Intelligente Pflanzenwachstumskammer - Gunook

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

Ich habe eine neue Idee, die eine intelligente Pflanzenwachstumskammer ist. Das Wachstum von Pflanzen im Weltraum hat viel wissenschaftliches Interesse geweckt. Im Rahmen der bemannten Raumfahrt können sie als Nahrung verzehrt werden und/oder für eine erfrischende Atmosphäre sorgen. Derzeit N. A. S. A. Verwenden Sie Pflanzenkissen, um in der Internationalen Raumstation Nahrung anzubauen.

So komme ich auf die Idee, weiter zu gehen.

Probleme beim Anbau von Nahrung im Weltraum:

Schwere:

Es ist das Haupthindernis, Nahrung im Weltraum anzubauen, es beeinflusst das Wachstum von Pflanzen auf verschiedene Weise: 1 Sie können die Pflanzen nicht richtig gießen, da es keine Schwerkraft gibt, so dass Wasser nicht durch Wassersprinkler und andere herkömmliche Methoden, die auf der Erde verwendet werden, bereitgestellt werden kann.

2 Wasser kann nicht bis zu den Wurzeln der Pflanze gelangen, da es keine Schwerkraft gibt.

3 Das Wurzelwachstum wird auch durch die Schwerkraft beeinflusst. (Pflanzenwurzeln gehen nach unten und Pflanzen wachsen nach oben) So wachsen Pflanzenwurzeln nie in die richtige Richtung.

Strahlung:

1. Es gibt viel Strahlung im Weltraum und ist daher für Pflanzen schädlich.

2. Strahlung aus Sonnenwind wirkt sich auch auf Pflanzen aus.

3. Viele ultraviolette Strahlen, die auch für Pflanzen schädlich sind.

Temperatur:

1. Es gibt viele Temperaturschwankungen im Weltraum (die Temperatur kann bis zu 100 Grad und bis zu minus 100 Grad betragen).

2. Temperaturerhöhung Wasserverdunstung, so dass Pflanzen im Weltraum nicht überleben können.

Überwachung:

1. Die Überwachung von Pflanzen ist im Weltraum sehr schwierig, da die Person viele Faktoren wie Temperatur, Wasser und Strahlung ständig überwacht.

2. Unterschiedliche Anlagen erfordern unterschiedliche Ressourcenanforderungen. Bei unterschiedlichen Anlagen wird die Überwachung schwieriger.

Also komme ich auf die Idee, dass der Versuch, all diese Hindernisse zu beseitigen. Es ist eine Kammer für den Anbau von Nahrung im Weltraum zu sehr geringen Kosten. Es enthält alle Ressourcen und Technologien, die eingebaut sind, um viele Schwierigkeiten zu überwinden. Also lasst uns anstarren !!!

Was diese Kammer kann:

1. Beseitigen Sie die Wirkung der Schwerkraft.

2. Versorgung der Pflanzenwurzeln mit richtigem Wasser. (Steuerbar - Manuell, automatisch)

3. Bereitstellung von künstlicher Beleuchtung für Pflanzen für die Photosynthese.

4. Minimieren Sie die Strahlungswirkung.

5. Erfassung der Umgebung wie Bodentemperatur, Feuchtigkeit, Umgebungstemperatur, Feuchtigkeit, Strahlung, Druck und Anzeige von Echtzeitdaten auf dem Computer.

Schritt 1: Erforderliche Komponente:

1. ESP32 (Main Processing Board Sie können auch andere Boards verwenden).

2. DHT11 oder DHT-22. (DH22 bietet eine bessere Genauigkeit)

3. DS18b20 (wasserdichte Metallversion).

4. Bodenfeuchtesensor.

5. Wasserpumpe. (12Volt).

6. Plastikfolie.

7,12 Volt DC-Lüfter.

8. Gassensoren.

9. ULN2003.

10. Servomotor.

11. Glasscheibe.

12. Elektrostatisches Blatt.

13. 12-Volt-Relais.

14. BMP 180.

15. 7805 Spannungsregler.

16.100uF, 10uF Kondensator.

