Câmara de crescimento de planta automatizada: 7 etapas (com fotos)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Última modificação: 2024-01-30 11:36

O projeto a seguir é a minha inscrição no concurso Growing Beyond Earth Maker na divisão High School.

A câmara de crescimento da planta possui um sistema de irrigação totalmente automatizado. Usei bombas peristálticas, sensores de umidade e um microcontrolador para regar automaticamente as plantas e manter o solo com a umidade ideal. Projetei minha câmara de crescimento para que pudesse ser facilmente colhida e plantada e, assim, aproveitou o espaço da caixa de maneira eficiente. O design flexível permitiria aos astronautas um fluxo constante de safras, sendo capaz de colher uma bolsa (aproximadamente 3 cabeças) de alface totalmente madura a cada 10-14 dias. Como as sementes germinam em momentos diferentes e crescem em taxas diferentes, eu queria criar um sistema em que as plantas pudessem ser colhidas e novas sementes pudessem ser inseridas quando estivessem prontas, então projetei minhas bolsas para plantas. A câmara consiste em quatro bolsas para plantas, ou um total de 12 fendas para plantas, que podem ser removidas, colhidas, uma nova folha de sementes pode ser inserida e a bolsa pode ser colocada de volta no sistema usando velcro em apenas alguns minutos. As tiras de sementes permitem que as sementes sejam preparadas, orientadas e coladas com antecedência e inseridas na bolsa quando necessário. As fendas das bolsas para plantas foram projetadas para permitir que a planta cresça, evitando que água e sujeira saiam da bolsa. -sacos estáticos, além de proteger os componentes eletrônicos, são superfícies espelhadas. Assim, com os sacos antiestáticos, a luz alcançará todas as plantas / brotos no sistema e a alface não crescerá apenas diretamente em direção à luz de crescimento.

Suprimentos

Recipiente:

1. Caixa de armazenamento de arquivos de acrílico

2. Caixa de armazenamento de metal

3. Organizador de arquivos da área de trabalho

4. Tiras de velcro

5. Torne-se mais leve

Sacos de plantas:

1. Sacos antiestáticos

2. Fita de espuma de borracha esponjosa (5/16 polegadas)

3. Papel de Germinação

4. Mistura de solo grosso

5. Cola de sementes (farinha e água)

6. Sementes (usei um pacote Mesclun Green)

Sistema de rega:

1. Bomba Peristáltica

2. Tubulação de silicone para bomba (2 mm x 4 mm)

3. Arduino M0 Pro (qualquer modelo funcionará) e fonte de alimentação

4. Micro USB para USB-A

5. Placa de ensaio

6. Fios de ligação

7. Ferro de solda e solda

8. Bridge Driver (usei um TA7291P)

9. Sensores de umidade

Você pode encontrar modelos baratos, mas eles se corroerão rapidamente com a eletrólise induzida pela corrente e precisarão ser substituídos, pois as leituras ficarão ruins. A alternativa é usar sensores de umidade capacitivos que são menos propensos à corrosão ou sensores cátodo-ânodo mais caros

10. Conector de cilindro de 12v para tábuas de ensaio e cabo

11. Garrafa de água com válvula de retenção

Etapa 1: montar a câmara

Esta etapa pode ser realizada de várias maneiras, mas optei por um contêiner de duas partes porque permitia mais flexibilidade. Eu usei a estrutura de metal que tem uma frente aberta e uma parte superior aberta para abrigar as bolsas de plantas, crescer luz e sistema de rega automática. Então, uma vez que as plantas estão carregadas, eu tenho uma caixa de acrílico que desliza para baixo em cima da base de metal.

Passos:

1. Primeiro, coloquei a luz de crescimento na estrutura de metal. Fiz dois furos em cada lado da luz (depois de me certificar de que não danificaria nenhum componente) e fixei-o na parte frontal da base. (visto na imagem 1)

2. Tive que cortar um orifício na moldura e o acrílico para encaixar o cordão de força para a luz (figura 2-4)

Dica: para fazer o furo no acrílico fiz quatro furos no canto do retângulo que queria cortar e usei uma Dremel para conectá-los e fazer um corte limpo

3. Como comprei uma caixa de armazenamento de arquivos para a tampa de acrílico, tive que remover as duas bordas destinadas a pendurar os arquivos. Para isso, aqueci o plástico e peguei um raspador de tinta e um martelo e bati suavemente ao longo da peça, separando-a lentamente da caixa.

4. Com alguns ajustes finais na estrutura de metal usando um macete, a parte superior de acrílico se ajusta confortavelmente na parte superior da estrutura e da base.

