Cámara de crecimiento de plantas automatizada: 7 pasos (con imágenes)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Última modificación: 2024-01-30 08:41

El siguiente proyecto es mi presentación al concurso Growing Beyond Earth Maker en la división de High School.

La cámara de crecimiento de plantas tiene un sistema de riego totalmente automatizado. Usé bombas peristálticas, sensores de humedad y un microcontrolador para regar automáticamente las plantas y mantener el suelo en una humedad óptima. Diseñé mi cámara de crecimiento para que se pudiera cosechar y plantar fácilmente, y así hizo un uso eficiente del espacio en la caja. El diseño flexible permitiría a los astronautas tener un flujo constante de cultivos, pudiendo cosechar una bolsa (aproximadamente 3 cabezas) de lechuga completamente madura cada 10-14 días. Debido a que las semillas germinan en diferentes momentos y crecen a diferentes velocidades, quería crear un sistema en el que las plantas pudieran cosecharse y se pudieran insertar nuevas semillas cuando estuvieran listas, así que diseñé mis bolsas para plantas. La cámara consta de cuatro bolsas de plantas, o un total de 12 hendiduras de plantas, que se pueden quitar, cosechar, se puede insertar una nueva hoja de semillas y la bolsa se puede volver a colocar en el sistema con velcro en solo minutos. Las ranuras de semillas permiten que las semillas se preparen, orienten y peguen con anticipación, y se inserten en la bolsa cuando sea necesario. Las ranuras de las bolsas de plantas se diseñaron para permitir que la planta crezca y evitar que el agua y la suciedad salgan de la bolsa. -Las bolsas estáticas, además de proteger los componentes electrónicos, son superficies espejadas. Entonces, con las bolsas antiestáticas, la luz llegará a todas las plantas / brotes en el sistema y la lechuga no crecerá directamente hacia la luz de crecimiento.

Suministros

Envase:

1. Caja de almacenamiento de archivos acrílicos

2. Contenedor de almacenamiento de metal

3. Organizador de archivos de escritorio

4. Tiras de velcro

5. Grow Light

Bolsas para plantas:

1. Bolsas antiestáticas

2. Cinta de espuma de goma esponjosa (5/16 pulgadas)

3. Papel de germinación

4. Mezcla de suelo grueso

5. Pegamento de semillas (harina y agua)

6. Semillas (utilicé un paquete Mesclun Green)

Sistema de riego:

1. Bomba peristáltica

2. Tubo de silicona para bomba (2 mm x 4 mm)

3. Arduino M0 Pro (cualquier modelo funcionará) y fuente de alimentación

4. Micro USB a USB-A

5. Tablero de pruebas

6. Cables de puente

7. Soldador y soldadura

8. Controlador de puente (utilicé un TA7291P)

9. Sensores de humedad

Puede encontrar unos baratos, pero se corroerán rápidamente por la electrólisis inducida por la corriente y deberán ser reemplazados ya que las lecturas serán malas. La alternativa es utilizar sensores de humedad capacitivos que sean menos propensos a la corrosión o sensores de cátodo-ánodo más costosos

10. Conector de barril de 12 V para placas de prueba y cable

11. Botella de agua con válvula de retención.

Paso 1: ensamble la cámara

Este paso se puede hacer de muchas maneras, pero opté por un contenedor de dos partes porque permitía una mayor flexibilidad. Utilicé el marco de metal que tiene un frente abierto y una parte superior abierta para albergar las bolsas de plantas, el cultivo ligero y el sistema de riego automático. Luego, una vez que las plantas están cargadas, tengo una caja acrílica que se desliza hacia abajo sobre la base de metal.

Pasos:

1. Primero, coloqué la luz de crecimiento en el marco de metal. Perforé dos agujeros en cada lado de la luz (después de asegurarme de no dañar ningún componente) y lo coloqué en la parte frontal de la base. (visto en la imagen 1)

2. Tuve que cortar un agujero en el marco y el acrílico para ajustar el cable de alimentación de la luz (imagen 2-4)

Consejo: para cortar el agujero en el acrílico, hice cuatro agujeros en la esquina del rectángulo que quería cortar y usé una Dremel para conectarlos y hacer un corte limpio.

3. Debido a que compré una bandeja de almacenamiento de archivos para la tapa de acrílico, tuve que quitar los dos labios de los cuales colgar los archivos. Para hacerlo, calenté el plástico y tomé un raspador de pintura y un mazo y golpeé suavemente a lo largo de la pieza separándola lentamente de la caja.

4. Con unos pocos ajustes finales al marco de metal usando un mazo, la parte superior de acrílico encaja perfectamente en la parte superior del marco y la base.

