Phòng tăng trưởng thực vật tự động: 7 bước (có hình ảnh)

2024 Tác giả: John Day | [email protected]. Sửa đổi lần cuối: 2024-01-30 13:32

Dự án sau đây là bài dự thi của tôi cho Cuộc thi Người sáng tạo Phát triển Ngoài Trái đất ở khối Trung học.

Buồng sinh trưởng của cây có hệ thống tưới nước hoàn toàn tự động. Tôi đã sử dụng máy bơm nhu động, cảm biến độ ẩm và một bộ vi điều khiển để tự động tưới cây nhằm giữ cho đất ở độ ẩm tối ưu. Tôi đã thiết kế buồng tăng trưởng của mình để nó có thể dễ dàng thu hoạch và trồng, vì vậy nó sử dụng hiệu quả không gian trong hộp. Thiết kế linh hoạt sẽ cho phép các phi hành gia có lượng cây trồng ổn định, có thể thu hoạch một túi (khoảng 3 đầu) rau diếp chín hoàn toàn sau mỗi 10-14 ngày. Bởi vì hạt giống nảy mầm vào những thời điểm khác nhau và phát triển với tốc độ khác nhau, tôi muốn tạo ra một hệ thống mà cây có thể được thu hoạch và hạt mới có thể được đưa vào khi chúng đã sẵn sàng, vì vậy tôi đã thiết kế túi đựng cây của mình. Buồng, bao gồm bốn túi thực vật, hoặc tổng cộng 12 khe thực vật, có thể được lấy ra, thu hoạch, có thể chèn một phiếu hạt mới và túi có thể được gắn lại vào hệ thống bằng khóa dán chỉ trong vài phút. Các phiếu hạt giống cho phép chuẩn bị, định hướng và dán hạt giống trước thời hạn và đưa vào túi khi cần thiết. - túi tĩnh ngoài tác dụng bảo vệ các linh kiện điện tử còn có bề mặt được tráng gương. Vì vậy, với các túi chống tĩnh điện, ánh sáng sẽ chiếu tới tất cả các cây / mầm trong hệ thống và rau diếp sẽ không mọc chỉ trực tiếp về phía ánh sáng phát triển.

Quân nhu

Thùng đựng hàng:

1. Hộp lưu trữ tệp acrylic

2. Thùng lưu trữ kim loại

3. Trình tổ chức tệp trên máy tính để bàn

4. Dải Velcro

5. Phát triển ánh sáng

Túi thực vật:

1. Túi chống tĩnh điện

2. Băng keo cao su xốp (5/16 inch)

3. Giấy nảy mầm

4. Hỗn hợp đất thô

5. Keo hạt (bột và nước)

6. Hạt giống (Tôi đã sử dụng gói Mesclun Green)

Hệ thống tưới nước:

1. Bơm nhu động

2. Ống silicone cho máy bơm (2mm x 4mm)

3. Arduino M0 Pro (Bất kỳ kiểu máy nào cũng hoạt động được) và nguồn điện

4. Micro USB sang USB-A

5. Breadboard

6. Dây nhảy

7. Hàn sắt và hàn

8. Trình điều khiển Bridge (Tôi đã sử dụng TA7291P)

9. Cảm biến độ ẩm

Bạn có thể tìm thấy những cái rẻ tiền, nhưng chúng sẽ bị ăn mòn nhanh chóng do quá trình điện phân gây ra hiện tại và sẽ cần được thay thế vì các kết quả đọc sẽ xấu đi. Cách khác là sử dụng cảm biến độ ẩm điện dung ít bị ăn mòn hơn hoặc cảm biến cực âm-cực dương đắt tiền hơn

10. Giắc cắm thùng 12v cho bảng mạch và cáp

11. Bình nước có van một chiều

Bước 1: Lắp ráp buồng

Bước này có thể được thực hiện theo nhiều cách, nhưng tôi đã chọn một vùng chứa hai phần vì nó cho phép linh hoạt hơn. Tôi đã sử dụng khung kim loại có mặt trước và mặt trên mở để đặt các túi cây, ánh sáng phát triển và hệ thống tưới nước tự động. Sau đó, khi cây được tải xong, tôi có một hộp acrylic trượt xuống phía trên của đế kim loại.

