Зауыттың ақылды өсу камерасы: 13 қадам

2024 Автор: John Day | [email protected]. Соңғы өзгертілген: 2024-01-30 10:24

Мен жаңа идеяны ұсынамын, ол өсімдіктердің ақылды камерасы. Ғарыш кеңістігінде өсімдіктердің өсуі үлкен ғылыми қызығушылық тудырды. Адамның ғарышқа ұшуы жағдайында оларды тамақ ретінде пайдалануға болады және/немесе сергітетін атмосфераны қамтамасыз етеді. Халықаралық ғарыш станциясында тамақ өсіру үшін өсімдік жастықтарын қолданыңыз.

Сондықтан мен әрі қарай қадам басу туралы ойға келдім.

Ғарышта азық -түлік өсірудегі проблемалар:

Ауырлық:

Ғарышта азық -түлік өсірудің басты кедергісі өсімдіктердің өсуіне бірнеше жолмен әсер етеді: 1 сіз өсімдіктерді дұрыс суара алмайсыз, себебі ауырлық күші жоқ, сондықтан суды су шашатын қондырғылармен және жер бетінде қолданылатын басқа әдеттегі әдістермен қамтамасыз ету мүмкін емес..

2 Ауырлық күші болмағандықтан су өсімдік тамырына жете алмайды.

3 Тамырдың өсуіне гравитация әсер етеді. (өсімдіктің тамыры төмен қарай, ал өсімдік жоғары қарай өседі) Сондықтан өсімдіктердің тамыры ешқашан дұрыс бағытта өспейді.

Радиация:

1. Ғарышта радиация көп, сондықтан өсімдіктерге зиянды.

2. Күн желінің сәулеленуі өсімдіктерге де әсер етеді.

3. Өсімдіктерге зиянды ультракүлгін сәулелердің көптігі.

Температура:

1. Ғарышта температураның өзгеруі көп (температура жүз градусқа дейін және минус жүз градусқа дейін төмендеуі мүмкін).

2. температура судың булануын жоғарылатады, сондықтан өсімдіктер ғарышта өмір сүре алмайды.

Бақылау:

1. Ғарышта өсімдіктерді бақылау өте қиын, себебі адам температура, су және радиация сияқты көптеген факторларды үздіксіз бақылап отырады.

2. Әр түрлі өсімдіктер әр түрлі ресурстарды қажет етеді, егер әр түрлі өсімдіктер болса, бақылау қиынға соғады.

Сондықтан мен барлық кедергілерді жоюға тырысамын деген ойға келдім. Бұл азық -түлікті ғарышта өте төмен бағамен өсіруге арналған камера, онда көптеген қиындықтар еңсерілген барлық ресурстар мен технологиялар бар. Ендеше қарап тұрайық !!!

Бұл камера не істей алады:

1. Ауырлық күшінің әсерін жою.

2. Өсімдіктердің тамырына қажетті сумен қамтамасыз ету. (Басқарылатын - қолмен, автоматты түрде)

3. Фотосинтез үшін өсімдіктерді жасанды жарықпен қамтамасыз ету.

4. Сәулеленудің әсерін азайту.

5. Топырақтың температурасы, ылғалдылығы, қоршаған ортаның температурасы, ылғалдылығы, радиациясы, қысымы сияқты сезгіш орта және компьютерде нақты уақыттағы деректерді көрсету.

1 -қадам: Қажетті компонент:

1. ESP32 (Негізгі өңдеу тақтасы, сіз басқа тақталарды да пайдалана аласыз).

2. DHT11 немесе DHT-22. (DH22 жақсы дәлдікті қамтамасыз етеді)

3. DS18b20 (Су өткізбейтін металл нұсқасы).

4. Топырақтың ылғал сенсоры.

5. Су сорғы. (12 Вольт).

6. Пластмассадан жасалған парақ.

7.12 вольтты тұрақты желдеткіш.

8. Газ датчиктері.

9. ULN2003.

10. Серво қозғалтқышы.

11. Шыны парақ.

12. Электростатикалық парақ.

13. 12 вольтты реле.

14. BMP 180.

15. 7805 Кернеу реттегіші.

16.100uF, 10uF конденсатор.

17. Автомобиль төбесінің шамы (LED немесе CFL). (Түсі әрі қарай анықталады).

