Automatisierte Pflanzenwachstumskammer - Gunook

2024 Autor: John Day | [email protected]. Zuletzt bearbeitet: 2024-01-30 07:17

Das folgende Projekt ist meine Einreichung beim Growing Beyond Earth Maker Contest in der High School Division.

Die Pflanzenwachstumskammer verfügt über ein vollautomatisches Bewässerungssystem. Ich habe peristaltische Pumpen, Feuchtigkeitssensoren und einen Mikrocontroller verwendet, um die Pflanzen automatisch zu bewässern, um den Boden bei optimaler Feuchtigkeit zu halten. Ich entwarf meine Wachstumskammer so, dass sie leicht geerntet und gepflanzt werden konnte und so den Platz in der Box effizient nutzte. Das flexible Design würde es den Astronauten ermöglichen, einen stetigen Zufluss an Ernten zu erzielen und alle 10-14 Tage einen Beutel (ca. 3 Köpfe) voll ausgereiften Salats zu ernten. Da Samen zu unterschiedlichen Zeiten keimen und unterschiedlich schnell wachsen, wollte ich ein System schaffen, in dem Pflanzen geerntet und neue Samen eingesetzt werden können, wenn sie fertig sind, also entwarf ich meine Pflanzenbeutel. Die Kammer besteht aus vier Pflanzenbeuteln bzw. insgesamt 12 Pflanzenschlitzen, die entnommen, geerntet, ein neuer Saatstreifen eingelegt und der Beutel mit Klettverschluss in wenigen Minuten wieder in das System gesteckt werden kann. Mit den Saatstreifen können die Samen im Voraus vorbereitet, ausgerichtet und verklebt und bei Bedarf in den Beutel eingesetzt werden -Statische Taschen sind neben dem Schutz elektronischer Komponenten auch verspiegelte Oberflächen. Mit den antistatischen Beuteln erreicht das Licht also alle Pflanzen/Sprossen im System und der Salat wächst nicht direkt in Richtung des Wachstumslichts.

Lieferungen

Container:

1. Aufbewahrungsbox für Akten aus Acryl

2. Vorratsbehälter aus Metall

3. Desktop-Datei-Organizer

4. Klettstreifen

5. Wachsen Sie Licht

Pflanzenbeutel:

1. Antistatische Taschen

2. Schwammgummi-Schaumband (5/16-Zoll)

3. Keimpapier

4. Grobe Bodenmischung

5. Samenkleber (Mehl und Wasser)

6. Samen (ich habe ein Mesclun Green Päckchen verwendet)

Bewässerungssystem:

1. Schlauchpumpe

2. Silikonschlauch für Pumpe (2 mm x 4 mm)

3. Arduino M0 Pro (jedes Modell funktioniert) und Stromquelle

4. Micro-USB zu USB-A

5. Steckbrett

6. Überbrückungsdrähte

7. Lötkolben und Lot

8. Brückentreiber (ich habe einen TA7291P verwendet)

9. Feuchtigkeitssensoren

Sie können billige finden, aber sie korrodieren schnell durch strominduzierte Elektrolyse und müssen ersetzt werden, da die Messwerte schlecht werden. Alternative sind kapazitive Feuchtesensoren, die weniger anfällig für Korrosion sind, oder teurere Kathoden-Anoden-Sensoren

10. 12V Barrel Jack für Steckbretter und Kabel

11. Wasserflasche mit Rückschlagventil

Schritt 1: Montieren Sie die Kammer

Dieser Schritt kann auf viele Arten durchgeführt werden, aber ich habe mich für einen zweiteiligen Container entschieden, da er mehr Flexibilität ermöglicht. Ich habe den Metallrahmen mit offener Vorderseite und offener Oberseite verwendet, um die Pflanzenbeutel, das Licht und das automatische Bewässerungssystem unterzubringen. Dann, sobald die Pflanzen geladen sind, habe ich eine Acrylbox, die auf die Metallbasis gleitet.