Các bước:

1. Đầu tiên, tôi gắn đèn trồng cây vào khung kim loại. Tôi khoan hai lỗ ở mỗi bên của đèn (sau khi đảm bảo rằng tôi sẽ không làm hỏng bất kỳ thành phần nào) và gắn nó vào mặt trước của đế. (xem trong hình 1)

2. Tôi phải khoét một lỗ trên khung và tấm acrylic để lắp hợp âm công suất cho ánh sáng (hình 2-4)

Mẹo: để cắt lỗ trên acrylic, tôi đã khoan bốn lỗ ở góc của hình chữ nhật mà tôi muốn cắt và sử dụng Dremel để kết nối chúng và tạo một vết cắt sạch

3. Bởi vì tôi đã mua một thùng lưu trữ hồ sơ cho mặt trên bằng acrylic, tôi đã phải loại bỏ hai môi có nghĩa là để treo các tập tin từ đó. Để làm điều đó, tôi làm nóng nhựa và lấy một cái cạo sơn và một cái vồ và nhẹ nhàng gõ dọc theo mảnh từ từ tách nó ra khỏi hộp.

4. Với một vài điều chỉnh cuối cùng đối với khung kim loại bằng cách sử dụng vồ, phần đầu acrylic vừa khít với phần trên của khung và đế.

Bước 2: Túi trồng cây

Tôi đã chọn tạo các túi trồng cây thay vì một hệ thống thủy canh để cho phép linh hoạt hơn. Các túi có thể được chuẩn bị trước và có thể dễ dàng sử dụng lại bằng cách đặt một gói hạt giống mới và gói giấy nảy mầm vào khe. Các túi có thể dễ dàng tháo ra và đặt lại vào khoang bằng dây đai khóa dán. Ngoài ra, bởi vì các túi rất dễ chuẩn bị, chúng có thể được trồng trong thời gian bù đắp để cho phép các loại cây trồng ổn định. Khi tất cả được trồng cùng một lúc, có thời điểm buồng không có cây trồng khá lớn. Vì vậy, thay vào đó, tôi đề nghị rằng các túi được trồng bù lại trong vài tuần để có một dòng cây trồng có thể thu hoạch liên tục.

Kích thước túi:

Bước này của quy trình cụ thể đối với kích thước của từng hộp người. Cuối cùng, tôi sử dụng hai túi 4x6 và sửa đổi hai túi 12x16 để vừa với mặt sau và đáy hộp của tôi. Các túi 4x6 có khóa kéo để đóng, nhưng các túi lớn hơn thì không và tôi đã sửa đổi chúng. Vì vậy, tôi đã sử dụng băng dính hai mặt để đóng túi từ bên trong và sử dụng một miếng khác ở bên ngoài để giữ nó gấp lại (hình 5)

Lắp ráp các túi:

(xem hình 3 để biết cách bố trí mà tôi đã sử dụng cho túi đựng của mình. Tôi thiết kế nó để các cây không mọc vào không gian của nhau và vì vậy chúng không che khuất nhau khỏi nguồn sáng)

1. Cắt các khe một inch trong túi chống tĩnh điện (hình 1)

Tôi đã sử dụng một con dao Xacto và một miếng bìa cứng để đảm bảo rằng tôi không cắt xuyên qua cả hai mặt của túi

2. Cắt một inch rưỡi miếng băng dính xốp và đặt trực tiếp lên trên khe (hình 2)

3. Sử dụng dao hoặc lưỡi Xacto, cắt một khe một inch trên miếng xốp thẳng hàng với vết cắt trên túi trong bước 1 (hình 2)

4. Lặp lại quy trình tương tự trên một túi nhưng tạo một khe lớn hơn để lắp cảm biến độ ẩm

5. Lặp lại quy trình tương tự trên tất cả các túi nhưng thay vào đó là một miếng băng dính hình vuông và rạch một đường nhỏ hình chữ x vừa đủ lớn để vừa với ống nhu động

Mẹo: Đối với các lỗ ống, hãy đặt chúng ở những nơi mà ống sẽ không vượt qua khu vực phát triển của cây và cũng để chúng có thể kết nối trở lại ngăn phía sau dễ dàng hơn

Bước 3: Lật hạt giống

Các phiếu hạt giống được thiết kế để chúng có thể được chuẩn bị trước và xếp chồng lên nhau trong kho cho đến khi chúng được sử dụng. Tôi đã chuẩn bị một loại keo đơn giản thân thiện với hạt giống để dính hạt với giấy nảy mầm và định hướng hạt hướng tâm hoặc hướng xuống dưới để rễ mọc vào trong túi và mầm ra từ khe.

