Cámara de crecimiento de plantas inteligente: 13 pasos

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

Se me ocurre una nueva idea que es una cámara de crecimiento de plantas inteligente. El crecimiento de plantas en el espacio exterior ha despertado mucho interés científico. En el contexto de los vuelos espaciales tripulados, pueden consumirse como alimento y / o proporcionar una atmósfera refrescante. use almohadas de plantas para cultivar alimentos en la Estación Espacial Internacional.

Así que se me ocurrió la idea de dar un paso más.

Problemas para cultivar alimentos en el espacio:

Gravedad:

Es el principal obstáculo para cultivar alimentos en el espacio; afecta el crecimiento de las plantas de varias maneras: 1 no se puede regar las plantas adecuadamente porque no hay gravedad, por lo que el agua no puede ser proporcionada por aspersores de agua y otros métodos convencionales que se utilizan en la tierra..

2 El agua no puede llegar a las raíces de la planta porque no hay gravedad.

3 El crecimiento de las raíces también se ve afectado por la gravedad. (las raíces de la planta van hacia abajo y la planta crece hacia arriba) Por lo tanto, las raíces de las plantas nunca crecen en la dirección correcta.

Radiación:

1. Hay mucha radiación en el espacio, por lo que es dañina para las plantas.

2. La radiación del viento solar también afecta a las plantas.

3. Muchos rayos ultravioleta también dañinos para las plantas.

Temperatura:

1. Hay mucha variación de temperatura en el espacio (la temperatura puede subir hasta cien grados y bajar hasta menos cien grados).

2. La temperatura aumenta la evaporación del agua por lo que las plantas no pueden sobrevivir en el espacio.

Vigilancia:

1. El monitoreo de plantas es muy difícil en el espacio porque la persona monitorea continuamente muchos factores como la temperatura, el agua y la radiación.

2. Diferentes plantas requieren diferentes necesidades de recursos. Si hay diferentes plantas, el monitoreo se vuelve más difícil.

Entonces se me ocurrió la idea de que tratar de eliminar todos estos obstáculos. Es una cámara para el cultivo de alimentos en el espacio a muy bajo costo. Contiene todos los recursos y tecnología incorporados en los que se superan muchas dificultades. ¡Así que miremos!

De lo que es capaz esta cámara:

1. Elimina el efecto de la gravedad.

2. Proporcionar agua adecuada a las raíces de las plantas. (Controlable: manual, automáticamente)

3. Proporcionar iluminación artificial a las plantas para la fotosíntesis.

4. Minimice el efecto de la radiación.

5. Entorno de detección, como temperatura del suelo, humedad, temperatura ambiental, humedad, radiación, presión y visualización de datos en tiempo real en la computadora.

Paso 1: Componente requerido:

1. ESP32 (placa de procesamiento principal también puede utilizar otras placas).

2. DHT11 o DHT-22. (DH22 proporciona una mejor precisión)

3. DS18b20 (versión metálica a prueba de agua).

4. Sensor de humedad del suelo.

5. Bomba de agua. (12 voltios).

6. Hoja de plástico.

Ventilador de 7,12 voltios CC.

8. Sensores de gas.

9. ULN2003.

10. Servomotor.

11. Lámina de vidrio.

12. Lámina electrostática.

13. Relé de 12 voltios.

14. BMP 180.

15. Regulador de voltaje 7805.

Condensador 16.100uF, 10uF.

17. Luz de techo de automóvil (LED o CFL) (color definido más adelante).

18. Fuente de alimentación SMPS (12 voltios - 1 A si impulsa la bomba desde una fuente separada; de lo contrario, una fuente de alimentación de hasta 2 amperios)

Paso 2: Requisito de software:

1. IDE de Arduino.

2. LABView

3. Instalación de ESP32 en Arduino IDE.

4. Bibliotecas ESP32. (Muchas bibliotecas son diferentes de las bibliotecas de Arduino).

Paso 3: Haga el recipiente y el sistema de riego:

Haga un recipiente de plástico de cualquier tamaño según los requisitos o el espacio disponible. El material utilizado para el contenedor es plástico, por lo que no se puede eliminar con agua (también se puede hacer con metales, pero aumenta el costo y también el peso porque hay un límite de peso del cohete)

Problema: no hay gravedad en el espacio. Las gotas de agua permanecen libres en el espacio (como se muestra en la imagen de N. A. S. A.) Y nunca llegan al fondo del suelo, por lo que no es posible regar con métodos convencionales en el espacio.

