Câmara de crescimento de planta inteligente: 13 etapas

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

Tive uma nova ideia, que é a câmara de crescimento de plantas inteligente. O crescimento de plantas no espaço sideral despertou muito interesse científico. No contexto de voos espaciais humanos, eles podem ser consumidos como comida e / ou fornecer uma atmosfera refrescante. Atualmente N. A. S. A. Use almofadas de plantas para cultivar alimentos na Estação Espacial Internacional.

Então, eu tenho uma ideia para dar um passo adiante.

Problemas para cultivar alimentos no espaço:

Gravidade:

É o principal obstáculo para o cultivo de alimentos no espaço ele afeta o crescimento das plantas de várias maneiras: 1 você não pode regar as plantas adequadamente porque não há gravidade, então a água não pode ser fornecida por aspersores de água e outros métodos convencionais que são usados na terra.

2 A água não pode chegar às raízes das plantas porque não há gravidade.

3 O crescimento das raízes também é afetado pela gravidade. (as raízes das plantas vão para baixo e as plantas crescem para cima) Portanto, as raízes das plantas nunca crescem na direção certa.

Radiação:

1. Há muita radiação no espaço, por isso é prejudicial para as plantas.

2. A radiação do vento solar também afeta as plantas.

3. Lote de raios ultravioleta também prejudiciais para as plantas.

Temperatura:

1. Há muita variação de temperatura no espaço (a temperatura pode subir até cem graus e descer até cem graus negativos).

2. A temperatura aumenta a evaporação da água para que as plantas não sobrevivam no espaço.

Monitoramento:

1. O monitoramento de plantas é muito difícil no espaço porque a pessoa monitora continuamente muitos fatores, como temperatura, água e radiação.

2. Plantas diferentes requerem diferentes necessidades de recursos. Se houver plantas diferentes, o monitoramento se torna mais difícil.

Então, tive a ideia de que tentar eliminar todos esses obstáculos. É uma câmara para o cultivo de alimentos no espaço a um custo muito baixo. Contém todos os recursos e tecnologia incorporados para superar muitas dificuldades. Então vamos começar !!!

O que esta câmara é capaz de:

1. Elimine o efeito da gravidade.

2. Fornecimento de água adequada às raízes das plantas. (Controlável - manualmente, automaticamente)

3. Fornecimento de iluminação artificial para plantas para fotossíntese.

4. Minimize o efeito da radiação.

5. Detectar o ambiente, como temperatura do solo, umidade, temperatura ambiente, umidade, radiação, pressão e exibir dados em tempo real no computador.

Etapa 1: Componente necessário:

1. ESP32 (Placa de processamento principal, você também pode usar outras placas).

2. DHT11 ou DHT-22. (DH22 fornece melhor precisão)

3. DS18b20 (versão em metal à prova d'água).

4. Sensor de umidade do solo.

5. Bomba de água. (12 volts).

6. Folha de plástico.

Ventilador de 7,12 volts cc.

8. Sensores de gás.

9. ULN2003.

10. Servo motor.

11. Folha de vidro.

12. Folha eletrostática.

13. Relé de 12 volts.

14. BMP 180.

15. 7805 Regulador de tensão.

16,100uF, capacitor de 10uF.

17. Luz do teto do carro (LED ou CFL). (Cor definida mais adiante).

18. Fonte de alimentação SMPS (12 volts - 1A se você conduzir a bomba de uma fonte separada, caso contrário, uma fonte de alimentação de até 2 amperes)

Etapa 2: Requisito de software:

1. Arduino IDE.

2. LABView

3. Instalação do ESP32 no Arduino IDE.

4. Bibliotecas ESP32. (Muitas bibliotecas são diferentes das bibliotecas do Arduino).

Etapa 3: Faça o recipiente e o sistema de irrigação:

Faça um recipiente de plástico de qualquer tamanho de acordo com a necessidade ou espaço disponível. O material usado para o recipiente é plástico, então não pode ser descartado pela água (também pode ser feito de metais, mas aumenta o custo e também o peso porque há limite de peso do foguete)

Problema: não há gravidade no espaço. As gotas de água permanecem livres no espaço (como mostrado na imagem de N. A. S. A.) E nunca atingem o fundo do solo, portanto, a irrigação com métodos convencionais não é possível no espaço.