Schritte:

1. Zuerst habe ich das Growlight am Metallrahmen befestigt. Ich bohrte zwei Löcher in jede Seite des Lichts (nachdem ich sichergestellt hatte, dass ich keine Komponenten beschädigte) und befestigte es an der Vorderseite der Basis. (siehe Bild 1)

2. Ich musste ein Loch in den Rahmen und das Acryl schneiden, um das Netzkabel für das Licht zu passen (Bild 2-4)

Tipp: Um das Loch in das Acryl zu schneiden, bohrte ich vier Löcher in die Ecke des Rechtecks, das ich schneiden wollte, und benutzte einen Dremel, um sie zu verbinden und einen sauberen Schnitt zu machen

3. Da ich einen Aktenaufbewahrungsbehälter für die Acrylplatte gekauft habe, musste ich die beiden Lippen entfernen, an denen die Akten aufgehängt werden sollten. Dazu erhitzte ich den Kunststoff, nahm einen Farbschaber und einen Holzhammer und klopfte vorsichtig an dem Stück entlang, das es langsam von der Schachtel trennte.

4. Nach einigen letzten Anpassungen des Metallrahmens mit einem Hammer passt sich das Acryloberteil genau auf den Rahmen und die Basis an.

Schritt 2: Pflanzenbeutel

Ich entschied mich, Pflanzenbeutel anstelle eines hydroponischen Systems zu erstellen, um mehr Flexibilität zu ermöglichen. Die Beutel können im Voraus vorbereitet und einfach wiederverwendet werden, indem ein neues Saat- und Keimpapierpaket in den Schlitz gelegt wird. Mit den Klettbändern lassen sich die Beutel leicht entnehmen und wieder in die Kammer stecken. Da die Beutel so einfach zuzubereiten sind, können sie auch in versetzten Zeiten gepflanzt werden, um einen gleichmäßigen Erntefluss zu ermöglichen. Wenn sie alle auf einmal gepflanzt sind, gibt es eine Zeit, in der die Kammer keine nennenswerten Ernten hat. Stattdessen schlage ich vor, dass die Beutel um einige Wochen versetzt gepflanzt werden, damit ein konstanter Fluss an erntefähigem Erntegut vorhanden ist.

Beutelgröße:

Dieser Schritt des Prozesses ist spezifisch für die Abmessungen jeder Personenbox. Am Ende verwende ich zwei 4x6-Taschen und modifizierte zwei 12x16-Taschen, um sie an die Rückseite und den Boden meiner Box anzupassen. Die 4x6-Taschen hatten Reißverschlüsse zum Schließen, aber die größeren Taschen nicht und ich habe sie modifiziert. Also habe ich doppelseitiges Klebeband verwendet, um die Tasche von innen zu verschließen und ein weiteres Stück außen, um sie gefaltet zu halten (Bild 5)

Zusammenbau der Beutel:

(Siehe Bild 3 für das Layout, das ich für meine Beutel verwendet habe. Ich habe es so entworfen, dass die Pflanzen nicht ineinander wachsen und sich nicht gegenseitig von der Lichtquelle abschatten)

1. Schneiden Sie 2,5 cm lange Schlitze in die antistatischen Beutel (Bild 1)

Ich habe ein Xacto-Messer und ein Stück Pappe verwendet, um sicherzustellen, dass ich nicht beide Seiten der Tasche durchschneidet

2. Schneiden Sie ein anderthalb Zoll großes Stück des Schaumstoffbandes ab und legen Sie es direkt auf den Schlitz (Bild 2)

3. Schneiden Sie mit dem Xacto-Messer oder der Xacto-Klinge einen 2,5 cm langen Schlitz in den Schaumstoff, der mit dem Schlitz in der Tasche in Schritt 1 ausgerichtet ist (Abbildung 2)

4. Wiederholen Sie den gleichen Vorgang an einem Beutel, machen Sie jedoch einen größeren Schlitz, um den Feuchtigkeitssensor zu passen

5. Wiederholen Sie den gleichen Vorgang bei allen Beuteln, jedoch nur mit einem Quadrat aus Schaumstoffband und machen Sie einen kleinen x-förmigen Einschnitt, der gerade groß genug ist, um in den Peristaltikschlauch zu passen

Tipp: Platzieren Sie die Schlauchlöcher in Bereichen, in denen die Schläuche die Wachstumsbereiche der Pflanze nicht überqueren und auch damit sie leichter wieder mit dem hinteren Fach verbunden werden können

Schritt 3: Seed Slips

Die Saatzettel wurden so konzipiert, dass sie im Voraus vorbereitet und bis zur Verwendung im Lager gestapelt werden können. Ich habe einen einfachen samenfreundlichen Kleber vorbereitet, um den Samen auf das Keimpapier zu kleben und die Keimwurzeln auszurichten oder nach unten zu zeigen, so dass die Wurzeln in den Beutel wachsen und der Spross aus dem Schlitz herauskommt.