Paso 2: bolsas de plantas

Elegí crear bolsas de plantas en lugar de un sistema hidropónico para permitir una mayor flexibilidad. Las bolsas se pueden preparar con anticipación y se pueden reutilizar fácilmente colocando una nueva semilla y un paquete de papel de germinación en la ranura. Las bolsas se pueden quitar fácilmente y volver a colocar en la cámara con las correas de velcro. Además, debido a que las bolsas son tan fáciles de preparar, se pueden plantar en tiempos de compensación para permitir un flujo constante de cultivos. Cuando se plantan todos a la vez, hay un momento en el que la cámara no tiene cosechas considerables. Entonces, en cambio, sugiero que las bolsas se siembren compensadas por unas pocas semanas para que haya un flujo constante de cultivos cosechables.

Tamaño de la bolsa:

Este paso del proceso es específico para las dimensiones de cada caja de personas. Termino usando dos bolsas de 4x6 y modifiqué dos bolsas de 12x16 para que quepan en la parte trasera y en la parte inferior de mi caja. Las bolsas de 4x6 tenían cremalleras para cerrar, pero las bolsas más grandes no las tenían y las modifiqué. Entonces, utilicé cinta adhesiva de doble cara para cerrar la bolsa desde adentro y usé otra pieza en el exterior para mantenerla doblada hacia atrás (imagen 5)

Montaje de las bolsas:

(vea la imagen 3 para ver el diseño que usé para mis bolsas. Lo diseñé para que las plantas no crezcan en el espacio de las otras y no se sombreen entre sí de la fuente de luz)

1. Corte ranuras de una pulgada en las bolsas antiestáticas (imagen 1)

Usé un cuchillo Xacto y un trozo de cartón para asegurarme de no cortar ambos lados de la bolsa.

2. Corte una pulgada y media de la cinta de espuma y colóquela directamente encima de la hendidura (imagen 2)

3. Con el cuchillo o la hoja Xacto, corte una hendidura de una pulgada en la espuma que esté alineada con la hendidura cortada en la bolsa durante el paso 1 (imagen 2)

4. Repita el mismo proceso en una bolsa pero haga una hendidura más grande para que se ajuste al sensor de humedad.

5. Repita el mismo proceso en todas las bolsas, pero en su lugar, pero en un cuadrado de cinta de espuma y haga una pequeña incisión en forma de X lo suficientemente grande para que quepa en el tubo peristáltico.

Consejo: para los orificios de las mangueras, colóquelos en áreas donde las mangueras no crucen las áreas de crecimiento de la planta y también para que puedan conectarse nuevamente al compartimiento trasero más fácilmente.

Paso 3: hojas de semillas

Los porta-semillas se diseñaron para poder prepararlos con anticipación y apilarlos en el almacenamiento hasta que se vayan a utilizar. Preparé un pegamento simple que no daña las semillas para adherir la semilla al papel de germinación y orientar la radícula de las semillas o apuntar hacia abajo para que las raíces crezcan en la bolsa y el brote salga por la ranura.

Creando los Deslizamientos de Semillas

1. Corte un trozo de papel de germinación (2,5 x 1 pulgada)

2. Mezcle una cucharada de harina con suficiente agua para formar una pasta espesa.

3. Con un palillo, coloque un punto del pegamento de semillas en el centro del papel de germinación.

4. Oriente la semilla con la radícula o la punta hacia abajo y marque / recuerde el extremo al que está orientado porque de aquí es de donde crece la raíz.

5. Dobla el papel de germinación dos veces, haciendo un tríptico con la semilla en el centro.

Paso 4: Sistema de riego automático

El sistema de riego constará de sensores de humedad y bombas peristálticas para regar automáticamente las bolsas de las plantas cuando bajen de un nivel de humedad del 30%. Escribí el código para que el nivel de humedad se verifique en las bolsas después de 8 horas y si el nivel está por debajo del 30%, la bomba se encenderá durante 10 segundos. Para mi bomba y fuente de alimentación, 10 segundos fueron lo suficientemente buenos para aumentar la humedad en las bolsas lo suficiente por encima del 30%, por lo que la bomba se activará cada 16 horas, pero debe probarse y ajustarse para diferentes configuraciones.

Conexiones:

GND al pin 1 del controlador de puente

12V GND para puentear el pin 1 del controlador

5V al pin 7 del controlador de puente (vcc)

D5 al pin 5 del controlador de puente (in1)

D6 al pin 6 del controlador de puente (in2)

Arduino D13 a R1 (si se utiliza el LED externo opcional)

Puentee el pin 2 del controlador (out1) al terminal positivo de la bomba peristáltica

Puente conductor pin 4 (vref) y pin 8 (vs) a 12V pos.