17. Autodachleuchte (LED oder CFL). (Farbe weiter definiert).

18. SMPS-Stromversorgung (12 Volt - 1 A, wenn Sie die Pumpe über eine separate Stromversorgung betreiben, ansonsten bis zu 2 Ampere Stromversorgung)

Schritt 2: Software-Anforderung:

1. Arduino-IDE.

2. LABView

3. ESP32-Installation in der Arduino-IDE.

4. ESP32-Bibliotheken. (Viele Bibliotheken unterscheiden sich von Arduino-Bibliotheken).

Schritt 3: Behälter und Bewässerungssystem herstellen:

Stellen Sie je nach Bedarf oder Platz einen Kunststoffbehälter beliebiger Größe zur Verfügung. Das für den Behälter verwendete Material ist Kunststoff, kann also nicht durch Wasser entsorgt werden (es kann auch aus Metallen hergestellt werden, aber es erhöht die Kosten und auch das Gewicht, da es eine Gewichtsbeschränkung für die Rakete gibt)

Problem: Es gibt keine Schwerkraft im Weltraum. Wassertropfen bleiben im Weltraum frei (wie im Bild von N. A. S. A. gezeigt) und erreichen nie den Boden des Bodens, so dass eine Bewässerung mit herkömmlichen Methoden im Weltraum nicht möglich ist.

Auch kleine Partikel bilden in der Luft schwebenden Boden.

Lösung: Ich stecke kleine Wasserrohre in den Boden (es hat kleine Löcher) in der Mitte und die Rohre sind an der Pumpe befestigt.

Ein kleiner Ventilator ist oben auf der Kammer angebracht (Luft strömt von oben nach unten), so dass kleine Partikel unter Druck gesetzt werden und nicht außerhalb der Kammer schweben.

Geben Sie nun Erde in den Behälter.

Schritt 4: Bodensensoren:

Ich stecke zwei Sensoren in den Boden. Der erste ist der Temperatursensor (DS18b20 Waterproof). Welche Bodentemperatur erkennen.

Warum müssen wir Temperatur und Feuchtigkeit des Bodens kennen?

Wärme ist der Katalysator für viele biologische Prozesse. Bei niedrigen Bodentemperaturen (und langsamen biologischen Prozessen) werden bestimmte Nährstoffe für Pflanzen nicht oder weniger verfügbar gemacht. Dies gilt insbesondere für Phosphor, der bei Pflanzen maßgeblich für die Förderung der Wurzel- und Fruchtentwicklung verantwortlich ist. Keine Hitze bedeutet also, dass weniger Nährstoffe zu schlechtem Wachstum führen. Auch hohe Temperaturen sind schädlich für Pflanzen.

Der zweite ist der Feuchtigkeitssensor. Das erkennt die Feuchtigkeit des Bodens, wenn die Feuchtigkeit im Boden von einem vordefinierten Grenzwert abnimmt, der Motor schaltet sich ein, wenn die Feuchtigkeit seinen oberen Grenzwert erreicht, schaltet sich der Motor automatisch aus. Obergrenze und Untergrenze hängen von Pflanze zu Pflanze ab und variieren. Dies führt zu einem geschlossenen Regelkreis. Wasser wird automatisch ohne Eingreifen der Person durchgeführt.

Notiz. Wasserbedarf für verschiedene Pflanzen unterschiedlich. Es ist also erforderlich, den minimalen und maximalen Wasserstand anzupassen. Dies kann über das Potentiometer erfolgen, wenn Sie eine digitale Schnittstelle verwenden, andernfalls kann es in der Programmierung geändert werden.

Schritt 5: Glaswände herstellen

Auf der Rückseite des Behälters befinden sich Wände mit elektrostatischer Folie. Denn es gibt kein Magnetfeld, das uns vor Sonnenwinden schützt. Ich verwende eine einfache Glasplatte, bedecke sie aber mit einer elektrostatischen Platte. Elektrostatische Folie verhindert Ladungsteilchen des Sonnenwinds. Es ist auch hilfreich, die Strahlungswirkung im Weltraum zu minimieren. Es verhindert auch, dass Boden- und Wasserpartikel in die Luft schweben.

Warum brauchen wir elektrostatischen Schutz?

Der geschmolzene Eisenkern der Erde erzeugt elektrische Ströme, die magnetische Feldlinien um die Erde herum erzeugen, ähnlich denen, die mit einem gewöhnlichen Stabmagneten verbunden sind. Dieses Magnetfeld erstreckt sich mehrere tausend Kilometer von der Erdoberfläche entfernt. Das Erdmagnetfeld stößt Ladungsteilchen in Form von Sonnenwind ab und verhindert das Eindringen in die Erdatmosphäre. Aber außerhalb der Erde und auf anderen Planeten gibt es keinen solchen Schutz. Wir brauchen also andere künstliche Methoden, um uns und Pflanzen vor diesen Ladungsteilchen zu schützen. Der elektrostatische Film ist im Grunde ein leitfähiger Film, so dass er keine Ladungsteilchen in das Innere eindringt.