También pequeñas partículas forman suelo flotando en el aire.

Solución: coloco pequeñas tuberías de agua en el suelo (tiene pequeños orificios) en el centro y las tuberías están conectadas a la bomba. Cuando la bomba se enciende, el agua sale de pequeños orificios de la tubería al fondo del suelo para que llegue fácilmente a las raíces de la planta.

Un pequeño ventilador está conectado en la parte superior de la cámara (el aire fluye hacia arriba y hacia abajo) de modo que proporciona presión a las partículas pequeñas y evita que floten fuera de la cámara.

Ahora ponga tierra en un recipiente.

Paso 4: Sensores de suelo:

Inserto dos sensores en el suelo. Primero está el sensor de temperatura (DS18b20 a prueba de agua). Que detectan la temperatura del suelo.

¿Por qué necesitamos saber la temperatura y la humedad del suelo?

El calor es el catalizador de muchos procesos biológicos. Cuando las temperaturas del suelo son bajas (y los procesos biológicos lentos), ciertos nutrientes no están disponibles o están menos disponibles para las plantas. Esto es particularmente cierto en el caso del fósforo, que es en gran parte responsable de promover el desarrollo de raíces y frutos en las plantas. Por lo tanto, no hay calor significa que menos nutrientes da como resultado un crecimiento deficiente. Además, las altas temperaturas son perjudiciales para las plantas.

El segundo es el sensor de humedad. Que detecta la humedad del suelo si la humedad en el suelo se reduce del límite predefinido, el motor se enciende, cuando la humedad alcanza su límite superior, el motor se apaga automáticamente. El límite superior y el límite inferior dependen y varían de una planta a otra. Esto da como resultado un sistema de circuito cerrado. El agua se hace automáticamente sin interferencia de personas.

Nota. Requerimiento de agua para diferentes para diferentes plantas. Por lo tanto, es necesario ajustar el nivel de agua mínimo y máximo. Se puede hacer desde un potenciómetro si está utilizando una interfaz digital; de lo contrario, se puede cambiar en la programación.

Paso 5: Hacer paredes de vidrio

Hay paredes en la parte posterior del contenedor con una película electrostática. Ya que no existe ningún campo magnético que nos proteja de los vientos solares. Utilizo una hoja de vidrio simple pero la cubro con una hoja electrostática. La lámina electrostática evita la carga de partículas del viento solar. También es útil minimizar el efecto de la radiación en el espacio. también evita que el suelo y las partículas de agua floten en el aire.

¿Por qué necesitamos protección electrostática?

El núcleo de hierro fundido de la Tierra crea corrientes eléctricas que producen líneas de campo magnético alrededor de la Tierra similares a las asociadas con un imán de barra ordinario. Este campo magnético se extiende varios miles de kilómetros desde la superficie de la Tierra. El campo magnético de la Tierra repele las partículas de carga en forma de viento solar y evita entrar en la atmósfera terrestre. Pero no existe tal protección disponible fuera de la Tierra y en otros planetas. Por lo tanto, necesitamos otro método artificial para protegernos a nosotros, así como a las plantas, de estas partículas de carga. La película electrostática es básicamente una película conductora, por lo que no permite que entren partículas de carga en el interior.

Paso 6: Obturador del edificio:

Cada planta tiene su propia necesidad de luz solar. La exposición al sol durante mucho tiempo y las altas radiaciones también son perjudiciales para las plantas. Las alas del obturador se colocan en el costado del espejo y luego se conectan a los servomotores. Ángulo de apertura del ala y permite la entrada de luz que se mantiene mediante el circuito de procesamiento principal

Un componente de detección de luz LDR (resistencia dependiente de la luz) está conectado al circuito de procesamiento principal Cómo funciona este sistema:

1. En exceso de radiación y luz (que es detectada por LDR) cierra las alas y elimina la luz para entrar. 2. Cada planta tiene su propia necesidad de luz solar. El circuito de procesamiento principal tiene en cuenta el tiempo para permitir la luz solar después de este tiempo en particular, los vientos están cerrados. Evita que la iluminación adicional llegue a la cámara.

Paso 7: Detección y control del entorno:

Las diferentes plantas requieren diferentes condiciones ambientales, como la temperatura y la humedad.

Temperatura: Para detectar la temperatura ambiente, se usa el sensor DHT-11 (se puede usar DHT 22 para lograr una alta precisión). Cuando la temperatura aumenta o disminuye del límite prescrito, advierte y enciende el ventilador externo.

¿Por qué necesitamos mantener la temperatura?