Tạo Seed Slips

1. Cắt một mảnh giấy nảy mầm (2,5in x 1in)

2. Trộn một thìa bột mì với một lượng nước vừa đủ để tạo thành hỗn hợp đặc

3. Dùng tăm chấm keo hạt lên giữa tờ giấy nảy mầm.

4. Định hướng hạt giống với phần xuyên tâm hoặc điểm hướng xuống dưới và đánh dấu / ghi nhớ đầu mà nó hướng về phía trước vì đây là nơi mà rễ có thể mọc lên

5. Gấp tờ giấy nảy mầm hai lần, làm ba lần với hạt ở giữa.

Bước 4: Hệ thống tưới nước tự động

Hệ thống tưới nước sẽ bao gồm các cảm biến độ ẩm và máy bơm nhu động để tự động tưới nước cho các túi cây khi chúng xuống dưới độ ẩm 30%. Tôi đã viết mã để kiểm tra độ ẩm trong túi sau 8 giờ và nếu mức dưới 30% thì máy bơm sẽ bật trong 10 giây. Đối với máy bơm và nguồn điện của tôi, 10 giây đủ tốt để tăng độ ẩm trong túi đủ trên 30%, do đó máy bơm sẽ kích hoạt khoảng 16 giờ một lần, nhưng cần được kiểm tra và điều chỉnh cho các thiết lập khác nhau.

Kết nối:

GND đến chân trình điều khiển cầu nối 1

12V GND đến chân trình điều khiển cầu nối 1

5V đến chân trình điều khiển cầu nối 7 (vcc)

D5 đến chốt trình điều khiển cầu 5 (in1)

D6 đến chân trình điều khiển cầu nối 6 (in2)

Arduino D13 đến R1 (nếu sử dụng đèn LED bên ngoài tùy chọn)

Chân trình điều khiển cầu 2 (out1) đến cực dương của bơm nhu động

Chân trình điều khiển cầu 4 (vref) và chân 8 (vs) thành 12V pos.

Chân trình điều khiển cầu 10 (out2) đến cực âm của bơm nhu động

Ghi chú:

Chân 9 và 3 của trình điều khiển cầu không được sử dụng

Phần cuối của trình điều khiển cầu có góc vát phía trên là chốt 1 và đầu hình vuông là chốt 10

Mã số:

int IN1Pin = 5; // thay đổi tùy thuộc vào pin bạn đang sử dụngint IN2Pin = 6; // thay đổi tùy thuộc vào mã pin bạn đang sử dụng #define Moisturiser A0

void setup ()

{

Serial.begin (9600);

pinMode (IN1Pin, OUTPUT);

pinMode (IN2Pin, OUTPUT);

analogWrite (IN1Pin, 0);

analogWrite (IN2Pin, 0);

pinMode (ghim độ ẩm, INPUT);

chậm trễ (1000);

}

void loop ()

{

int sensorValue = map (analogRead (Moist_pin), 0, 1023, 100, 0); // lập bản đồ các kết quả đọc độ ẩm từ 0-1023 đến một phần trăm từ 100-0

Serial.print ("Mức độ ổn định hiện tại là:");

Serial.print (sensorValue);

Serial.println ("%");

if (sensorValue <30) // nếu độ ẩm nhỏ hơn 30 phần trăm thực hiện như sau

{

analogWrite (IN1Pin, 255); // 255 đặt máy bơm thành công suất tối đa

trì hoãn (10000); // chạy máy bơm trong 10 giây

analogWrite (IN1Pin, 0); // tắt máy bơm

Serial.println ("Kiểm tra Độ ẩm trong 2 giờ");

chậm trễ (28800000); // 8 giờ tính bằng mili giây

int sensorValue = map (analogRead (Moist_pin), 0, 1023, 100, 0); // kiểm tra độ ẩm

Serial.println (sensorValue); // in mức độ ẩm

}

khác

{

Serial.println ("Đất ẩm, kiểm tra lại sau 1h"); // nếu độ ẩm của đất trên 30% sẽ in câu lệnh này

chậm trễ (3600000); // 1 giờ tính bằng mili giây

}

}

Mẹo: sau khi mã được tải lên Arduino, đối với những người bạn chưa sử dụng chúng trước đây, bạn không cần phải cắm nó vào máy tính của mình. Bạn có thể lấy một bộ nguồn nhỏ cho arduino và nó sẽ thực thi mã của bạn khi được bật. Vì vậy, đối với thiết kế này, tất cả những gì bạn cần là nguồn điện cho arduino và nguồn 12v cho giắc cắm thùng trên breadboard của bạn.