Também pequenas partículas formam solo flutuando no ar.

Solução: Eu coloquei pequenos canos de água no solo (tem pequenos orifícios) no centro e os canos estão ligados à bomba. Quando a bomba liga, a água sai de pequenos orifícios do cano para o fundo do solo para que alcance facilmente as raízes da planta.

Um pequeno ventilador é conectado no topo da câmara (o ar flui de cima para baixo) para que forneça pressão às partículas pequenas e evite flutuar para fora da câmara.

Agora coloque o solo no recipiente.

Etapa 4: Sensores de solo:

eu insiro dois sensores no solo. O primeiro é o sensor de temperatura (DS18b20 à prova d'água). Que detectam a temperatura do solo.

Por que precisamos saber a temperatura e a umidade do solo?

O calor é o catalisador para muitos processos biológicos. Quando as temperaturas do solo são baixas (e os processos biológicos são lentos), certos nutrientes ficam indisponíveis ou menos disponíveis para as plantas. Isso é particularmente verdadeiro no caso do fósforo, que é o grande responsável por promover o desenvolvimento das raízes e dos frutos nas plantas. Portanto, nenhum calor significa que menos nutrientes resulta em um crescimento pobre. Também as altas temperaturas são prejudiciais para as plantas.

Em segundo lugar está o sensor de umidade. Que detecta a umidade do solo se a umidade no solo reduzir do limite predefinido, o motor liga, quando a umidade atinge seu limite superior, o motor desliga automaticamente. O limite superior e o limite inferior dependem e variam de planta para planta. Isso resulta em um sistema de malha fechada. A água é feita automaticamente sem interferência de pessoa.

Observação. Necessidade de água para diferentes para diferentes plantas. Portanto, é necessário ajustar o nível de água mínimo e máximo. Pode ser feito a partir do potenciômetro se estiver usando interface digital, caso contrário, pode ser alterado na programação.

Etapa 5: fazer paredes de vidro

Existem paredes na parte de trás do recipiente com filme eletrostático. Uma vez que não existe campo magnético que nos proteja dos ventos solares. Eu uso uma lâmina de vidro simples, mas cubro com lâmina eletrostática. A folha eletrostática evita a carga de partículas do vento solar. Também é útil minimizar o efeito da radiação no espaço. também evita que o solo e as partículas de água flutuem no ar.

Por que precisamos de proteção eletrostática?

O núcleo de ferro fundido da Terra cria correntes elétricas que produzem linhas de campo magnético ao redor da Terra semelhantes às associadas a uma barra magnética comum. Este campo magnético se estende por vários milhares de quilômetros da superfície da Terra. O campo magnético da Terra repele partículas de carga na forma de vento solar e evita entrar na atmosfera terrestre. Mas não existe essa proteção disponível fora da Terra e em outros planetas. Portanto, precisamos de outro método artificial para nos proteger, bem como as plantas, dessas partículas de carga. O filme eletrostático é basicamente um filme condutor, por isso não permite a entrada de partículas de carga em seu interior.

Etapa 6: obturador do edifício:

Cada planta tem sua própria necessidade de luz solar. A exposição ao sol por muito tempo e alta radiação também é prejudicial para as plantas. As asas do obturador são fixadas do lado de fora do espelho e, em seguida, conectadas a servo motores. Ângulo de abertura da asa e permite a entrada da luz, que é mantida pelo circuito de processamento principal

Um componente de detecção de luz LDR (resistor dependente de luz) é conectado ao circuito de processamento principal. Como este sistema funciona:

1. Em radiação e luz excessivas (que são detectadas por LDR), ele fecha as asas e elimina a luz para entrar. 2. Cada planta tem sua própria necessidade de luz solar. O circuito de processamento principal anota o tempo para permitir a luz solar após este tempo específico os ventos fecharem. Evita que a iluminação extra alcance a câmara.

Etapa 7: Detecção e controle do ambiente:

Plantas diferentes requerem condições ambientais diferentes, como temperatura e umidade.

Temperatura: Para detectar a temperatura ambiente, o sensor DHT-11 é usado (o DHT 22 pode ser usado para obter alta precisão). Quando a temperatura aumenta ou diminui do limite prescrito, ele avisa e liga o ventilador externo.

Por que precisamos manter a temperatura?