18. SMPS қуат көзі (12 вольт - 1А, егер сіз сорғыны бөлек қоректену көзінен 2 амперге дейін жеткізетін болсаңыз)

2 -қадам: Бағдарламалық қамтамасыз ету талаптары:

1. Arduino IDE.

2. LABView

3. ESP32 Arduino IDE -де орнату.

4. ESP32 кітапханалары. (Көптеген кітапханалар Arduino кітапханаларынан өзгеше).

3 -қадам: Контейнер мен суару жүйесін жасаңыз:

Қажеттілікке немесе бос орынға сәйкес кез келген мөлшердегі пластикалық контейнер жасаңыз. Контейнер үшін қолданылатын материал пластик, сондықтан оны сумен жөндеуге болмайды (ол металдардан да жасалуы мүмкін, бірақ ол зымыранның салмақтық шегі болғандықтан бағаны да, салмақты да арттырады)

Мәселе: кеңістікте тартылыс күші жоқ. Су тамшылары ғарышта бос қалады (N. A. S. A суретте көрсетілгендей) және ешқашан топырақтың түбіне жетпейді, сондықтан ғарышта әдеттегі әдістермен суару мүмкін емес.

Сондай -ақ ұсақ бөлшектер ауада жүзетін топырақты құрайды.

Шешім: Мен топыраққа кішкене су құбырларын саламын (оның ұсақ тесіктері бар), ал құбырлар сорғыға бекітілген. Сорғы қосылған кезде құбырдың ұңғымалары топырақ түбіне жетеді, осылайша өсімдік тамырына оңай жетеді.

Кішкене желдеткіш камераның үстіне бекітілген (ауа жоғарыдан төмен қарай ағып тұрады), сондықтан ол кішкене бөлшектерге қысым жасайды және камерадан тыс қалқып кетуден сақтайды.

Енді контейнерге топырақ салыңыз.

4 -қадам: Топырақ датчиктері:

Мен топыраққа екі сенсор енгіземін. Біріншіден, температура сенсоры (DS18b20 су өткізбейтін). Олар топырақ температурасын анықтайды.

Неліктен біз топырақтың температурасы мен ылғалдылығын білуіміз керек?

Жылу көптеген биологиялық процестердің катализаторы болып табылады. Топырақ температурасы төмен болған кезде (және биологиялық процестер баяу), белгілі бір қоректік заттар өсімдіктерге жетпейді немесе аз болады. Бұл әсіресе өсімдіктердегі тамырлар мен жемістердің дамуына ықпал ететін фосфорға қатысты. Сонымен, жылудың болмауы қоректік заттардың аз болуын нашар өсуге әкеледі. Сондай -ақ жоғары температура өсімдіктерге зиянды.

Екінші - ылғалдылық сенсоры. Егер топырақтың ылғалдылығы алдын ала белгіленген шегінен төмендесе, ол ылғалдылықты анықтайды, двигатель жоғарғы шегіне жеткенде автоматты түрде сөнеді. Жоғарғы және төменгі шектер әр өсімдікке байланысты және әр түрлі болады. Нәтижесінде жабық цикл жүйесі пайда болады. Су адамның араласуынсыз автоматты түрде жасалады.

Ескерту. Әр түрлі өсімдіктер үшін әр түрлі су қажеттілігі. Сондықтан судың минималды және максималды деңгейін реттеу қажет. Егер сіз сандық интерфейсті қолдансаңыз, оны потенциометрден жасауға болады, әйтпесе оны бағдарламалау кезінде өзгертуге болады.

5 -қадам: шыны қабырғалар жасау

Контейнердің артқы жағында электростатикалық пленкасы бар қабырғалар бар. Себебі бізді күн желінен қорғайтын магнит өрісі жоқ. Мен қарапайым шыны парақты қолданамын, бірақ оны электростатикалық парақпен жабамын. Электростатикалық парақ күн желінің зарядталған бөлшектерін болдырмайды. Сонымен қатар ғарышқа радиациялық әсерді азайту пайдалы. сонымен қатар топырақ пен су бөлшектерінің ауаға кетуін болдырмайды.

Неліктен бізге электростатикалық қорғаныс қажет?

