اتاق رشد گیاه هوشمند: 13 مرحله

2024 نویسنده: John Day | [email protected]. آخرین اصلاح شده: 2024-01-30 08:53

من ایده جدیدی را ارائه می دهم که محفظه رشد گیاهان هوشمند است. رشد گیاهان در فضا باعث علاقه علمی زیادی شده است. در زمینه پروازهای فضایی انسان ، می توان آنها را به عنوان غذا مصرف کرد و/یا فضایی طراوت را ایجاد کرد. در حال حاضر N. A. S. A. از بالش های گیاهی برای پرورش غذا در ایستگاه فضایی بین المللی استفاده کنید.

بنابراین به این فکر می افتم که قدم بیشتری بردارم.

مشکلات رشد غذا در فضا:

جاذبه زمین:

این مانع اصلی برای رشد غذا در فضا است و از چندین طریق بر رشد گیاهان تأثیر می گذارد: به

2 آب نمی تواند به ریشه گیاه برسد زیرا جاذبه وجود ندارد.

3 رشد ریشه ها نیز توسط گرانش تأثیر می گذارد. (ریشه های گیاه به سمت پایین می روند و گیاه به سمت بالا رشد می کند) بنابراین ریشه های گیاهان هرگز در جهت درست رشد نمی کنند.

تابش - تشعشع:

1. تابش زیادی در فضا وجود دارد بنابراین برای گیاهان مضر است.

2. تابش از باد خورشیدی نیز بر گیاهان تأثیر می گذارد.

3. بسیاری از اشعه های ماوراء بنفش نیز برای گیاهان مضر است.

درجه حرارت:

1. تغییرات زیادی در دمای فضا وجود دارد (دما می تواند تا صد درجه و تا منفی صد درجه کاهش یابد).

2. درجه حرارت باعث افزایش تبخیر آب می شود بنابراین گیاهان نمی توانند در فضا زنده بمانند.

نظارت بر:

1. نظارت بر گیاهان در فضا بسیار مشکل است زیرا فرد به طور مداوم عوامل زیادی مانند دما ، آب و تابش را تحت نظر دارد.

2. گیاهان مختلف نیاز به منابع متفاوتی دارند ، در صورت وجود گیاهان مختلف ، نظارت بر آنها دشوارتر می شود.

بنابراین به این ایده می رسم که تلاش برای از بین بردن همه این موانع است. این اتاقک برای پرورش غذا در فضا با هزینه بسیار کم است. این شامل تمام منابع و فناوری ساخته شده است که در آن بر بسیاری از مشکلات غلبه می کند. بنابراین اجازه دهید خیره شویم !!!

آنچه این محفظه قادر است:

1. حذف اثر گرانش.

2. تأمین آب مناسب ریشه گیاهان. (قابل کنترل - دستی ، خودکار)

3. تأمین نور مصنوعی به گیاهان برای فتوسنتز.

4. به حداقل رساندن اثر تابش.

5. محاسبه محیط مانند دمای خاک ، رطوبت ، دمای محیط ، رطوبت ، تابش ، فشار و نمایش داده های زمان واقعی بر روی کامپیوتر.

مرحله 1: اجزای مورد نیاز:

1. ESP32 (صفحه اصلی پردازش همچنین می توانید از تخته های دیگر استفاده کنید).

2. DHT11 یا DHT-22. (DH22 دقت بهتری را ارائه می دهد)

3. DS18b20 (نسخه فلزی ضد آب).

4. سنسور رطوبت خاک.

5. پمپ آب. (12 ولت)

6. ورق پلاستیک.

فن دی سی 7.12 ولت

8. سنسورهای گاز.

9. ULN2003.

10. سرو موتور.

11. ورق شیشه ای.

12. ورق الکترواستاتیک.

13. رله 12 ولت.

14. BMP 180.

15. 7805 تنظیم کننده ولتاژ.

خازن 16.100uF ، 10uF.

17. چراغ سقف خودرو (LED یا CFL). (رنگ بیشتر مشخص شده است).

18. منبع تغذیه SMPS (12 ولت - 1A اگر پمپ را از منبع جداگانه جدا کنید در غیر این صورت تا 2 آمپر)

مرحله 2: مورد نیاز نرم افزار:

1. Arduino IDE.

2. LABView

3. نصب ESP32 در Arduino IDE.

