Chambre de croissance des plantes automatisée : 7 étapes (avec photos)

2024 Auteur: John Day | [email protected]. Dernière modifié: 2024-01-30 09:06

Le projet suivant est ma soumission au concours Growing Beyond Earth Maker dans la division des écoles secondaires.

La chambre de croissance des plantes dispose d'un système d'arrosage entièrement automatisé. J'ai utilisé des pompes péristaltiques, des capteurs d'humidité et un microcontrôleur pour arroser automatiquement les plantes afin de maintenir le sol à une humidité optimale. J'ai conçu ma chambre de croissance pour qu'elle puisse être facilement récoltée et plantée, et ainsi elle a utilisé efficacement l'espace dans la boîte. La conception flexible permettrait aux astronautes d'avoir un afflux constant de récoltes, pouvant récolter un sachet (environ 3 têtes) de laitue entièrement mûrie tous les 10 à 14 jours. Parce que les graines germent à des moments différents et poussent à des rythmes différents, je voulais créer un système où les plantes pourraient être récoltées et de nouvelles graines pourraient être insérées lorsqu'elles étaient prêtes, j'ai donc conçu mes sachets de plantes. La chambre se compose de quatre sachets pour plantes, ou d'un total de 12 fentes pour plantes, qui peuvent être retirées, récoltées, une nouvelle feuille de graines peut être insérée et la poche peut être recollée dans le système à l'aide de velcro en quelques minutes seulement. Les plaquettes de graines permettent de préparer, d'orienter et de coller les graines à l'avance, et de les insérer dans le sachet en cas de besoin. Les fentes des sachets de plantes ont été conçues pour permettre à la plante de pousser tout en empêchant l'eau et la saleté de sortir du sac. -les sacs statiques, en plus de protéger les composants électroniques, sont des surfaces réfléchissantes. Ainsi, avec les sacs antistatiques, la lumière atteindra toutes les plantes/germes du système et la laitue ne poussera pas directement vers la lumière de croissance.

Fournitures

Récipient:

1. Boîte de rangement de fichiers en acrylique

2. Bac de rangement en métal

3. Organisateur de fichiers de bureau

4. Bandes Velcro

5. Cultivez la lumière

Sachets de plantes:

1. Sacs antistatiques

2. Ruban en mousse de caoutchouc spongieux (5/16 pouces)

3. Papier de germination

4. Mélange de sol grossier

5. Colle de graines (farine et eau)

6. Graines (j'ai utilisé un sachet de Mesclun Green)

Système d'arrosage:

1. Pompe péristaltique

2. Tube en silicone pour pompe (2 mm x 4 mm)

3. Arduino M0 Pro (n'importe quel modèle fonctionnera) et source d'alimentation

4. Micro USB vers USB-A

5. Planche à pain

6. Fils de cavalier

7. Fer à souder et soudure

8. Bridge Driver (j'ai utilisé un TA7291P)

9. Capteurs d'humidité

Vous pouvez en trouver des bon marché, mais ils se corroderont rapidement à cause de l'électrolyse induite par le courant et devront être remplacés car les lectures deviendront mauvaises. L'alternative consiste à utiliser des capteurs d'humidité capacitifs moins sujets à la corrosion ou des capteurs cathode-anode plus coûteux

10. 12v Barrel Jack pour planches à pain et câble

11. Bouteille d'eau avec clapet anti-retour

Étape 1: Assembler la chambre

Cette étape peut être réalisée de plusieurs manières, mais j'ai opté pour un conteneur en deux parties car cela permettait plus de flexibilité. J'ai utilisé le cadre en métal qui a un devant ouvert et un dessus ouvert pour loger les sachets de plantes, faire pousser la lumière et un système d'arrosage automatique. Ensuite, une fois les plantes chargées, j'ai une boîte en acrylique qui glisse sur la base en métal.

Pas:

1. Tout d'abord, j'ai attaché la lampe de culture au cadre en métal. J'ai percé deux trous de chaque côté de la lumière (après m'être assuré que je n'endommagerais aucun composant) et je l'ai fixée à l'avant de la base. (vu sur la photo 1)

2. J'ai dû percer un trou dans le cadre et l'acrylique pour s'adapter à la corde d'alimentation de la lumière (image 2-4)

Astuce: pour découper le trou dans l'acrylique j'ai percé quatre trous dans le coin du rectangle que je voulais découper et j'ai utilisé un Dremel pour les relier et faire une coupe nette

3. Parce que j'ai acheté un bac de rangement pour le dessus en acrylique, j'ai dû retirer les deux lèvres destinées à accrocher les fichiers. Pour ce faire, j'ai chauffé le plastique et j'ai pris un grattoir à peinture et un maillet et j'ai tapoté doucement le long de la pièce en la séparant lentement de la boîte.