Жердің балқытылған темір ядросы Жердің айналасындағы кәдімгі магнитке ұқсас магнит өрісінің сызықтарын шығаратын электр тогын жасайды. Бұл магнит өрісі жер бетінен бірнеше мың километрге созылады. Жердің магнит өрісі заряд бөлшектерін күн желі түрінде қайтарады және жер атмосферасына енуге жол бермейді. Бірақ жердің сыртында және басқа планеталарда мұндай қорғаныс жоқ. Бізге, сондай -ақ өсімдіктерді осы заряд бөлшектерінен қорғау үшін бізге басқа жасанды әдіс қажет. Электростатикалық пленка негізінен өткізгіш пленка болып табылады, сондықтан оның ішіне заряд бөлшектерінің енуіне жол бермейді.

6 -қадам: терезе жапқышы:

Әр өсімдіктің күн сәулесінің қажеттілігі бар. Күн сәулесінің ұзақ түсуі және жоғары сәулелену өсімдіктерге зиянды. Ысырманың қанаттары айнаның бүйіріне бекітіледі, содан кейін серво қозғалтқыштарына қосылады. Қанаттың ашылу бұрышы және жарықтың енуіне мүмкіндік береді, ол негізгі өңдеу схемасы арқылы сақталады

Негізгі өңдеу тізбегіне LDR (жарыққа тәуелді резистор) жарықты анықтайтын компонент қосылған. Бұл жүйе қалай жұмыс істейді:

1. Шамадан тыс сәулелену мен жарықта (оны LDR анықтайды) ол қанаттарын жауып, ішке енетін жарықты жояды. 2. Әр өсімдіктің күн сәулесіне деген қажеттілігі бар. Жел жабылғаннан кейін күн сәулесінің түсуіне мүмкіндік беретін негізгі өңдеу схемасы. Ол камераға қосымша жарық түсуін болдырмайды.

7 -қадам: Қоршаған ортаны бақылау және бақылау:

Әр түрлі өсімдіктер температура мен ылғалдылық сияқты қоршаған ортаның әр түрлі жағдайын қажет етеді.

Температура: қоршаған ортаның температурасын сезіну үшін DHT-11 сенсоры қолданылады (DHT 22 жоғары дәлдікке жету үшін пайдаланылуы мүмкін). Температура белгіленген шектен жоғарыласа немесе төмендегенде, ол сыртқы желдеткішті ескертеді және қосады.

Неліктен біз температураны ұстап тұруымыз керек?

Ғарыш кеңістігіндегі температура қараңғы жақта (күн сәулесі түспейтін жерде) 2,73 Кельвин (-270,42 Цельсий, -454,75 Фаренгейт). Күнге қарайтын бет температурасы шамамен 121 С (250 градус F) ыстық температураға жетуі мүмкін.

Ылғалдылықты сақтау:

Ылғалдылық - ауаның белгілі бір температурада ұстай алатын су буының максималды мөлшеріне қатысты ауадағы су буының мөлшері.

Неліктен біз ылғалдылықты сақтауымыз керек?

Ылғалдылық деңгейі жапырақтардың астыңғы жағында өсімдіктердің қашан және қалай ашылатынына әсер етеді. Өсімдіктер «дем алу» үшін стоматаны қолданады. Ауа райы жылы болған кезде өсімдік су шығынын азайту үшін стоматасын жабуы мүмкін. Стоматалар салқындату механизмі ретінде де әрекет етеді. Егер өсімдіктер үшін қоршаған орта жағдайлары тым жылы болса және ол суды үнемдеу үшін стоматасын тым ұзақ жауып тастаса, онда көмірқышқыл газы мен оттегі молекулаларын жылжытуға ешқандай мүмкіндік болмайды, осылайша өсімдіктің су буы мен меншікті газдардан тұншығуына әкеледі..

Булануға байланысты (өсімдік пен топырақтан) ылғалдылық тез өседі. Бұл өсімдіктерге ғана емес, сонымен қатар сенсор мен шыны айнаға да зиянды. Оны екі жолмен елемеуге болады.

1. Беттің жоғарғы жағындағы пластикалық қағаз ылғалдылықты оңай болдырмайды. Пластмассадан жасалған қағаз топырақтың үстіңгі бетіне таралады, оның астына субстрат пен тұқым ашылады (онда өсімдіктер өседі). Бұл суару кезінде де пайдалы.