La temperatura en el espacio exterior es de 2,73 Kelvin (-270,42 Celsius, -454,75 Fahrenheit) en el lado oscuro (donde el sol no brilla). En el lado que mira hacia el sol, la temperatura puede alcanzar temperaturas muy altas de alrededor de 121 C (250 grados F).

Mantener la humedad:

La humedad es la cantidad de vapor de agua en el aire en relación con la cantidad máxima de vapor de agua que el aire puede contener a una determinada temperatura.

¿Por qué necesitamos mantener la humedad?

Los niveles de humedad afectan cuándo y cómo las plantas abren los estomas en la parte inferior de sus hojas. Las plantas usan los estomas para transpirar o "respirar". Cuando el clima es cálido, una planta puede cerrar sus estomas para reducir las pérdidas de agua. Los estomas también actúan como un mecanismo de enfriamiento. Cuando las condiciones ambientales son demasiado cálidas para una planta y cierra sus estomas durante demasiado tiempo en un esfuerzo por conservar el agua, no tiene forma de mover las moléculas de dióxido de carbono y oxígeno, lo que hace que la planta se asfixie lentamente con el vapor de agua y sus propios gases transpirados..

Debido a la evaporación (de la planta y del suelo), la humedad aumenta rápidamente. No solo es perjudicial para las plantas, sino también para el sensor y el espejo de cristal. Se puede descuidar de dos formas.

1. El papel plástico en la parte superior de la superficie evita la humedad fácilmente. El papel plástico se extiende sobre la superficie superior del suelo con una abertura para el sustrato y la semilla (la planta crece en él). También es útil durante el riego.

El problema de este método es que las plantas con raíces más grandes necesitan aire en el suelo y las raíces. La bolsa de plástico detiene el aire para que llegue a sus raíces por completo.

2. Hay pequeños ventiladores en la parte superior del techo de la cámara. La humedad en la cámara es detectada por el higrómetro que está incorporado (DHT-11 y DHT-22). Cuando la humedad aumenta desde el límite, los ventiladores se encienden automáticamente. En el límite inferior, los ventiladores se detienen.

Paso 8: eliminar la gravedad:

Debido a la gravedad, los tallos crecen hacia arriba, o lejos del centro de la Tierra, y hacia la luz. Las raíces crecen hacia abajo o hacia el centro de la Tierra y lejos de la luz. Sin gravedad, la planta no heredó la capacidad de orientarse.

Hay dos métodos para eliminar la gravedad.

1. Gravedad artificial:

La gravedad artificial es la creación de una fuerza inercial que imita los efectos de una fuerza gravitacional, generalmente por el resultado de rotación en la producción de fuerzas centrífugas. Este proceso también se llama pseudogravedad.

Este método es demasiado caro y muy difícil. hay demasiadas posibilidades de fracaso. Además, este método no se puede probar en la tierra correctamente.

2. Uso de sustrato: este es un método demasiado fácil y también efectivo con la tela. Las semillas se guardan dentro de una pequeña bolsa que se llama Sustrato. Las semillas se guardan bajo el sustrato que proporciona la dirección correcta a las raíces y hojas, como se muestra en la imagen. Ayuda a que las raíces crezcan hacia abajo y las hojas de las plantas hacia arriba.

Es un paño con agujeros. Dado que las semillas están adentro, permite que entre el agua y también permite que las raíces salgan y penetren en el suelo. La semilla se mantiene a una profundidad de 3 a 4 pulgadas debajo del suelo.

¿Cómo poner la semilla debajo del suelo y mantener su posición?

Corté una lámina de plástico con una longitud de 4 a 5 pulgadas y formo una ranura en el frente. Coloque esta herramienta en la mitad de la longitud de este paño (lado de la ranura). Coloque la semilla en la ranura y envuelva el paño. Ahora inserte esta herramienta en el suelo. Saque la herramienta del suelo para que la semilla y el sustrato penetren en el suelo.

Paso 9: luz solar artificial:

En el espacio, la luz del sol todo el tiempo no es posible, por lo que es posible que se requiera luz solar artificial. Esto se hace mediante CFL y nuevas luces LED. Yo uso luz CFL que es de color azul y rojo no demasiado brillante. Estas luces se montaron en el techo superior de la cámara. Esto proporciona un espectro de luz completo (las lámparas fluorescentes compactas se utilizan cuando se requiere luz con alta temperatura, mientras que las LED se utilizan cuando las plantas no requieren calefacción o una calefacción baja. Esto se puede controlar manualmente, de forma remota o automática (controlado por el circuito de procesamiento principal).

