Akıllı Bitki Büyüme Odası: 13 Adım

2024 Yazar: John Day | [email protected]. Son düzenleme: 2024-01-30 13:18

Akıllı bitki büyüme odası olan yeni bir fikir buldum. Bitkilerin uzayda büyümesi çok fazla bilimsel ilgi uyandırdı. İnsanlı uzay uçuşu bağlamında, yiyecek olarak tüketilebilir ve/veya ferahlatıcı bir atmosfer sağlayabilirler. Şu anda N. A. S. A. Uluslararası Uzay İstasyonunda yiyecek yetiştirmek için bitki yastıkları kullanın.

Bu yüzden daha ileri gitmek için bir fikir buldum.

Uzayda yiyecek yetiştirme sorunları:

Yerçekimi:

Uzayda besin yetiştirmek için en büyük engeldir, bitkilerin büyümesini çeşitli şekillerde etkiler: 1 Yerçekimi olmadığı için bitkileri gerektiği gibi sulayamazsınız, bu nedenle su sprinklerleri ve yeryüzünde kullanılan diğer geleneksel yöntemlerle su sağlanamaz..

2 Yerçekimi olmadığı için bitki köklerine su ulaşamaz.

3 Köklerin büyümesi de yerçekiminden etkilenir. (bitkinin kökleri aşağı doğru, bitki yukarı doğru büyür) Yani bitkilerin kökleri asla doğru yönde büyümez.

Radyasyon:

1. Uzayda çok fazla radyasyon olduğundan bitkiler için zararlıdır.

2. Radyasyon formu güneş rüzgarı da bitkileri etkiler.

3. Ultraviyole ışınları da bitkiler için zararlıdır.

Sıcaklık:

1. Uzayda çok fazla sıcaklık değişimi vardır (sıcaklık yüz dereceye kadar çıkabilir ve eksi yüz dereceye kadar düşebilir).

2. Sıcaklık suyun buharlaşmasını artırır, böylece bitkiler uzayda hayatta kalamaz.

İzleme:

1. Uzayda bitkilerin izlenmesi çok zordur çünkü kişi sıcaklık, su ve radyasyon gibi birçok faktörü sürekli olarak izler.

2. Farklı tesisler, farklı kaynak ihtiyaçları gerektirir, Farklı tesisler varsa izleme daha zor hale gelir.

Bu yüzden tüm bu engelleri ortadan kaldırmaya çalışmak fikri aklıma geldi. Uzayda çok düşük maliyetle gıda yetiştirme odasıdır. Birçok zorluğun üstesinden gelen tüm kaynak ve teknolojiyi içerir. Öyleyse hadi bakalım !!!

Bu odanın yapabilecekleri:

1. Yerçekimi etkisini ortadan kaldırın.

2. Bitki köklerine uygun su sağlamak. (Kontrol edilebilir - Manuel, otomatik)

3. Bitkilere fotosentez için yapay aydınlatma sağlanması.

4. Radyasyonun etkisini en aza indirin.

5. Toprak sıcaklığı, nem, ortam sıcaklığı, nem, radyasyon, basınç gibi ortamı algılama ve bilgisayarda gerçek zamanlı verileri görüntüleme.

Adım 1: Gerekli Bileşen:

1. ESP32 (Ana işlem Panosu, diğer panoları da kullanabilirsiniz).

2. DHT11 veya DHT-22. (DH22 daha iyi doğruluk sağlar)

3. DS18b20 (Su geçirmez metal versiyon).

4. Toprak nemi sensörü.

5. Su pompası. (12 Volt).

6. Plastik levha.

7.12 volt dc fan.

8. Gaz sensörleri.

9. ULN2003.

10. Servo motor.

11. Cam levha.

12. Elektrostatik levha.

13. 12 volt röle.

14. BMP 180.

15. 7805 Voltaj regülatörü.

16.100uF, 10uF kapasitör.