Бұл әдістің мәселесі - тамыры үлкен өсімдіктерге топыраққа және тамырға ауа қажет. Полиэтилен пакет тамырын толығымен алу үшін ауаны тоқтатады.

2. Кішкене желдеткіштер камераның жоғарғы төбесіне бекітілген. Камерадағы ылғалдылық-кіріктірілген гигрометр (DHT-11 және DHT-22). Ылғалдылық шекті желдеткіштерден автоматты түрде қосылады, төменгі шекті желдеткіштер тоқтатылады.

8 -қадам: ауырлық күшін жою:

Гравитацияға байланысты сабақтар жоғары қарай немесе Жердің орталығынан алыста және жарыққа қарай өседі. Тамырлар төмен қарай немесе Жердің ортасына қарай және жарықтан алыс жерде өседі. Гравитациясыз өсімдік өзіне бағдарлау қабілетін мұра етпеді.

Ауырлық күшін жоюдың екі әдісі бар

1. Жасанды тартылыс күші:

Жасанды тартылыс-бұл тартылыс күшінің әсерін имитациялайтын инерция күшін құру, әдетте айналу нәтижесінде центрден тепкіш күштерді шығарады. Бұл процесті жалған гравитация деп те атайды.

Бұл әдіс өте қымбат және өте қиын. сәтсіздікке ұшырау мүмкіндігі тым көп. Сонымен қатар, бұл әдіс жер бетінде дұрыс тексерілмейді.

2. Субстрат қолдану: Бұл өте қарапайым әдіс, сонымен қатар матаға тиімді. Тұқымдар суретте көрсетілгендей тамырлар мен жапырақтарға дұрыс бағыт беретін субстрат тұқымы деп аталатын кішкене пакеттің ішінде сақталады. Бұл тамырларды төмен қарай өсіруге және жапырақтарды жоғары қарай отырғызуға көмектеседі.

Бұл саңылаулары бар шүберек. Тұқым ішінде болғандықтан, ол судың енуіне мүмкіндік береді, сонымен қатар тамырлардың топыраққа енуіне мүмкіндік береді. Тұқым топырақ астында 3-4 дюйм тереңдікте сақталады.

Тұқымды топырақтың астына қалай қою керек және өз орнын сақтап қалу керек пе?

Мен ұзындығы 4-5 дюйм болатын пластикалық парақты кесіп, оның алдында ойық жасаймын. Бұл құралды матаның жартысына (ойық жағы) қойыңыз. Тұқымды ойыққа салыңыз да, шүберекті ораңыз. Енді бұл құралды топыраққа салыңыз. Құралды топырақтан алыңыз, сонда тұқым мен субстрат топыраққа түседі.

9 -қадам: Жасанды күн сәулесі:

Ғарышта күн сәулесінің түсуі мүмкін емес, сондықтан жасанды күн сәулесі қажет болуы мүмкін. Мұны CFL және жаңадан келетін жарықдиодты шамдар жасайды. Мен көк және қызыл түсті CFL жарығын қолданамын, ол соншалықты ашық емес. Бұл шамдар камераның жоғарғы төбесіне орнатылған. Бұл жарықтың толық спектрін қамтамасыз етеді (CFL жоғары температуралы жарық қажет болғанда қолданылады, ал жарық диодты қондырғылар жылытуды немесе төмен жылытуды қажет етпейтін кезде қолданылады. Оны қолмен басқаруға болады, қашықтан автоматты түрде (негізгі өңдеу схемасы басқарылады).

Неліктен мен көк және қызыл түстердің комбинациясын қолданамын?

Көгілдір жарық хлорофиллдердің сіңіру шыңына сәйкес келеді, олар қант пен көміртекті алу үшін фотосинтез жасайды. Бұл элементтер өсімдіктердің өсуі үшін өте қажет, себебі бұл өсімдік жасушаларының құрылыс материалы. Алайда, көгілдір жарық фотосинтез жүргізу үшін қызыл шамға қарағанда тиімді емес. Бұл көк түсті каротиноидтар сияқты тиімділігі төмен пигменттермен және антоцианиндер сияқты белсенді емес пигменттермен сіңірілуі мүмкін. Нәтижесінде хлорофилл пигменттеріне айналдыратын көк жарық энергиясының төмендеуі байқалады. Бір таңқаларлығы, кейбір түрлер тек көгілдір жарықпен өсірілгенде, өсімдік биомассасы (салмағы) мен фотосинтез жылдамдығы жай ғана қызыл жарықта өсірілген өсімдікке ұқсайды.