4. کتابخانه های ESP32. (بسیاری از کتابخانه ها با کتابخانه های آردوینو تفاوت دارند).

مرحله 3: ساخت ظرف و سیستم آبیاری:

بسته به نیاز یا فضای موجود ، یک ظرف پلاستیکی با هر اندازه بسازید. مواد مورد استفاده برای ظروف پلاستیکی است بنابراین نمی تواند آن را در آب دفع کند (همچنین می تواند از فلزات ساخته شود اما هزینه و وزن را افزایش می دهد زیرا محدودیت وزنی موشک وجود دارد)

مشکل: جاذبه ای در فضا وجود ندارد. قطرات آب در فضا آزاد می مانند (همانطور که در تصویر N. A. S. A نشان داده شده است) و هرگز به کف خاک نمی رسند بنابراین آبیاری با روشهای متداول در فضا امکان پذیر نیست.

همچنین ذرات ریز خاکی را تشکیل می دهند که در هوا شناور است.

راه حل: من لوله های کوچک آب را در خاک قرار می دهم (سوراخ های کوچکی دارد) در مرکز و لوله ها به پمپ متصل می شوند. وقتی آب پمپ روشن می شود از سوراخ های کوچک لوله به پایین خاک بیرون می آید تا به راحتی به ریشه های گیاه برسد.

فن کوچک در بالای محفظه متصل است (هوا به سمت بالا به سمت پایین جریان می یابد) بنابراین به ذرات کوچک فشار وارد می کند و از شناور شدن خارج از محفظه جلوگیری می کند.

حالا خاک را داخل ظرف بریزید.

مرحله 4: سنسورهای خاک:

من دو سنسور را در خاک قرار می دهم. اول سنسور دما (ضد آب DS18b20) است. که دمای خاک را تشخیص می دهند.

چرا باید دما و رطوبت خاک را بدانیم؟

گرما کاتالیزور بسیاری از فرایندهای بیولوژیکی است. هنگامی که دمای خاک پایین است (و فرایندهای بیولوژیکی کند می شوند) ، برخی مواد مغذی در دسترس یا کمتر در دسترس گیاهان قرار می گیرند. این امر به ویژه در مورد فسفر صادق است ، که تا حد زیادی مسئول توسعه ریشه ها و میوه ها در گیاهان است. بنابراین ، هیچ گرما به این معنی نیست که مواد مغذی کمتر باعث رشد ضعیف می شود. همچنین درجه حرارت بالا برای گیاهان مضر است.

دوم سنسور رطوبت است. اگر رطوبت خاک از حد از پیش تعیین شده کاهش یابد ، رطوبت خاک را تشخیص می دهد ، موتور روشن می شود ، هنگامی که رطوبت به حد بالای خود برسد موتور به طور خودکار خاموش می شود. حد بالا و حد پایین بستگی دارد و از گیاه به گیاه دیگر متفاوت است. این منجر به سیستم حلقه بسته می شود. آب به طور خودکار و بدون دخالت شخص انجام می شود.

توجه داشته باشید. آب مورد نیاز برای گیاهان مختلف. بنابراین نیاز به تنظیم حداقل و حداکثر سطح آب است. اگر از رابط دیجیتال استفاده می کنید ، می توانید آن را از پتانسیومتر انجام دهید ، در غیر این صورت می توان آن را در برنامه نویسی تغییر داد.

مرحله 5: ساخت دیوارهای شیشه ای

دیوارهایی در پشت ظرف وجود دارد که روی آن فیلم الکترواستاتیک قرار دارد. از آنجا که هیچ میدان مغناطیسی وجود ندارد که ما را در برابر بادهای خورشیدی محافظت کند. من از یک ورق شیشه ای ساده استفاده می کنم اما آن را با ورق الکترواستاتیک می پوشانم. ورق الکترواستاتیک از ذرات باردار باد خورشیدی جلوگیری می کند. همچنین به حداقل رساندن اثر تابش در فضا مفید است. همچنین از شناور شدن خاک و ذرات آب در هوا جلوگیری می کند.