A temperatura no espaço sideral é de 2,73 Kelvin (-270,42 Celsius, -454,75 Fahrenheit) no lado escuro (onde o sol não brilha). No lado voltado para o sol, a temperatura pode atingir temperaturas escaldantes de cerca de 121 C (250 graus F).

Manter a umidade:

A umidade é a quantidade de vapor d'água no ar em relação à quantidade máxima de vapor d'água que o ar pode reter em uma determinada temperatura.

Por que precisamos manter a umidade?

Os níveis de umidade afetam quando e como as plantas abrem os estômatos na parte inferior de suas folhas. As plantas usam estômatos para transpirar, ou "respirar". Quando o clima está quente, uma planta pode fechar seus estômatos para reduzir as perdas de água. Os estômatos também atuam como um mecanismo de resfriamento. Quando as condições ambientais são muito quentes para uma planta e ela fecha seus estômatos por muito tempo em um esforço para conservar água, ela não tem como mover as moléculas de dióxido de carbono e oxigênio, fazendo com que a planta sufoque lentamente com o vapor de água e seus próprios gases transpirados.

Devido à evaporação (da planta e do solo), a umidade aumenta rapidamente. Não é apenas prejudicial para as plantas, mas também prejudicial para o sensor e o espelho de vidro. Pode ser negligenciado de duas maneiras.

1. O papel plástico na parte superior da superfície evita a umidade facilmente. O papel plástico é espalhado na superfície superior do solo com uma abertura para o substrato e a semente (as plantas crescem nele). Também é útil durante a rega.

O problema desse método é que as plantas com raízes maiores precisam de ar para entrar no solo e nas raízes. o saco de plástico impede o ar para atingir suas raízes completamente.

2. Pequenos ventiladores são fixados no telhado superior da câmara. A umidade na câmara é detectada pelo higrômetro embutido (DHT-11 e DHT-22). Quando a umidade aumenta a partir do limite, os ventiladores são ligados automaticamente. No limite inferior, os ventiladores são parados.

Etapa 8: Elimine a gravidade:

Devido à gravidade, os caules crescem para cima ou para longe do centro da Terra em direção à luz. As raízes crescem para baixo, ou em direção ao centro da Terra, e longe da luz. Sem gravidade, a planta não herdou a capacidade de se orientar.

Existem dois métodos para eliminar a gravidade

1. Gravidade Artificial:

A gravidade artificial é a criação de uma força inercial que imita os efeitos de uma força gravitacional, geralmente por resultado de rotação na produção de forças centrífugas. Este processo também é chamado de pseudo-gravidade.

Este método é muito caro e muito difícil. há muitas chances de fracasso. Além disso, este método não pode ser testado na terra adequadamente.

2. Usando o substrato: Este é um método muito fácil e também eficaz. As sementes são mantidas dentro de um pequeno saco que é chamado de sementes de substrato são mantidas sob substrato que fornece direção certa para raízes e folhas, conforme mostrado na imagem. Ajuda a fazer crescer as raízes para baixo e as folhas das plantas para cima.

É um pano com furos. Uma vez que as sementes estão dentro, permite que a água entre e também permite que as raízes saiam e penetrem no solo. A semente é mantida abaixo de 3 a 4 polegadas de profundidade sob o solo.

Como colocar a semente embaixo do solo e manter sua posição ??

Cortei uma folha de plástico com comprimento de 4 a 5 polegadas e formei uma ranhura na frente dela. Coloque esta ferramenta na metade do comprimento deste pano (lado da ranhura). Coloque a semente na ranhura e enrole o pano. Agora insira esta ferramenta no solo. Retire a ferramenta do solo para que a semente e o substrato entrem no solo.

Etapa 9: Luz solar artificial:

No espaço, a luz do sol o tempo todo não é possível, portanto, a luz do sol artificial pode ser necessária. Isso é feito por CFL e novas luzes LED. Eu uso a luz CFL que é azul e vermelha não muito brilhante. Essas luzes montadas no telhado superior da câmara. Isso fornece espectro completo de luz (CFLs são usados quando há necessidade de luz com alta temperatura, enquanto LEDs são usados quando as plantas não precisam de aquecimento ou baixo aquecimento. Isso pode ser acionado manualmente, remotamente ou automaticamente (controlado pelo circuito de processamento principal).