10 -қадам: визуалды бақылау:

Мен LABview -ды деректерді визуалды бақылау мен бақылау үшін қолданамын, себебі LABview өте икемді бағдарламалық жасақтама. Бұл жоғары жылдамдықтағы деректерді жинау және жұмыс істеу оңай. Ол негізгі өңдеу схемасына сымды немесе сымсыз қосылуы мүмкін. Негізгі өңдеу тізбегінен (ESP-32) алынған мәліметтер LABview дисплейінде пішімделген.

Орындалатын қадамдар:

1. LABview орнатыңыз және жүктеңіз. (Arduino қондырмаларын орнатудың қажеті жоқ)

2. Төменде берілген vi кодын іске қосыңыз.

3. USB портын компьютерге қосыңыз.

4. Arduino кодын жүктеңіз.

5. COM порт сіздің зертханалық көріністе (егер Linux және MAC терезелері «dev/tty») және индикатор сіздің портыңыздың қосылғанын немесе қосылмағанын көрсетеді.

6. Аяқтаңыз !! Экранда әр түрлі сенсорлардан алынған мәліметтер.

11 -қадам: Жабдықты дайындау (схема):

Электр схемасы суретте көрсетілген. төменде берілген PDF файлын жүктеуге болады.

Ол келесі бөліктерден тұрады:

Негізгі өңдеу схемасы:

Arduino-мен үйлесімді кез келген тақтаны arduino uno, nano, mega, nodeMCU және STM-32 сияқты қолдануға болады. бірақ ESP-32 келесі себептерге байланысты қолданылады:

1. Ішкі температура сенсоры бар, сондықтан жоғары температуралық жағдайда процессорды терең ұйқы режиміне қоюға болады.

2. Негізгі процессор металдан қорғалған, сондықтан радиациялық әсер аз.

3. Ішкі зал эффект сенсоры схеманың айналасындағы магнит өрісін анықтау үшін қолданылады.

Сенсорлық бөлім:

Барлық сенсорлар 3,3 вольтты қуат көзінде жұмыс істейді. ESP-32 ішіндегі кернеу реттегіші төмен ток береді, сондықтан оны қызып кетуі мүмкін. Бұған жол бермеу үшін LD33 кернеу реттегіші қолданылады.

Түйін: Мен 3,3 вольтты қоректендіруді қолдандым, себебі ESP-32 қолданылған (nodeMCU мен STM-32 үшін де солай). Сіз arduino қолдансаңыз, сіз 5 вольтты да қолдана аласыз

Негізгі қуат көзі:

12 вольтты 5 амперлік SMPS қолданылады. Сіз сондай -ақ трансформатормен реттелетін қуат көзін қолдана аласыз, бірақ ол сызықтық қоректену болып табылады, сондықтан ол белгілі бір кіріс кернеуіне арналған, сондықтан 220 вольтты 110 вольтке ауыстырған кезде шығыс өзгереді. (ХСЖ -де 110 вольтты ток бар)

12 -қадам: Бағдарламалық жасақтаманы дайындаңыз:

Орындалатын қадамдар:

1. Arduino орнату: Егер сізде arduino болмаса, оны сілтемеден жүктеуге болады

www.arduino.cc/kz/main/software

2. Егер сізде NodeMCU болса, оны arduino көмегімен қосу үшін мына қадамдарды орындаңыз:

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

3. Егер сіз ESP-32 қолдансаңыз, оны arduino көмегімен қосу үшін мына қадамдарды орындаңыз:

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

4. Егер сіз ESP-32 қолдансаңыз (қарапайым DHT11 кітапханасы ESP-32-мен дұрыс жұмыс істей алмайды) мына жерден жүктей аласыз:

github.com/beegee-tokyo/DHTesp

13 -қадам: LABview дайындаңыз:

1. Осы сілтемеден LABview жүктеп алыңыз

www.ni.com/en-in/shop/labview.html?

2. vi файлын жүктеңіз.

3. USB портын қосыңыз. Көрсеткіш порты қосылған немесе қосылмаған.

жасалды !!!!