Etapa 2: bolsas de plantas

Optei por criar bolsas de plantas em vez de um sistema hidropônico para permitir mais flexibilidade. As bolsas podem ser preparadas com antecedência e podem ser facilmente reutilizadas colocando um novo pacote de sementes e papel de germinação na fenda. As bolsas podem ser facilmente removidas e colocadas de volta na câmara usando as tiras de velcro. Além disso, como as bolsas são tão fáceis de preparar, elas podem ser plantadas em horários alternados para permitir um fluxo constante das colheitas. Quando todos são plantados de uma vez, chega o momento em que a câmara não tem safras consideráveis. Então, em vez disso, sugiro que as bolsas sejam plantadas compensadas por algumas semanas para que haja um fluxo constante de safra colhida.

Dimensionamento da bolsa:

Esta etapa do processo é específica para as dimensões da caixa de cada pessoa. Acabei usando duas sacolas 4x6 e modifiquei duas sacolas 12x16 para caber na parte de trás e no fundo da minha caixa. As malas 4x6 tinham zíperes para fechar, mas as malas maiores não e eu as modifiquei. Então, usei fita adesiva dupla-face para fechar a bolsa por dentro e usei outra peça por fora para mantê-la dobrada para trás (foto 5)

Montagem das bolsas:

(veja a figura 3 para ver o layout que usei para minhas bolsas. Projetei-o de forma que as plantas não crescessem no espaço umas das outras e não se protegessem da fonte de luz)

1. Corte fendas de uma polegada nos sacos antiestáticos (imagem 1)

Usei uma faca Xacto e um pedaço de papelão para ter certeza de não cortar os dois lados da bolsa

2. Corte um pedaço de uma polegada e meia da fita de espuma e coloque diretamente no topo da fenda (imagem 2)

3. Usando a faca ou lâmina Xacto, faça uma fenda de uma polegada na espuma que está alinhada com a fenda cortada no saco durante a etapa 1 (imagem 2)

4. Repita o mesmo processo em um saco, mas faça uma fenda maior para encaixar o sensor de umidade

5. Repita o mesmo processo em todos os sacos, mas em vez disso, apenas um quadrado de fita de espuma e faça uma pequena incisão em forma de x grande o suficiente para caber no tubo peristáltico

Dica: Para os orifícios das mangueiras, coloque-os em áreas onde as mangueiras não cruzem as áreas de cultivo das plantas e também para que possam se conectar de volta ao compartimento traseiro mais facilmente

Etapa 3: Folhas de Semente

As tiras de sementes foram projetadas para que possam ser preparadas com antecedência e armazenadas até o momento de uso. Preparei uma cola simples que não agride as sementes para aderir a semente ao papel de germinação e orientar a raiz da semente ou apontar para baixo de forma que as raízes cresçam na bolsa e o broto saia pela fenda.

Criando as Mudas de Semente

1. Corte um pedaço de papel de germinação (2,5 pol. X 1 pol.)

2. Misture uma colher de sopa de farinha com água apenas o suficiente para formar uma pasta espessa

3. Usando um palito de dente, coloque um ponto da cola de semente no centro do papel de germinação

4. Oriente a semente com a radícula ou ponto voltado para baixo e marque / lembre-se de qual extremidade está voltada porque é de onde a raiz cresce

5. Dobre o papel de germinação duas vezes, fazendo uma dobra tripla com a semente no centro

Etapa 4: Sistema de rega automático

O sistema de rega consistirá em sensores de umidade e bombas peristálticas para regar automaticamente as bolsas das plantas quando elas estiverem abaixo de um nível de umidade de 30%. Eu escrevi o código para que o nível de umidade seja verificado nas bolsas após 8 horas e se o nível estiver abaixo de 30% a bomba irá ligar por 10 segundos. Para minha bomba e fonte de alimentação, 10 segundos foram suficientes para aumentar a umidade nas bolsas acima de 30%, de modo que a bomba será ativada a cada 16 horas, mas deve ser testada e ajustada para diferentes configurações.

Conexões:

GND para fazer a ponte do pino 1 do driver

12V GND para fazer a ponte do pino 1 do driver

5 V para conectar o pino 7 do driver (vcc)

D5 para conectar o pino condutor 5 (in1)

D6 para conectar o pino condutor 6 (in2)

Arduino D13 a R1 (se o LED externo opcional for usado)

Faça a ponte do pino 2 do acionador (saída 1) para o terminal positivo da bomba peristáltica

Ponte driver pino 4 (vref) e pino 8 (vs) para 12V pos.