17. Araba tavan lambası (LED veya CFL).(Renk ayrıca tanımlanmıştır).

18. SMPS Güç kaynağı (12volt - 1A, pompayı ayrı bir kaynaktan çalıştırırsanız, aksi takdirde 2 amper'e kadar güç kaynağı)

2. Adım: Yazılım Gereksinimi:

1. Arduino IDE'si.

2. LABGörünüm

3. Arduino IDE'de ESP32 Kurulumu.

4. ESP32 Kitaplıkları. (Birçok kütüphane Arduino kütüphanelerinden farklıdır).

Adım 3: Konteyner ve Sulama Sistemini Yapın:

Gereksinim veya mevcut alana göre herhangi bir boyutta plastik bir kap yapın. Konteyner için kullanılan malzeme plastik olduğu için su ile atılamaz

Problem: Uzayda yerçekimi yoktur. Su damlaları uzayda serbest kalır (N. A. S. A. tarafından resimde görüldüğü gibi) ve asla toprağın dibine ulaşmaz, bu nedenle uzayda konvansiyonel yöntemlerle sulama mümkün değildir.

Ayrıca havada yüzen küçük parçacıklar toprak oluşturur.

Çözüm: Toprağın ortasına küçük su boruları (küçük delikleri vardır) koyuyorum ve borular pompaya bağlanıyor. Pompa açıldığında su borulardan küçük delikler oluşturarak toprağın dibine çıkıyor, böylece bitki köklerine kolayca ulaşabiliyor.

Haznenin üstüne küçük bir fan takılır (hava yukarıya doğru akar), böylece küçük partiküllere basınç sağlar ve haznenin dışında yüzmesini önler.

Şimdi toprağı konteynere koyun.

Adım 4: Toprak Sensörleri:

toprağa iki sensör yerleştiriyorum. Birincisi sıcaklık sensörüdür (DS18b20 Su Geçirmez). Toprak sıcaklığını tespit eden.

Toprağın sıcaklığını ve nemini neden bilmemiz gerekiyor?

Isı, birçok biyolojik süreç için katalizördür. Toprak sıcaklıkları düşük olduğunda (ve biyolojik süreçler yavaş olduğunda), bazı besinler bitkiler için kullanılamaz hale gelir veya daha az kullanılabilir hale gelir. Bu, özellikle bitkilerde köklerin ve meyvelerin gelişimini desteklemekten büyük ölçüde sorumlu olan fosfor durumunda geçerlidir. Bu nedenle, ısı olmaması, daha az besin maddesinin zayıf büyüme ile sonuçlanması anlamına gelir. Ayrıca yüksek sıcaklık bitkiler için zararlıdır.

İkincisi nem sensörü. Topraktaki nem önceden belirlenen limitin altına düştüğünde toprak nemini algılayan motor çalışır, nem üst limite ulaştığında motor otomatik olarak kapanır. Üst limit ve alt limit, bitkiden bitkiye bağlıdır ve değişiklik gösterir. Bu kapalı döngü sistemi ile sonuçlanır. Su, kişinin müdahalesi olmadan otomatik olarak yapılır.

Not. Farklı bitkiler için farklı su ihtiyacı. Bu nedenle minimum ve maksimum su seviyesinin ayarlanması gerekir. Dijital arayüz kullanıyorsanız potansiyometreden yapılabilir, aksi takdirde programlamada değiştirilebilir.

Adım 5: Cam Duvarlar Yapmak

Konteynerin arka tarafında üzerinde elektrostatik film bulunan duvarlar bulunmaktadır. Çünkü bizi güneş rüzgarlarından koruyan bir manyetik alan yoktur. Basit bir cam levha kullanıyorum ama üzerini elektrostatik levha ile kaplıyorum. Elektrostatik levha, güneş rüzgarının şarj parçacığını önler. Uzayda radyasyon etkisini en aza indirmek de yararlıdır. ayrıca toprak ve su partiküllerini havaya uçurmaktan da kaçınır.

Neden elektrostatik korumaya ihtiyacımız var?