چرا به حفاظت الکترواستاتیک نیاز داریم؟

هسته آهن مذاب زمین ، جریانهای الکتریکی ایجاد می کند که خطوط میدان مغناطیسی را در اطراف زمین شبیه به آهنربای میله ای معمولی ایجاد می کند. این میدان مغناطیسی چندین هزار کیلومتر از سطح زمین امتداد دارد. میدان مغناطیسی زمین ذرات باردار را به شکل باد خورشیدی دفع می کند و از ورود به جو زمین جلوگیری می کند. اما چنین حفاظتی در خارج از زمین و سایر سیارات وجود ندارد. بنابراین ما به روش مصنوعی دیگری برای محافظت از ما و گیاهان در برابر این ذرات باردار نیاز داریم. فیلم الکترواستاتیک اساساً یک فیلم رسانا است بنابراین اجازه نمی دهد ذرات باردار داخل آن وارد شوند.

مرحله 6: شاتر ساختمان:

هر گیاه نیاز خود به نور خورشید را دارد. قرار گرفتن طولانی مدت در معرض نور خورشید و تابش زیاد نیز برای گیاهان مضر است. بالهای شاتر در بیرون آینه متصل شده و سپس به سروو موتورها متصل می شوند. زاویه باز شدن بال و اجازه ورود نور به داخل که توسط مدار پردازش اصلی حفظ می شود

یک قطعه تشخیص نور LDR (مقاومت وابسته به نور) به مدار پردازش اصلی متصل است نحوه عملکرد این سیستم:

1. در تابش بیش از حد و نور (که توسط LDR تشخیص داده می شود) بالها را می بندد و نور را از درون خارج می کند. 2. هر گیاه نیاز خود را به نور خورشید دارد. مدار اصلی پردازش زمان را یادداشت می کند تا پس از بسته شدن این زمان خاص ، نور خورشید مجاز شود. برای رسیدن به محفظه از نور اضافی جلوگیری می کند.

مرحله 7: سنجش و کنترل محیط:

گیاهان مختلف به شرایط محیطی مختلفی مانند دما و رطوبت نیاز دارند.

دما: برای تشخیص دمای محیط از حسگر DHT-11 استفاده می شود (برای دستیابی به دقت بالا می توان از DHT 22 استفاده کرد). هنگام افزایش یا کاهش دما از حد مجاز ، فن خارجی را هشدار داده و روشن کنید.

چرا باید دما را حفظ کنیم؟

درجه حرارت در فضا 2.73 کلوین (-270.42 درجه سانتیگراد ، -454.75 فارنهایت) در قسمت تاریک (جایی که خورشید نمی درخشد) است. در سمت رو به خورشید ، درجه حرارت می تواند به دمای داغ حدود 121 درجه سانتیگراد (250 درجه فارنهایت) برسد.

حفظ رطوبت:

رطوبت مقدار بخار آب موجود در هوا نسبت به حداکثر مقدار بخار آب است که هوا می تواند در دمای معینی نگه دارد.

چرا باید رطوبت را حفظ کنیم؟

میزان رطوبت بر زمان و نحوه باز شدن روزنه ها در قسمت زیرین برگها تأثیر می گذارد. گیاهان از روزنه برای انتقال یا "نفس کشیدن" استفاده می کنند. هنگامی که هوا گرم است ، گیاه ممکن است روزنه خود را ببندد تا اتلاف آب کاهش یابد. روزنه ها همچنین به عنوان یک مکانیسم خنک کننده عمل می کنند. هنگامی که شرایط محیط برای گیاه بسیار گرم است و در تلاش برای حفظ آب ، روزنه های خود را برای مدت طولانی می بندد ، هیچ راهی برای جابجایی مولکول های دی اکسید کربن و اکسیژن ندارد ، و باعث می شود گیاه به آرامی از بخار آب و گازهای منتقل شده خود خفه شود. به

به دلیل تبخیر (از گیاه و خاک) رطوبت به سرعت افزایش می یابد. این نه تنها برای گیاهان بلکه برای سنسور و آینه شیشه ای نیز مضر است. از دو جهت می توان از آن غفلت کرد.

1. کاغذ پلاستیکی در بالای سطح به راحتی از رطوبت جلوگیری می کند. کاغذ پلاستیکی در سطح بالای خاک پخش می شود و برای بستر و بذر در آن باز می شود (گیاه در آن رشد می کند). در هنگام آبیاری نیز مفید است.

مشکل این روش این است که گیاهان با ریشه بزرگتر به هوا در خاک و ریشه نیاز دارند. کیسه های پلاستیکی هوا را متوقف می کنند تا به طور کامل به ریشه های آن برسد.