¿Por qué utilizo una combinación de color azul y rojo?

La luz azul encaja con el pico de absorción de las clorofilas, que realizan la fotosíntesis para producir azúcares y carbonos. Estos elementos son esenciales para el crecimiento de las plantas, porque son los componentes básicos de las células vegetales. Sin embargo, la luz azul es menos efectiva que la luz roja para impulsar la fotosíntesis. Esto se debe a que la luz azul puede ser absorbida por pigmentos de menor eficacia como los carotenoides y pigmentos inactivos como las antocianinas. Como resultado, hay una reducción de la energía de la luz azul que llega a los pigmentos de clorofila. Sorprendentemente, cuando algunas especies se cultivan solo con luz azul, la biomasa vegetal (peso) y la tasa de fotosíntesis son similares a las de una planta cultivada solo con luz roja.

Paso 10: Monitoreo visual:

Utilizo LABview para la supervisión visual de datos y control también porque LABview es un software muy flexible. Es adquisición de datos de alta velocidad y fácil de operar. Se puede conectar por cable o sin cables al circuito de procesamiento principal. Los datos que provienen del circuito de procesamiento principal (ESP-32) se formatean y se muestran en LABview.

Pasos a seguir:

1. Instale LABview y descárguelo. (no es necesario instalar complementos de Arduino)

2. Ejecute el código vi que se proporciona a continuación.

3. Conecte el puerto USB a su PC.

4. Cargue el código Arduino.

5. El puerto COM se muestra en su vista de laboratorio (si Windows para Linux y MAC "dev / tty") y el indicador muestra que su puerto está conectado o no.

6. ¡¡Termina !! Datos de varios sensores mostrados en pantalla.

Paso 11: Prepare el hardware (circuito):

El diagrama del circuito se muestra en la figura. También puede descargar el PDF que figura a continuación.

Consta de las siguientes partes:

Circuito de procesamiento principal:

Se puede utilizar cualquier placa que sea compatible con arduino, como arduino uno, nano, mega, nodeMCU y STM-32. pero el uso de ESP-32 debido a la siguiente razón:

1. Tiene un sensor de temperatura incorporado, por lo que en situaciones de alta temperatura es posible poner el procesador en modo de suspensión profunda.

2. El procesador principal está protegido con metal, por lo que hay menos efecto de radiación.

3. El sensor de efecto Hall interno se utiliza para detectar el campo magnético alrededor de los circuitos.

Sección del sensor:

Todos los sensores funcionan con una fuente de alimentación de 3,3 voltios. El regulador de voltaje dentro del ESP-32 proporciona baja corriente, por lo que puede sobrecalentarse. Para evitar esto, se utiliza un regulador de voltaje LD33.

Nodo: apliqué un suministro de 3.3 voltios porque en uso ESP-32 (también lo mismo para nodeMCU y STM-32). Si está usando arduino, también puede usar 5 voltios

Fuente de alimentación principal:

Se utiliza SMPS de 12 voltios y 5 amperios. También puede utilizar una fuente de alimentación regulada con transformador, pero es un suministro lineal, por lo que está diseñado para un voltaje de entrada específico, por lo que la salida cambiará cuando cambiemos de 220 voltios a 110 voltios. (El suministro de 110 voltios está disponible en ISS)

Paso 12: Prepare el software:

Pasos a seguir:

1. Instalación de Arduino: si no tiene arduino, puede descargar desde el enlace

www.arduino.cc/en/main/software

2. Si tiene NodeMCU, siga estos pasos para agregarlo con arduino:

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

3. Si usa ESP-32, siga estos pasos para agregarlo con arduino:

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

4. Si usa ESP-32 (la biblioteca DHT11 simple no puede funcionar correctamente con ESP-32) puede descargar desde aquí:

github.com/beegee-tokyo/DHTesp

Paso 13: Prepare LABview:

1. Descarga LABview desde este enlace

www.ni.com/en-in/shop/labview.html?cid=Paid_Search-129008-India-Google_ESW1_labview_download_exact&gclid=Cj0KCQjw4s7qBRCzARIsAImcAxY0WhS0V5T275xQryaV9Dymay_NQrYgIaV9Dymaq_NQrYgIaV9DcRT275xQrYaV4DcRa

2. Descargue el archivo vi.

3. Conecte el puerto USB. El puerto de la demostración del indicador está conectado o no.

¡¡¡¡hecho!!!!