вставить новый набор семян в тот же мешочек, не собирая урожай других культур до того, как они будут готовы.. В будущих тестах я планирую компенсировать посев каждого пакета на две недели, потому что для созревания большей части салата требуется примерно 45-55 дней. И, делая это, каждые две недели у меня будет пакет с полностью выращенным салатом, готовый к сбору, и это не позволит другим растениям салата блокировать свет для других пакетов, потому что будет меньше расти крупных кочанов.

Финалист конкурса Growing Beyond Earth Maker