Dünyanın erimiş demir çekirdeği, sıradan bir çubuk mıknatısla ilişkili olanlara benzer şekilde, Dünya çevresinde manyetik alan çizgileri üreten elektrik akımları oluşturur. Bu manyetik alan, Dünya yüzeyinden birkaç bin kilometre uzağa uzanır. Dünyanın manyetik alanı, güneş rüzgarı biçimindeki yük parçacığını iter ve dünya atmosferine girmekten kaçınır. Ancak dünya dışında ve diğer gezegenlerde böyle bir koruma yoktur. Bu yüzden, bizi ve bitkileri bu yük parçacıklarından korumak için başka yapay yöntemlere ihtiyacımız var. Elektrostatik film temelde iletken bir filmdir, bu nedenle yük parçacığının içeri girmesine izin vermez.

Adım 6: Kepenk Yapın:

Her bitkinin güneş ışığına ihtiyacı vardır. Güneşe uzun süre maruz kalmak ve yüksek radyasyon bitkiler için de zararlıdır. Panjur kanatları aynanın dışına takılır ve servo motorlara bağlanır. Ana işlem devresi tarafından sağlanan kanat ve ışığın içeri girmesine izin verme açısı

Ana işlem devresine bir ışık algılama bileşeni LDR (ışığa bağlı direnç) bağlanır Bu sistem nasıl çalışır:

1. Aşırı radyasyon ve ışıkta (LDR ile tespit edilen) kanatları kapatır ve ışığın içeriye girmesini engeller. 2. Her bitkinin güneş ışığına ihtiyacı vardır. Ana işlem devresi, bu belirli zamandan sonra rüzgarlar kapandıktan sonra güneş ışığına izin verme süresini not eder. Odaya ulaşmak için ekstra aydınlatmadan kaçınır.

Adım 7: Çevre Algılama ve Kontrol:

Farklı bitki, sıcaklık ve nem gibi farklı ortam koşulları gerektirir.

Sıcaklık: Ortam sıcaklığını algılamak için DHT-11 sensörü kullanılır (yüksek doğruluk elde etmek için DHT 22 kullanılabilir). Sıcaklık belirlenen limitin üzerine çıktığında veya düştüğünde uyarı verir ve dış fanı çalıştırır.

Neden sıcaklığı korumamız gerekiyor?

Uzaydaki sıcaklık karanlık tarafta (güneşin parlamadığı) 2.73 Kelvin (-270.42 Santigrat, -454.75 Fahrenheit)'dir. Güneşe bakan taraf, sıcaklık yaklaşık 121 C'lik (250 derece F) kavurucu sıcaklıklara ulaşabilir.

Nemi Koruyun:

Nem, havanın belirli bir sıcaklıkta tutabileceği maksimum su buharı miktarına göre havadaki su buharı miktarıdır.

Nemi neden korumamız gerekiyor?

Nem seviyeleri, bitkilerin yapraklarının alt tarafındaki stomaları ne zaman ve nasıl açtıklarını etkiler. Bitkiler terlemek veya "nefes almak" için stoma kullanır. Hava sıcak olduğunda, bir bitki su kayıplarını azaltmak için stomalarını kapatabilir. Stomalar ayrıca bir soğutma mekanizması olarak da işlev görür. Ortam koşulları bir bitki için çok sıcak olduğunda ve su tasarrufu için stomalarını çok uzun süre kapattığında, karbondioksit ve oksijen moleküllerini hareket ettirmenin bir yolu yoktur, bu da bitkinin yavaş yavaş su buharı ve kendi gazlarından boğulmasına neden olur..

Buharlaşma nedeniyle (bitki ve topraktan) nem hızla artar. Sadece bitkiler için değil, sensör ve cam ayna için de zararlıdır. İki şekilde ihmal edilebilir.

1. Yüzeyin üstündeki plastik kağıt nemi kolayca önler. Plastik kağıt, toprağın üst yüzeyine, substrat ve tohum için açıklığı ile yayılır (İçinde bitki büyür). Sulama sırasında da faydalıdır.

Bu yöntemin sorunu, kökleri daha büyük olan bitkilerin toprağa ve köklere hava girmesidir. plastik torba köklerine tamamen ulaşmak için havayı durdurur.

2. Odanın üst çatısına küçük fanlar takılır. Hazne içindeki nem, dahili Higrometre (DHT-11 ve DHT-22) ile algılanır. Limit fanlardan nem arttığında otomatik olarak açılır, Alt limitte fanlar durdurulur.