Faça a ponte do pino condutor 10 (saída 2) para o terminal negativo da bomba peristáltica

Notas:

Os pinos 9 e 3 do driver de ponte não são usados

A extremidade do driver da ponte com o canto chanfrado no topo é o pino 1 e a extremidade quadrada é o pino 10

Código:

int IN1Pin = 5; // muda dependendo do pino que você está usandoint IN2Pin = 6; // muda dependendo do pino que você está usando #define umidade_pin A0

void setup ()

{

Serial.begin (9600);

pinMode (IN1Pin, OUTPUT);

pinMode (IN2Pin, OUTPUT);

analogWrite (IN1Pin, 0);

analogWrite (IN2Pin, 0);

pinMode (umidade_pin, INPUT);

atraso (1000);

}

void loop ()

{

int sensorValue = map (analogRead (umidade_pin), 0, 1023, 100, 0); // mapeia leituras de umidade que são 0-1023 a uma porcentagem de 100-0

Serial.print ("O nível de umidade atual é:");

Serial.print (sensorValue);

Serial.println ("%");

if (sensorValue <30) // se a umidade for inferior a 30 por cento executa o seguinte

{

analogWrite (IN1Pin, 255); // 255 define a bomba para potência máxima

atraso (10000); // executa a bomba por 10 segundos

analogWrite (IN1Pin, 0); // desliga a bomba

Serial.println ("Verificação dos níveis de umidade em 2 horas");

atraso (28800000); // 8 horas em milissegundos

int sensorValue = map (analogRead (umidade_pin), 0, 1023, 100, 0); // verifica os níveis de umidade

Serial.println (sensorValue); // imprime o nível de umidade

}

outro

{

Serial.println ("O solo está úmido, verifique novamente em 1 hora"); // se a umidade do solo estiver acima de 30% imprime esta declaração

atraso (3600000); // 1 hora em milissegundos

}

}

Dica: após o upload do código para o Arduino, para aqueles que nunca os usaram antes, não é necessário deixá-lo conectado ao computador. Você pode obter uma pequena fonte de alimentação para o arduino e ele executará seu código quando for ligado. Portanto, para este projeto, tudo o que você precisa é uma fonte de alimentação para o arduino e uma fonte de alimentação de 12v para a tomada cilíndrica da sua placa de ensaio.

Etapa 5: juntando tudo

Neste estágio, você deve ter a caixa completa com luzes de cultivo, sistema de irrigação e bolsas para plantas, de modo que tudo o que resta é juntar tudo.

Este estágio pode ser diferente para muitas pessoas, dependendo das dimensões da caixa e do compartimento para o reservatório de água, bomba e microcontroladores.

Como a câmara de crescimento foi projetada para funcionar sem gravidade, certifiquei-me de amarrar todos os componentes no compartimento traseiro usando tiras de velcro de 15 lb

1. Usei um Arduino e um suporte para placa de ensaio e as tiras de velcro presas à estrutura e na parte de trás do suporte e montei-o na parte superior do contêiner de armazenamento de arquivos que é o meu compartimento traseiro. (foto 2)

2. Em seguida, coloquei tiras de velcro no fundo da bomba peristáltica e na base do compartimento e fiz o mesmo com o reservatório de água.

3. Em seguida, é o sistema de irrigação. Usei três juntas em T para dividir a mangueira da bomba peristáltica em quatro mangueiras para as quatro bolsas de plantas. (foto 3)

4. Finalmente, coloquei as tiras de velcro para segurar as bolsas de plantas no lugar. Como estava prendendo as tiras a uma malha, cortei segmentos de tecido industrial e colei-os do lado de fora da moldura contra a parte de trás das tiras de velcro.

Etapa 6: Configurando as bolsas de plantas e executando

Depois que o compartimento traseiro, a tubulação e os sensores de umidade estiverem no lugar, tudo o que resta é conectar as bolsas das plantas, a tubulação e os sensores de umidade.

Assembléia final

1. Coloque as bolsas de plantas do lado para o qual foram projetadas. (a imagem 2 mostra o processo)

2. Insira o sensor de umidade na bolsa com a fenda mais longa feita anteriormente

3. Insira os tubos nas bolsas através das portas de espuma quadradas menores

4. Conecte as luzes de crescimento ao temporizador e configure-as de forma que as luzes fiquem acesas por 16 horas por dia

5. Conecte a fonte de alimentação de 12v ao conector do cilindro da placa de ensaio

6. Conecte o Arduino ao computador (se quiser monitorar as saídas) ou à fonte de alimentação e deixe o programa rodar!

Etapa 7: Resultados

O primeiro conjunto de fotos (1-4) acima é de duas semanas de crescimento

O segundo conjunto (5-6) é a partir do quinto dia, quando a maioria das bolsas de plantas apresentavam brotos visíveis

A última foto (7) é do primeiro dia em que o sistema foi ligado

A melhor parte dessa engenhoca era que quando uma bolsa terminava de crescer, porque elas estavam crescendo em velocidades diferentes, eu podia remover a alface e inserir um novo conjunto de sementes na mesma bolsa sem ter que colher as outras safras antes que estivessem prontas. Em testes futuros, pretendo compensar o plantio da plantação de cada bolsa em duas semanas porque leva aproximadamente 45-55 dias para a maioria das alfaces amadurecer. E ao fazer isso, a cada duas semanas terei uma bolsa de plantas de alface totalmente crescida pronta para a colheita e isso impedirá que as outras plantas de alface bloqueiem a luz para as outras bolsas porque haverá menos cabeças grandes crescendo.

Vice-campeão do concurso Growing Beyond Earth Maker