Puente del pin 10 (out2) del controlador al terminal negativo de la bomba peristáltica

Notas:

Los pines 9 y 3 del controlador de puente no se utilizan

El extremo del controlador del puente con la esquina biselada en la parte superior es el pin 1 y el extremo cuadrado es el pin 10

Código:

int IN1Pin = 5; // cambia dependiendo del pin que esté usandoint IN2Pin = 6; // cambia dependiendo del pin que estás usando #defineidity_pin A0

configuración vacía ()

{

Serial.begin (9600);

pinMode (IN1Pin, SALIDA);

pinMode (IN2Pin, SALIDA);

analogWrite (IN1Pin, 0);

analogWrite (IN2Pin, 0);

pinMode (humedad_pin, ENTRADA);

retraso (1000);

}

bucle vacío ()

{

int sensorValue = map (analogRead (humedad_pin), 0, 1023, 100, 0); // mapea lecturas de humedad que son 0-1023 a un porcentaje de 100-0

Serial.print ("El nivel de ocio actual es:");

Serial.print (sensorValue);

Serial.println ("%");

if (sensorValue <30) // si la humedad es inferior al 30 por ciento ejecuta lo siguiente

{

analogWrite (IN1Pin, 255); // 255 pone la bomba a máxima potencia

retraso (10000); // hace funcionar la bomba durante 10 segundos

analogWrite (IN1Pin, 0); // apaga la bomba

Serial.println ("Comprobación de los niveles de humedad en 2 horas");

retraso (28800000); // 8 horas en milisegundos

int sensorValue = map (analogRead (humedad_pin), 0, 1023, 100, 0); // verifica los niveles de humedad

Serial.println (sensorValue); // imprime el nivel de humedad

}

demás

{

Serial.println ("El suelo está húmedo, verifique nuevamente en 1 hora"); // si la humedad del suelo es superior al 30% imprime esta declaración

retraso (3600000); // 1 hora en milisegundos

}

}

Consejo: después de que se cargue el código en Arduino, para aquellos de ustedes que no los hayan usado antes, no es necesario que lo dejen enchufado a su computadora. Puede obtener una pequeña fuente de alimentación para el arduino y ejecutará su código cuando esté encendido. Entonces, para este diseño, todo lo que necesita es una fuente de alimentación para el arduino y una fuente de alimentación de 12v para el conector de barril en su placa de pruebas.

Paso 5: Poniéndolo todo junto

En esta etapa, debe tener la caja completa con luces de cultivo, sistema de riego y bolsas para plantas, de modo que todo lo que queda es juntarlo todo.

Esta etapa puede ser diferente para muchas personas según las dimensiones de la caja y el compartimento para el depósito de agua, la bomba y los microcontroladores.

Debido a que la cámara de crecimiento está diseñada para funcionar sin gravedad, me aseguré de sujetar todos los componentes en el compartimento trasero con tiras de velcro de 15 libras.

1. Usé un soporte Arduino y una placa de pruebas y las correas de velcro unidas al marco y en la parte posterior del soporte y lo monté en la parte superior del contenedor de almacenamiento de archivos que es mi compartimento trasero. (imagen 2)

2. Luego, puse tiras de velcro en la parte inferior de la bomba peristáltica y la base del compartimiento e hice lo mismo con el depósito de agua.

3. A continuación, está el sistema de riego. Usé tres juntas en T para dividir la manguera de la bomba peristáltica en cuatro mangueras para las cuatro bolsas de plantas. (imagen 3)

4. Finalmente, coloqué las tiras de velcro para sujetar las bolsas de plantas en su lugar. Como estaba uniendo las tiras a una malla, corté segmentos de cincha industrial y los pegué al exterior del marco contra la parte posterior de las tiras de velcro.

Paso 6: Configuración de las bolsas para plantas y funcionamiento

Después de que el compartimiento trasero, los tubos y los sensores de humedad estén en su lugar, todo lo que queda es colocar las bolsas de plantas, los tubos y los sensores de humedad.

Montaje final

1. Coloque las bolsas de plantas en el lado para el que fueron diseñadas. (la imagen 2 muestra el proceso)

2. Inserte el sensor de humedad en la bolsa con la hendidura más larga hecha anteriormente.

3. Inserte los tubos en las bolsas a través de los puertos de espuma cuadrados más pequeños.

4. Enchufe las luces de cultivo en el temporizador y configúrelas de modo que las luces estén encendidas durante 16 horas al día.

5. Enchufe la fuente de alimentación de 12v al conector de barril de la placa de pruebas

6. Conecte Arduino a la computadora (si desea monitorear las salidas) o la fuente de alimentación y deje que el programa se ejecute.

Paso 7: resultados

El primer conjunto de imágenes (1-4) de arriba son dos semanas de crecimiento

El segundo conjunto (5-6) es del quinto día cuando la mayoría de las bolsas de plantas tenían brotes visibles.

La última imagen (7) es del primer día que se encendió el sistema

La mejor parte de este artilugio fue que cuando una bolsa terminó de crecer, debido a que estaban creciendo a diferentes velocidades, pude quitar la lechuga e insertar un nuevo conjunto de semillas en la misma bolsa sin tener que cosechar los otros cultivos antes de que estuvieran listos.. En pruebas futuras, planeo compensar la siembra de la siembra de cada bolsa en dos semanas porque la mayoría de las lechugas tarda aproximadamente 45-55 días en madurar. Y al hacer esto, cada dos semanas tendré una bolsa de lechuga completamente desarrollada lista para cosechar y evitará que las otras plantas de lechuga bloqueen la luz de las otras bolsas porque crecerán menos cabezas grandes.

Finalista en el concurso Growing Beyond Earth Maker