2. فن های کوچک روی سقف بالای محفظه وصل شده اند. رطوبت در محفظه توسط رطوبت سنج که در آن تعبیه شده است (DHT-11 و DHT-22) حس می شود. هنگامی که رطوبت از فن های محدود افزایش می یابد به طور خودکار روشن می شود ، در محدوده پایین فن ها متوقف می شوند.

مرحله 8: حذف گرانش:

به دلیل جاذبه ، ساقه ها به سمت بالا یا دور از مرکز زمین و به سمت نور رشد می کنند. ریشه ها به سمت پایین یا مرکز زمین و دور از نور رشد می کنند. بدون نیروی جاذبه ، توانایی جهت گیری به ارث نمی رسد.

دو روش برای از بین بردن گرانش وجود دارد

1. گرانش مصنوعی:

گرانش مصنوعی ایجاد نیروی اینرسی است که اثرات نیروی گرانشی را تقلید می کند ، معمولاً بر اثر چرخش بر تولید نیروهای گریز از مرکز. این فرایند همچنین گرانش شبه نامیده می شود.

این روش بسیار گران است و بسیار دشوار است. احتمال شکست زیاد است همچنین این روش نمی تواند به درستی روی زمین آزمایش شود.

2. استفاده از بستر: این روش بسیار آسان است و همچنین پارچه موثر است. بذرها در یک کیسه کوچک نگهداری می شوند که به آن Substrate seed می گویند در زیر بستری نگهداری می شوند که جهت صحیح ریشه ها و برگها را همانطور که در تصویر نشان داده شده است ، فراهم می کند. این به رشد ریشه ها به سمت پایین و کاشت برگ ها به سمت بالا کمک می کند.

پارچه ای با سوراخ است. از آنجا که بذر در داخل است اجازه می دهد تا آب وارد شود و همچنین اجازه می دهد تا ریشه ها بیرون آمده و به خاک نفوذ کنند. بذر در عمق 3 تا 4 اینچی زیر خاک نگهداری می شود.

چگونه می توان دانه را زیر خاک قرار داد و موقعیت خود را حفظ کرد؟

من ورق پلاستیکی را به طول 4 تا 5 ورقه برش داده و در جلوی آن شیار ایجاد می کنم. این ابزار را روی نصف طول این پارچه (سمت شیار) قرار دهید. بذر را داخل شیار بگذارید و پارچه را دور آن بپیچید. حالا این ابزار را وارد خاک کنید. ابزار را از خاک خارج کنید تا بذر و بستر به خاک برسد.

مرحله 9: نور مصنوعی خورشید:

در نور فضا همیشه امکان پذیر نیست بنابراین ممکن است به نور مصنوعی خورشید نیاز باشد. این کار توسط CFL و چراغ های LED جدید انجام می شود. من از چراغ CFL استفاده می کنم که رنگ آبی و قرمز دارد و زیاد روشن نیست. این چراغ ها در سقف بالای اتاق نصب شده اند. این طیف کاملی از نور را فراهم می کند (CFL ها در مواقع نیاز به نور با دمای بالا مورد استفاده قرار می گیرند ، در حالی که چراغ های LED هنگامی که گیاهان نیازی به گرمایش یا گرمایش کم ندارند استفاده می شود. این می تواند به صورت دستی ، از راه دور به طور خودکار رانده شود (توسط مدار پردازش اصلی کنترل می شود) به

چرا از ترکیب رنگ آبی و قرمز استفاده می کنم؟

نور آبی با اوج جذب کلروفیل ها مطابقت دارد که برای تولید قندها و کربن ها فتوسنتز می کنند. این عناصر برای رشد گیاه ضروری هستند ، زیرا این عناصر سازنده سلول های گیاهی هستند. با این حال ، نور آبی برای هدایت فتوسنتز کمتر از نور قرمز مثر است. این به این دلیل است که نور آبی را می توان با رنگدانه های کم بازده مانند کاروتنوئیدها و رنگدانه های غیر فعال مانند آنتوسیانین جذب کرد. در نتیجه ، انرژی نور آبی کاهش می یابد که به رنگدانه های کلروفیل می رسد. به طور شگفت انگیز ، وقتی برخی از گونه ها فقط با نور آبی رشد می کنند ، زیست توده (وزن) و میزان فتوسنتز گیاه مشابه گیاهی است که فقط با نور قرمز رشد می کند.