Adım 8: Yerçekimini Ortadan Kaldırın:

Yerçekimi nedeniyle, gövdeler yukarı doğru veya Dünya'nın merkezinden uzağa ve ışığa doğru büyür. Kökler aşağı doğru veya Dünya'nın merkezine doğru ve ışıktan uzakta büyür. Yerçekimi olmadan bitki kendini yönlendirme yeteneğini miras almadı.

Yerçekimini ortadan kaldırmak için iki yöntem vardır

1. Yapay Yerçekimi:

Yapay yerçekimi, bir yerçekimi kuvvetinin etkilerini taklit eden bir atalet kuvvetinin yaratılmasıdır, genellikle dönme sonucu merkezkaç kuvvetleri üretir. Bu sürece sözde yerçekimi de denir.

Bu yöntem çok pahalı ve çok zordur. başarısızlık şansı çok fazla. Ayrıca bu yöntem yeryüzünde düzgün bir şekilde test edilemez.

2. Substrat Kullanımı: Bu çok kolay bir yöntemdir ve ayrıca kumaş etkilidir. Tohumlar, alt tabaka adı verilen küçük bir torba içinde, resimde gösterildiği gibi köklere ve yapraklara doğru yön sağlayan alt tabaka altında tutulur. Köklerin aşağı, bitki yapraklarının yukarı doğru büyümesine yardımcı olur.

Delikli bir bezdir. Tohum içeride olduğu için suyun içeri girmesini sağlar ve ayrıca köklerin dışarı çıkıp toprağa nüfuz etmesini sağlar. Tohum toprak altında 3 ila 4 inç derinlikte tutulur.

Tohum toprağın altına nasıl konur ve konumunu nasıl korur??

4 ila 5 inç uzunluğunda plastik levha kesip önüne bir oluk oluşturuyorum. Bu aleti bu kumaşın yarısına (oluk tarafı) yerleştirin. Tohumu oyuğa koyun ve bezi etrafına sarın. Şimdi bu aleti toprağa yerleştirin. Aleti topraktan çıkarın, böylece tohum ve substrat toprağa girer.

Adım 9: Yapay Güneş Işığı:

Uzayda güneş ışığı her zaman mümkün değildir, bu nedenle yapay güneş ışığı gerekebilir. Bu, CFL ve yeni gelen LED ışıklar tarafından yapılır. Çok parlak olmayan mavi ve kırmızı renkli CFL ışığı kullanıyorum. Bu ışıklar odanın üst çatısına monte edilmiştir. Bu, tam ışık spektrumu sağlar (CFL'ler yüksek sıcaklıkta ışığa ihtiyaç duyulduğunda kullanılırken, bitkilerin ısıtma gerektirmediği veya düşük ısıtmaya ihtiyaç duyduğu durumlarda LED'ler kullanılır. Bu manuel olarak, uzaktan otomatik olarak çalıştırılabilir (ana işlem devresi tarafından kontrol edilir).

Neden mavi ve kırmızı renk kombinasyonunu kullanıyorum?

Mavi ışık, şeker ve karbon üretmek için fotosentez yapan klorofillerin absorpsiyon zirvesine uyar. Bu elementler bitki büyümesi için gereklidir, çünkü bunlar bitki hücrelerinin yapı taşlarıdır. Bununla birlikte, mavi ışık, fotosentez için kırmızı ışıktan daha az etkilidir. Bunun nedeni, mavi ışığın karotenoidler gibi düşük verimli pigmentler ve antosiyaninler gibi aktif olmayan pigmentler tarafından absorbe edilebilmesidir. Sonuç olarak, klorofil pigmentlerine giden mavi ışık enerjisinde bir azalma olur. Şaşırtıcı bir şekilde, bazı türler sadece mavi ışıkla yetiştirildiğinde, bitki biyokütlesi (ağırlığı) ve fotosentez hızı, sadece kırmızı ışıkla yetiştirilen bir bitkiye benzer.