Erstellen der Seed Slips

1. Schneiden Sie ein Stück Keimpapier (2,5 x 1 Zoll)

2. Mischen Sie einen Esslöffel Mehl mit gerade so viel Wasser, dass eine dicke Paste entsteht

3. Mit einem Zahnstocher einen Punkt des Samenklebers auf die Mitte des Keimpapiers geben

4. Richten Sie den Samen mit der Keimwurzel oder Spitze nach unten aus und markieren / merken Sie sich, auf welches Ende es zeigt, da hier die Wurzel mit wächst

5. Falten Sie das Keimpapier zweimal und bilden Sie eine Dreifachfalte mit dem Samen in der Mitte

Schritt 4: Automatisches Bewässerungssystem

Das Bewässerungssystem besteht aus Feuchtigkeitssensoren und peristaltischen Pumpen, um die Pflanzenbeutel automatisch zu bewässern, wenn sie einen Feuchtigkeitsgehalt von 30 % unterschreiten. Ich habe den Code so geschrieben, dass der Feuchtigkeitsgehalt in den Beuteln nach 8 Stunden überprüft wird und wenn der Feuchtigkeitsgehalt unter 30% liegt, schaltet sich die Pumpe für 10 Sekunden ein. Für meine Pumpe und mein Netzteil waren 10 Sekunden gut genug, um die Feuchtigkeit in den Beuteln über 30% zu erhöhen, sodass die Pumpe etwa alle 16 Stunden aktiviert wird, sollte jedoch für verschiedene Setups getestet und angepasst werden.

Anschlüsse:

GND zum Brückentreiber Pin 1

12V GND zur Überbrückung von Treiberpin 1

5V zur Überbrückung von Treiberpin 7 (vcc)

D5 zum Überbrücken von Treiberpin 5 (in1)

D6 zur Überbrückung von Treiberpin 6 (in2)

Arduino D13 bis R1 (wenn die optionale externe LED verwendet wird)

Treiber-Pin 2 (out1) mit Pluspol der Schlauchpumpe überbrücken

Treiber Pin 4 (vref) und Pin 8 (vs) auf 12V Pos. brücken.

Treiber-Pin 10 (out2) zum Minuspol der Schlauchpumpe überbrücken

Anmerkungen:

Pins 9 und 3 des Brückentreibers werden nicht verwendet

Das Ende des Brückentreibers mit der abgeschrägten Ecke oben ist Pin 1 und das eckige Ende ist Pin 10

Code:

int IN1Pin = 5; // je nach verwendetem Pin ändernint IN2Pin = 6; // je nach verwendetem Pin ändern #define Moisture_pin A0

Void-Setup ()

{

Serial.begin (9600);

pinMode (IN1Pin, AUSGANG);

pinMode (IN2Pin, AUSGANG);

analogWrite (IN1Pin, 0);

analogWrite (IN2Pin, 0);

pinMode (Feuchtigkeitsstift, EINGANG);

Verzögerung (1000);

}

Leere Schleife ()

{

int sensorValue = map(analogRead(moisture_pin), 0, 1023, 100, 0); // ordnet Feuchtigkeitswerte von 0-1023 auf einen Prozentwert von 100-0. zu

Serial.print ("Der aktuelle Feuchtigkeitsgehalt ist:");

Serial.print (sensorValue);

Serial.println("%");

if (sensorValue < 30) // Wenn die Feuchtigkeit weniger als 30 Prozent beträgt, wird Folgendes ausgeführt

{

analogWrite (IN1Pin, 255); // 255 setzt die Pumpe auf maximale Leistung

Verzögerung (10000); // lässt die Pumpe 10 Sekunden laufen

analogWrite (IN1Pin, 0); // schaltet die Pumpe aus

Serial.println ("Überprüfen des Feuchtigkeitsgehalts in 2 Stunden");

Verzögerung(28800000); // 8 Stunden in Millisekunden

int sensorValue = map(analogRead(moisture_pin), 0, 1023, 100, 0); // prüft den Feuchtigkeitsgehalt

Serial.println (sensorValue); // druckt Feuchtigkeitsgehalt

}

anders

{

Serial.println ("Der Boden ist feucht, in 1 Stunde erneut überprüfen"); // wenn die Bodenfeuchtigkeit über 30% liegt, wird diese Aussage gedruckt

Verzögerung(3600000); // 1 Stunde in Millisekunden

}

}

Tipp: Nachdem der Code auf den Arduino hochgeladen wurde, müssen Sie ihn für diejenigen unter Ihnen, die ihn noch nicht verwendet haben, nicht an Ihrem Computer angeschlossen lassen. Sie können ein kleines Netzteil für das Arduino erhalten und es wird Ihren Code ausführen, wenn es eingeschaltet ist. Für dieses Design benötigen Sie also nur ein Netzteil für das Arduino und ein 12-V-Netzteil für die Barrel-Buchse auf Ihrem Steckbrett.