Schritt 6: Fensterladen bauen:

Jede Pflanze hat ihren eigenen Bedarf an Sonnenlicht. Lange Sonneneinstrahlung und hohe Strahlung auch schädlich für Pflanzen. Rollladenflügel werden an der Außenseite des Spiegels angebracht und dann mit Servomotoren verbunden. Öffnungswinkel des Flügels und Lichteinfall, der von der Hauptverarbeitungsschaltung aufrechterhalten wird

Eine lichtdetektierende Komponente LDR (lichtabhängiger Widerstand) ist mit der Hauptverarbeitungsschaltung verbunden. Funktionsweise dieses Systems:

1. Bei übermäßiger Strahlung und Licht (was von LDR erkannt wird) schließt es die Flügel und verhindert das Eindringen von Licht. 2. Jede Pflanze hat ihren eigenen Bedarf an Sonnenlicht. Die Hauptverarbeitungsschaltung notiert die Zeit, um Sonnenlicht nach dieser bestimmten Zeit zuzulassen, zu der die Winde geschlossen sind. Es vermeidet zusätzliche Beleuchtung, um in die Kammer zu gelangen.

Schritt 7: Umgebungserfassung und -steuerung:

Unterschiedliche Pflanzen erfordern unterschiedliche Umgebungsbedingungen wie Temperatur und Luftfeuchtigkeit.

Temperatur: Zur Erfassung der Umgebungstemperatur wird der DHT-11-Sensor verwendet (DHT 22 kann verwendet werden, um eine hohe Genauigkeit zu erreichen). Wenn die Temperatur vom vorgeschriebenen Grenzwert steigt oder sinkt, warnt es und schaltet den Außenlüfter ein.

Warum müssen wir die Temperatur halten?

Die Temperatur im Weltraum beträgt 2,73 Kelvin (-270,42 Celsius, -454,75 Fahrenheit) auf der dunklen Seite (wo die Sonne nicht scheint). Auf der der Sonne zugewandten Seite kann die Temperatur brütend heiße Temperaturen von etwa 121 ° C (250 ° F) erreichen.

Luftfeuchtigkeit halten:

Die Luftfeuchtigkeit ist die Menge an Wasserdampf in der Luft im Verhältnis zur maximalen Wasserdampfmenge, die die Luft bei einer bestimmten Temperatur halten kann.

Warum müssen wir die Luftfeuchtigkeit aufrechterhalten?

Die Luftfeuchtigkeit beeinflusst, wann und wie Pflanzen die Spaltöffnungen an der Unterseite ihrer Blätter öffnen. Pflanzen verwenden Spaltöffnungen, um zu transpirieren oder zu „atmen“. Bei warmem Wetter kann eine Pflanze ihre Spaltöffnungen schließen, um den Wasserverlust zu reduzieren. Die Spaltöffnungen dienen auch als Kühlmechanismus. Wenn die Umgebungsbedingungen für eine Pflanze zu warm sind und sie ihre Spaltöffnungen zu lange schließt, um Wasser zu sparen, hat sie keine Möglichkeit, Kohlendioxid- und Sauerstoffmoleküle zu bewegen, was dazu führt, dass die Pflanze langsam an Wasserdampf und ihren eigenen ausgeatmeten Gasen erstickt.

Durch Verdunstung (von Pflanzen und Boden) steigt die Luftfeuchtigkeit schnell an. Es ist nicht nur schädlich für Pflanzen, sondern auch schädlich für Sensor und Glasspiegel. Es kann auf zwei Arten vernachlässigt werden.

1. Plastikpapier auf der Oberfläche verhindert Feuchtigkeit leicht. Plastikpapier wird auf der oberen Oberfläche des Bodens mit einer Öffnung für Substrat und Saatgut (Pflanze wachsen darin) ausgebreitet. Es ist auch beim Gießen hilfreich.

Das Problem dieser Methode ist, dass die Pflanzen mit größeren Wurzeln Luft in Erde und Wurzeln benötigen. Plastiktüte stoppt die Luft, um seine Wurzeln vollständig zu erreichen.