Adım 10: Görsel İzleme:

LABview çok esnek bir yazılım olduğu için verilerin görsel olarak izlenmesi ve kontrolü için de LABview kullanıyorum. Yüksek hızlı veri toplama ve kullanımı kolaydır. Ana işlem devresine kablolu veya kablosuz bağlanabilir. Ana işlem devresinden (ESP-32) gelen veriler, LABview'de görüntülenen şekilde formatlanır.

İzlenecek adımlar:

1. LABview'i kurun ve indirin. (Arduino Eklentilerini yüklemenize gerek yok)

2. Aşağıda verilen vi kodunu çalıştırın.

3. USB bağlantı noktasını PC'nize bağlayın.

4. Arduino kodunu yükleyin.

5. Laboratuvar görünümünüzde gösterilen COM bağlantı noktası (linux ve MAC "dev/tty" için pencereler ise) ve gösterge, bağlantı noktanızın bağlı olup olmadığını gösterir.

6. Bitirin!! Ekranda görüntülenen çeşitli sensörlerden gelen veriler.

Adım 11: Donanımı (devreyi) hazırlayın:

Devre şeması şekilde gösterilmiştir. Ayrıca aşağıda verilen PDF'yi de indirebilirsiniz.

Aşağıdaki parçalardan oluşur:

Ana işlem devresi:

Arduino uno, nano, mega, nodeMCU ve STM-32 gibi arduino ile uyumlu herhangi bir kart kullanılabilir. ancak aşağıdaki nedenden dolayı ESP-32 kullanımı:

1. Dahili sıcaklık sensörüne sahiptir, bu nedenle yüksek sıcaklık durumunda işlemciyi derin uyku moduna geçirmek mümkündür.

2. Ana işlemci metal ile korunmuştur, bu nedenle daha az radyasyon etkisi vardır.

3. Dahili salon etkisi sensörü, devre etrafındaki manyetik alanı algılamak için kullanılır.

Sensör Bölümü:

Tüm sensörler 3.3 volt güç kaynağı ile çalışmaktadır. ESP-32 içindeki voltaj regülatörü, aşırı ısınması için düşük akım sağlar. Bunu önlemek için LD33 voltaj regülatörü kullanılır.

Düğüm: 3,3 volt besleme uyguladım çünkü ESP-32 kullanılıyor (nodeMCU ve STM-32 için de aynı). Arduino kullanıyorsanız 5 volt da kullanabilirsiniz.

Ana güçkaynağı:

12 volt 5 amper SMPS kullanılmaktadır. trafolu regüle güç kaynağı da kullanabilirsiniz, ancak lineer besleme olduğundan belirli giriş voltajı için tasarlanmıştır, bu nedenle 220 volttan 110 volta geçiş yaptığımızda çıkış değişecektir. (ISS'de 110 volt besleme mevcuttur)

Adım 12: Yazılımı Hazırlayın:

İzlenecek adımlar:

1. Arduino Kurulumu: Eğer arduinonuz yoksa linkten indirebilirsiniz.

www.arduino.cc/en/main/software

2. NodeMCU'nuz varsa arduino ile eklemek için şu adımları izleyin:

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

3. ESP-32 kullanıyorsanız arduino ile eklemek için şu adımları izleyin:

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

4. Eğer ESP-32 kullanıyorsanız (basit DHT11 kütüphanesi ESP-32 ile düzgün çalışamıyorsa) buradan indirebilirsiniz:

github.com/beegee-tokyo/DHTesp

Adım 13: LABview'i hazırlayın:

1. LABview'i bu bağlantıdan indirin

www.ni.com/en-in/shop/labview.html?cid=Paid_Search-129008-India-Google_ESW1_labview_download_exact&gclid=Cj0KCQjw4s7qBRCzARIsAImcAxY0WhS0V5T275xQrIi9DGSSOVCymaIgS0V5T275xQrIi9DGSSOVCymaIgSQAXCymaIgSaYCymaIgSaVymaIgS

2. vi dosyasını indirin.

3. USB Bağlantı Noktasını bağlayın. Gösterge bağlantı noktasının bağlı olup olmadığını gösterir.

tamamlamak!!!!