Schritt 5: Alles zusammenfügen

Zu diesem Zeitpunkt sollten Sie die fertige Box mit Wachstumslampen, Bewässerungssystem und Pflanzenbeuteln haben, sodass Sie nur noch alles zusammenstellen müssen.

Diese Phase kann für viele Menschen unterschiedlich sein, abhängig von den Abmessungen der Box und dem Fach für Wasserbehälter, Pumpe und Mikrocontroller.

Da die Wachstumskammer ohne Schwerkraft arbeiten soll, habe ich alle Komponenten im hinteren Fach mit Klettbändern in 15-Pfund-Qualität festgeschnallt

1. Ich benutzte einen Arduino- und Steckbretthalter und die Klettbänder, die am Rahmen und auf der Rückseite des Halters befestigt waren, und montierte sie an der Oberseite des Dateiaufbewahrungsbehälters, der mein hinteres Fach ist. (Bild 2)

2. Dann habe ich Klettbänder auf den Boden der Peristaltikpumpe und den Boden des Fachs gelegt und das gleiche mit dem Wasserbehälter gemacht.

3. Als nächstes kommt das Bewässerungssystem. Ich habe drei T-Stücke verwendet, um den Schlauch von der Peristaltikpumpe in vier Schläuche für die vier Pflanzenbeutel aufzuteilen. (Bild 3)

4. Schließlich platzierte ich die Klettstreifen, um die Pflanzenbeutel an Ort und Stelle zu halten. Da ich die Streifen an einem Netz befestigte, schneide ich Segmente von Industriegurten und klebte sie an der Außenseite des Rahmens gegen die Rückseite der Klettstreifen.

Schritt 6: Einrichten der Pflanzenbeutel und Ausführen

Nachdem das hintere Fach, die Schläuche und die Feuchtigkeitssensoren angebracht sind, müssen nur noch die Pflanzenbeutel, die Schläuche und die Feuchtigkeitssensoren angebracht werden.

Endmontage

1. Legen Sie die Pflanzenbeutel auf die Seite, für die sie bestimmt sind. (Bild 2 zeigt den Prozess)

2. Stecken Sie den Feuchtigkeitssensor in die Tasche mit dem längeren Schlitz, der zuvor gemacht wurde

3. Stecken Sie die Röhrchen durch die kleineren quadratischen Schaumstofföffnungen in die Beutel

4. Stecken Sie die Wachstumslampen in den Timer und stellen Sie sie so ein, dass die Lichter 16 Stunden am Tag leuchten

5. Schließen Sie das 12-V-Netzteil an die Steckbrettbuchse an

6. Stecken Sie Arduino in den Computer (wenn Sie die Ausgänge überwachen möchten) oder das Netzteil und lassen Sie das Programm laufen!

Schritt 7: Ergebnisse

Die ersten Bilder (1-4) oben sind zwei Wochen Wachstum

Der zweite Satz (5-6) stammt vom fünften Tag, als die meisten Pflanzenbeutel sichtbare Sprossen hatten

Das letzte Bild (7) ist vom ersten Tag, an dem das System eingeschaltet wurde

Das Beste an dieser Vorrichtung war, dass ich, wenn ein Beutel mit dem Wachsen fertig war, weil sie mit unterschiedlichen Geschwindigkeiten wuchsen, den Salat entfernen und einen neuen Satz Samen in denselben Beutel einsetzen konnte, ohne die anderen Pflanzen ernten zu müssen, bevor sie fertig waren. In zukünftigen Tests plane ich, die Pflanzung jedes Beutels um zwei Wochen zu verschieben, da es ungefähr 45-55 Tage dauert, bis die meisten Salate reifen. Auf diese Weise habe ich alle zwei Wochen einen Pflanzenbeutel voll ausgewachsenen Salats, der erntebereit ist, und verhindert, dass die anderen Salatpflanzen das Licht zu den anderen Beuteln blockieren, da weniger große Köpfe wachsen.

Zweiter Platz beim Growing Beyond Earth Maker-Wettbewerb