Por que eu uso a combinação das cores azul e vermelha?

A luz azul se encaixa no pico de absorção das clorofilas, que fazem a fotossíntese para produzir açúcares e carbonos. Esses elementos são essenciais para o crescimento das plantas, porque são os blocos de construção das células vegetais. No entanto, a luz azul é menos eficaz do que a luz vermelha para conduzir a fotossíntese. Isso ocorre porque a luz azul pode ser absorvida por pigmentos de baixa eficiência, como carotenóides, e pigmentos inativos, como antocianinas. Como resultado, há uma redução da energia da luz azul que chega aos pigmentos de clorofila. Surpreendentemente, quando algumas espécies são cultivadas apenas com luz azul, a biomassa vegetal (peso) e a taxa de fotossíntese são semelhantes a uma planta cultivada apenas com luz vermelha.

Etapa 10: Monitoramento visual:

Eu uso o LABview para monitoramento visual de dados e controle também porque o LABview é um software muito flexível. É aquisição de dados de alta velocidade e fácil de operar. Ele pode ser conectado com ou sem fio ao circuito de processamento principal. Os dados provenientes do circuito de processamento principal (ESP-32) são formatados e exibidos no LABview.

Passos a serem seguidos:

1. Instale o LABview e faça o download. (não há necessidade de instalar complementos do Arduino)

2. Execute o código vi fornecido a seguir.

3. Conecte a porta USB em seu PC.

4. Faça upload do código do Arduino.

5. A porta COM mostrada em seu labview (se for windows para linux e MAC "dev / tty") e o indicador mostra que sua porta está conectada ou não.

6. Concluir !! Dados de vários sensores exibidos na tela.

Etapa 11: preparar o hardware (circuito):

O diagrama do circuito é mostrado na figura. você também pode baixar o PDF abaixo.

Consiste nas seguintes partes:

Circuito de processamento principal:

Qualquer placa compatível com o arduino pode ser usada, como arduino uno, nano, mega, nodeMCU e STM-32. mas o ESP-32 usa o seguinte motivo:

1. Possui sensor de temperatura embutido, de modo que em situações de alta temperatura, é possível colocar o processador no modo de hibernação.

2. O processador principal é blindado com metal para que haja menos efeito de radiação.

3. O sensor de efeito Hall interno é usado para detectar o campo magnético ao redor do circuito.

Seção do sensor:

Todos os sensores estão funcionando com fonte de alimentação de 3,3 volts. O regulador de tensão dentro do ESP-32 fornece baixa corrente para que possa superaquecer. Para evitar este regulador de tensão LD33 é usado.

Nó: apliquei alimentação de 3,3 volts porque em uso ESP-32 (também o mesmo para nodeMCU e STM-32). Se você estiver usando o arduino, também pode usar 5 volts

Fonte de alimentação principal:

É usado um SMPS de 12 volts e 5 amperes. você também pode usar uma fonte de alimentação regulada com transformador, mas é uma fonte linear, portanto, é projetada para uma tensão de entrada específica, de modo que a saída será alterada quando mudarmos de 220 volts para 110 volts. (Fornecimento de 110 volts disponível em ISS)

Etapa 12: Prepare o software:

Passos a serem seguidos:

1. Instalação do Arduino: se você não tiver o arduino, pode fazer o download do link

www.arduino.cc/en/main/software

2. Se você tiver o NodeMCU, siga estas etapas para adicioná-lo com o arduino:

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

3. Se você usar ESP-32, siga estas etapas para adicioná-lo com o arduino:

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

4. Se você usa ESP-32 (a biblioteca DHT11 simples não funciona corretamente com ESP-32), você pode fazer o download aqui:

github.com/beegee-tokyo/DHTesp

Etapa 13: Prepare o LABview:

1. Baixe o LABview deste link

www.ni.com/en-in/shop/labview.html?cid=Paid_Search-129008-India-Google_ESW1_labview_download_exact&gclid=Cj0KCQjw4s7qBRCzARIsAImcAxY0WhS0V5T275xQrIi9DGSYaVCymaIgSSOxcYyApdRaykYto4k_NL4aAmtKEALw_wcB

2. Baixe o arquivo vi.

3. Conecte a porta USB. O indicador mostra que a porta está conectada ou não.

feito!!!!