2. Auf dem Dach der Kammer sind kleine Ventilatoren angebracht. Die Feuchtigkeit in der Kammer wird durch das eingebaute Hygrometer (DHT-11 und DHT-22) erfasst. Wenn die Luftfeuchtigkeit durch den Grenzwert ansteigt, werden die Lüfter automatisch eingeschaltet, die Lüfter bei der unteren Grenze werden gestoppt.

Schritt 8: Beseitigen Sie die Schwerkraft:

Aufgrund der Schwerkraft wachsen Stängel nach oben oder vom Erdmittelpunkt weg und in Richtung Licht. Wurzeln wachsen nach unten oder zum Mittelpunkt der Erde und weg vom Licht. Ohne Schwerkraft erbte die Pflanze nicht die Fähigkeit, sich zu orientieren.

Es gibt zwei Methoden, um die Schwerkraft zu eliminieren

1. Künstliche Schwerkraft:

Künstliche Gravitation ist die Erzeugung einer Trägheitskraft, die die Auswirkungen einer Gravitationskraft nachahmt, normalerweise durch Rotation zur Erzeugung von Zentrifugalkräften. Dieser Prozess wird auch als Pseudogravitation bezeichnet.

Diese Methode ist zu teuer und sehr schwierig. die Wahrscheinlichkeit des Scheiterns ist zu groß. Auch diese Methode kann auf der Erde nicht richtig getestet werden.

2. Substrat verwenden: Dies ist eine zu einfache Methode und auch tuchwirksam. Die Samen werden in einem kleinen Beutel aufbewahrt, der als Substrat bezeichnet wird. Samen werden unter dem Substrat aufbewahrt, das den Wurzeln und Blättern die richtige Richtung gibt, wie im Bild gezeigt. Es hilft, Wurzeln nach unten zu ziehen und Blätter nach oben zu pflanzen.

Es ist ein Tuch mit Löchern. Da sich Samen im Inneren befinden, kann Wasser eindringen und Wurzeln können herauskommen und in den Boden eindringen. Das Saatgut wird unter 3 bis 4 Zoll Tiefe unter der Erde gehalten.

Wie man Saatgut unter den Boden legt und seine Position behält?

Ich schneide Plastikfolie mit einer Länge von 4 bis 5 Zoll und bilde eine Nut darauf. Legen Sie dieses Werkzeug auf die halbe Länge dieses Tuchs (Nutseite). Setzen Sie den Samen in die Rille und wickeln Sie das Tuch um. Stecken Sie dieses Werkzeug nun in den Boden. Holen Sie das Werkzeug aus dem Boden, damit Saatgut und Substrat in den Boden gelangen.

Schritt 9: Künstliches Sonnenlicht:

Im Weltraum ist nicht die ganze Zeit Sonnenlicht möglich, daher kann künstliches Sonnenlicht erforderlich sein. Dies geschieht durch CFL und neu kommende LED-Leuchten. Ich verwende CFL-Licht, das in der Farbe Blau und Rot nicht zu hell ist. Diese Lichter sind auf dem Dach der Kammer montiert. Dies bietet das volle Lichtspektrum (CFLs werden verwendet, wenn Licht mit hoher Temperatur benötigt wird, wohingegen LEDs verwendet werden, wenn Pflanzen keine oder niedrige Heizung benötigen. Dies kann manuell, ferngesteuert oder automatisch gesteuert werden (gesteuert durch den Hauptverarbeitungskreislauf)..

Warum verwende ich eine Kombination aus blauer und roter Farbe?

Blaues Licht passt zum Absorptionspeak von Chlorophyllen, die Photosynthese betreiben, um Zucker und Kohlenstoff zu produzieren. Diese Elemente sind essentiell für das Pflanzenwachstum, denn sie sind die Bausteine für Pflanzenzellen. Blaues Licht ist jedoch weniger effektiv als rotes Licht, um die Photosynthese anzutreiben. Dies liegt daran, dass blaues Licht von Pigmenten mit geringerer Effizienz wie Carotinoiden und inaktiven Pigmenten wie Anthocyanen absorbiert werden kann. Als Ergebnis kommt es zu einer Reduzierung der blauen Lichtenergie, die es zu den Chlorophyllpigmenten schafft. Überraschenderweise ähneln Pflanzenbiomasse (Gewicht) und Photosyntheserate, wenn einige Arten nur mit blauem Licht gezüchtet werden, denen einer Pflanze, die nur mit rotem Licht gezüchtet wird.