Bước 5: Kết hợp tất cả lại với nhau

Ở giai đoạn này, bạn sẽ có một chiếc hộp hoàn chỉnh với đèn trồng, hệ thống tưới nước và túi đựng cây để tất cả những gì còn lại là tập hợp tất cả lại với nhau.

Công đoạn này đối với nhiều người sẽ khác nhau tùy thuộc vào kích thước của hộp và ngăn chứa nước, máy bơm và bộ vi điều khiển.

Bởi vì buồng tăng trưởng có nghĩa là hoạt động mà không cần trọng lực, tôi đảm bảo buộc tất cả các bộ phận trong ngăn phía sau bằng cách sử dụng các dải Velcro cấp 15lb

1. Tôi đã sử dụng ngăn chứa Arduino và breadboard và các dây đai khóa dán được gắn vào khung và ở mặt sau của ngăn chứa và gắn nó vào mặt trên của hộp lưu trữ tệp là ngăn sau của tôi. (hình 2)

2. Sau đó, tôi đặt các dải khóa dán vào đáy của máy bơm nhu động và đế của ngăn và làm tương tự với bình chứa nước.

3. Tiếp theo, là hệ thống tưới. Tôi sử dụng ba khớp nối tee để tách ống từ máy bơm nhu động thành bốn ống cho bốn túi thực vật. (hình 3)

4. Cuối cùng, tôi đặt các dải khóa dán để giữ các túi cây ở đúng vị trí. Vì tôi đang gắn các dải vào lưới, tôi đã cắt các đoạn của vải công nghiệp và dán chúng vào bên ngoài khung dựa vào mặt sau của các dải Velcro.

Bước 6: Thiết lập các túi thực vật và chạy

Sau khi ngăn phía sau, ống dẫn và cảm biến độ ẩm đã được đặt xong, tất cả những gì còn lại là gắn túi cây, ống và cảm biến độ ẩm.

Hội đồng cuối cùng

1. Đặt các túi cây ở phía chúng được thiết kế. (hình 2 cho thấy quá trình)

2. Đưa cảm biến độ ẩm vào túi có khe dài hơn đã tạo trước đó

3. Chèn các ống vào túi thông qua các cổng xốp hình vuông nhỏ hơn

4. Cắm đèn phát triển vào bộ hẹn giờ và đặt để đèn sáng trong 16 giờ một ngày

5. Cắm nguồn 12v vào jack thùng breadboard

6. Cắm Arduino vào máy tính (nếu bạn muốn theo dõi kết quả đầu ra) hoặc nguồn điện và để chương trình chạy!

Bước 7: Kết quả

Bộ hình đầu tiên (1-4) ở trên là hai tuần tăng trưởng

Bộ thứ hai (5-6) là từ ngày thứ năm khi hầu hết các túi cây có mầm nhìn thấy được

Hình cuối cùng (7) là ngày đầu tiên hệ thống được bật

Phần hay nhất của công cụ này là khi một túi đã được trồng xong, vì chúng phát triển với tốc độ khác nhau, tôi có thể lấy rau diếp ra và cho một bộ hạt mới vào cùng một túi mà không cần phải thu hoạch các cây khác trước khi chúng sẵn sàng.. Trong các thử nghiệm trong tương lai, tôi dự định bù thời gian trồng mỗi túi hai tuần vì mất khoảng 45-55 ngày để hầu hết các loại rau diếp trưởng thành. Và bằng cách làm này, cứ sau hai tuần, tôi sẽ có một túi thực vật chứa đầy đủ rau diếp đã phát triển sẵn sàng để thu hoạch và nó sẽ ngăn các cây xà lách khác cản ánh sáng đến các túi khác vì sẽ có ít đầu lớn mọc hơn.

Về nhì trong Cuộc thi Phát triển Ngoài Trái đất