مرحله 10: نظارت بصری:

من از LABview برای نظارت بصری بر داده ها و کنترل نیز استفاده می کنم زیرا LABview نرم افزاری بسیار انعطاف پذیر است. سرعت بالا در جمع آوری داده ها و کار با آن آسان است. می توان آن را با سیم یا بدون سیم به مدار اصلی پردازش متصل کرد. داده های حاصل از مدار پردازش اصلی (ESP-32) در LABview قالب بندی شده است.

مراحلی که باید دنبال شود:

1. LABview را نصب کرده و بارگیری کنید. (نیازی به نصب افزونه های آردوینو نیست)

2. کد vi زیر را اجرا کنید.

3. پورت USB را به رایانه خود وصل کنید.

4. بارگذاری کد آردوینو.

5. پورت COM در آزمایشگاه شما نمایش داده می شود (اگر پنجره های لینوکس و MAC "dev/tty" هستند) و نشانگر نشان می دهد که پورت شما متصل است یا خیر.

6. تمام کن !! داده های سنسورهای مختلف روی صفحه نمایش داده می شود.

مرحله 11: آماده سازی سخت افزار (مدار):

نمودار مدار در شکل نشان داده شده است. همچنین می توانید PDF زیر را بارگیری کنید.

این شامل بخشهای زیر است:

مدار اصلی پردازش:

از هر برد سازگار با arduino می توان مانند arduino uno ، nano ، mega ، nodeMCU و STM-32 استفاده کرد. اما ESP-32 به دلایل زیر استفاده می شود:

1. دارای سنسور دمای داخلی است بنابراین در شرایط دمای بالا قرار دادن پردازنده در حالت خواب عمیق امکان پذیر است.

2. پردازنده اصلی با فلز محافظت می شود تا اثر تابش کمتری داشته باشد.

3. سنسور اثر هال داخلی برای تشخیص میدان مغناطیسی در اطراف مدار استفاده می شود.

بخش سنسور:

تمام سنسورها با منبع تغذیه 3.3 ولت کار می کنند. تنظیم کننده ولتاژ داخل ESP-32 جریان پایینی را فراهم می کند تا بتواند بیش از حد گرم شود. برای جلوگیری از این تنظیم کننده ولتاژ LD33 استفاده می شود.

گره: من از منبع تغذیه 3.3 ولت استفاده کردم زیرا از ESP-32 استفاده می کنم (همچنین برای nodeMCU و STM-32 یکسان است). با استفاده از آردوینو می توانید از 5 ولت نیز استفاده کنید

منبع تغذیه اصلی:

SMPS 12 ولت 5 آمپر استفاده می شود. شما همچنین می توانید از منبع تغذیه تنظیم شده با ترانس استفاده کنید اما منبع تغذیه خطی است بنابراین برای ولتاژ ورودی خاص طراحی شده است بنابراین با تغییر 220 ولت به 110 ولت خروجی تغییر می کند. (منبع تغذیه 110 ولت در ISS موجود است)

مرحله 12: تهیه نرم افزار:

مراحلی که باید دنبال شود:

1. نصب Arduino: اگر آردوینو ندارید می توانید از لینک دانلود کنید

www.arduino.cc/fa/main/software

2. اگر NodeMCU دارید این مراحل را دنبال کنید تا با arduino اضافه شود:

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

3. اگر از ESP-32 استفاده می کنید ، مراحل زیر را برای افزودن آن با arduino دنبال کنید:

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

4. اگر از ESP-32 استفاده می کنید (کتابخانه ساده DHT11 نمی تواند به درستی با ESP-32 کار کند) می توانید از اینجا بارگیری کنید:

github.com/beegee-tokyo/DHTesp

مرحله 13: LABview را آماده کنید:

1. LABview را از این لینک بارگیری کنید

www.ni.com/en-in/shop/labview.html؟cid=Paid_Search-129008-India-Google_ESW1_labview_download_exact&gclid=Cj0KCQjw4s7qBRCzARIsAImcAxY0WhS0V5T275xQrIi9DGSYaVCymaIgSSOxcYyApdRaykYto4k_NL4aAmtKEALw_wcB

2. فایل vi را بارگیری کنید.

3. پورت USB را وصل کنید. نشانگر نشانگر وصل است یا خیر.

انجام شده!!!!