Schritt 10: Visuelle Überwachung:

Ich verwende LABview zur visuellen Überwachung von Daten und zur Kontrolle, auch weil LABview eine sehr flexible Software ist. Es Hochgeschwindigkeitsdatenerfassung und einfach zu benützen. Es kann drahtgebunden oder drahtlos an die Hauptverarbeitungsschaltung angeschlossen werden. Daten, die von der Hauptverarbeitungsschaltung (ESP-32) kommen, werden formatiert und in LABview angezeigt.

Zu befolgende Schritte:

1. LABview installieren und herunterladen. (keine Notwendigkeit, Arduino Add-ons zu installieren)

2. Führen Sie den unten angegebenen vi-Code aus.

3. Verbinden Sie den USB-Port mit Ihrem PC.

4. Arduino-Code hochladen.

5. COM-Port wird in Ihrem Labview angezeigt (wenn Windows für Linux und MAC "dev/tty") und die Anzeige zeigt an, dass Ihr Port verbunden ist oder nicht.

6. Fertig!! Daten von verschiedenen Sensoren werden auf dem Bildschirm angezeigt.

Schritt 11: Hardware vorbereiten (Schaltung):

Der Schaltplan ist in der Abbildung dargestellt. Sie können auch das unten angegebene PDF herunterladen.

Es besteht aus folgenden Teilen:

Hauptverarbeitungskreis:

Jedes arduino-kompatible Board kann verwendet werden, wie arduino uno, nano, mega, nodeMCU und STM-32. aber ESP-32 wird aus folgendem Grund verwendet:

1. Es hat einen eingebauten Temperatursensor, so dass der Prozessor bei hohen Temperaturen in den Tiefschlafmodus versetzt werden kann.

2. Der Hauptprozessor ist mit Metall abgeschirmt, so dass weniger Strahlungseffekte auftreten.

3. Der interne Hall-Effekt-Sensor wird verwendet, um das Magnetfeld um die Schaltung herum zu erkennen.

Sensorabschnitt:

Alle Sensoren laufen mit 3,3 Volt Stromversorgung. Der Spannungsregler im ESP-32 liefert einen niedrigen Strom, sodass er überhitzt werden kann. Um dies zu vermeiden, wird der Spannungsregler LD33 verwendet.

Knoten: Ich habe eine 3,3-Volt-Versorgung angelegt, weil ESP-32 verwendet wird (auch für nodeMCU und STM-32). Wenn Sie Arduino verwenden, können Sie auch 5 Volt verwenden

Hauptstromversorgung:

12 Volt 5 Ampere SMPS wird verwendet. Sie können auch ein geregeltes Netzteil mit Transformator verwenden, aber es handelt sich um eine lineare Stromversorgung, die für eine bestimmte Eingangsspannung ausgelegt ist, sodass der Ausgang beim Umschalten von 220 Volt auf 110 Volt geändert wird. (110-Volt-Versorgung ist in ISS verfügbar)

Schritt 12: Software vorbereiten:

Zu befolgende Schritte:

1. Arduino installieren: Wenn Sie kein Arduino haben, können Sie es über den Link herunterladen

www.arduino.cc/en/main/software

2. Wenn Sie NodeMCU haben Befolgen Sie diese Schritte, um es mit arduino hinzuzufügen:

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

3. Wenn Sie ESP-32 verwenden Befolgen Sie diese Schritte, um es mit Arduino hinzuzufügen:

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

4. Wenn Sie ESP-32 verwenden (einfache DHT11-Bibliothek kann nicht richtig mit ESP-32 arbeiten), können Sie es hier herunterladen:

github.com/beegee-tokyo/DHTesp

Schritt 13: LABview vorbereiten:

1. Laden Sie LABview von diesem Link herunter

www.ni.com/en-in/shop/labview.html?cid=Paid_Search-129008-India-Google_ESW1_labview_download_exact&gclid=Cj0KCQjw4s7qBRCzARIsAimcAxY0WhS0V5T275xQrIi9DGSYaVCymaIgS0

2. Laden Sie die vi-Datei herunter.

3. Schließen Sie den USB-Port an. Die Anzeige zeigt an, dass der Port angeschlossen ist oder nicht.

getan!!!!