4. Avec quelques ajustements finaux au cadre en métal à l'aide d'un maillet, le dessus en acrylique s'adapte parfaitement au cadre et à la base.

Étape 2: sachets de plantes

J'ai choisi de créer des sachets de plantes au lieu d'un système hydroponique pour permettre plus de flexibilité. Les sachets peuvent être préparés à l'avance et peuvent être facilement réutilisés en mettant un nouveau paquet de papier de graines et de germination dans la fente. Les sachets peuvent être facilement retirés et remis dans la chambre à l'aide des sangles velcro. De plus, comme les sachets sont si faciles à préparer, ils peuvent être plantés à des heures décalées pour permettre un flux constant de récoltes. Lorsqu'ils sont tous plantés en même temps, il arrive un moment où la chambre n'a pas de récoltes importantes. Donc, à la place, je suggère que les sachets soient plantés en décalage de quelques semaines afin qu'il y ait un flux constant de récolte récoltable.

Taille de la pochette:

Cette étape du processus est spécifique aux dimensions de chaque boîte de personnes. J'ai fini par utiliser deux sacs 4x6 et modifié deux sacs 12x16 pour s'adapter à l'arrière et au bas de ma boîte. Les sacs 4x6 avaient des fermetures à glissière, mais pas les sacs plus grands et je les ai modifiés. J'ai donc utilisé du ruban adhésif double face pour fermer le sac de l'intérieur et utilisé un autre morceau à l'extérieur pour le maintenir replié (photo 5)

Assemblage des pochettes:

(voir l'image 3 pour la disposition que j'ai utilisée pour mes sachets. Je l'ai conçu pour que les plantes ne poussent pas dans l'espace les unes des autres et qu'elles ne se cachent pas de la source de lumière)

1. Coupez des fentes d'un pouce dans les sacs antistatiques (photo 1)

J'ai utilisé un couteau Xacto et un morceau de carton pour m'assurer de ne pas avoir coupé les deux côtés du sac

2. Coupez un pouce et demi de ruban mousse et placez-le directement sur la fente (photo 2)

3. À l'aide du couteau ou de la lame Xacto, découpez une fente d'un pouce dans la mousse alignée avec la fente découpée dans le sac lors de l'étape 1 (photo 2)

4. Répétez le même processus sur un sac mais faites une fente plus grande pour s'adapter au capteur d'humidité

5. Répétez le même processus sur tous les sacs mais à la place, mais un carré de ruban mousse et faites une petite incision en forme de X juste assez grande pour s'adapter au tube péristaltique

Astuce: Pour les trous de tuyau, placez-les dans des zones où les tuyaux ne traverseront pas les zones de croissance des plantes et aussi afin qu'ils puissent se connecter plus facilement au compartiment arrière

Étape 3: Feuillets de semences

Les plaquettes de semences ont été conçues de manière à pouvoir être préparées à l'avance et stockées jusqu'à leur utilisation. J'ai préparé une simple colle adaptée aux graines pour faire adhérer la graine au papier de germination et orienter la radicule ou la pointe des graines vers le bas afin que les racines poussent dans la poche et que le germe sorte de la fente.

Création des bordereaux de semences

1. Coupez un morceau de papier de germination (2,5 po x 1 po)

2. Mélangez une cuillère à soupe de farine avec juste assez d'eau pour former une pâte épaisse

3. À l'aide d'un cure-dent, mettez un point de colle à graines au centre du papier de germination

4. Orientez la graine avec la radicule ou la pointe vers le bas et marquez/souvenez-vous de l'extrémité à laquelle elle fait face car c'est de là que la racine pousse

5. Pliez le papier de germination deux fois, en faisant un triple avec la graine au centre

Étape 4: Système d'arrosage automatique

Le système d'arrosage sera composé de capteurs d'humidité et de pompes péristaltiques pour arroser automatiquement les sachets de plantes lorsqu'ils descendent en dessous d'un taux d'humidité de 30 %. J'ai écrit le code pour que le niveau d'humidité soit vérifié dans les sachets après 8 heures et si le niveau est inférieur à 30% alors la pompe s'allumera pendant 10 secondes. Pour ma pompe et mon alimentation électrique, 10 secondes étaient suffisantes pour augmenter l'humidité dans les sacs suffisamment au-dessus de 30% pour que la pompe s'active toutes les 16 heures environ, mais devrait être testée et ajustée pour différentes configurations.

Connexions:

GND pour ponter la broche 1 du pilote

12V GND pour ponter la broche 1 du pilote

5V pour ponter la broche 7 du pilote (vcc)

D5 pour ponter la broche du pilote 5 (in1)

D6 pour ponter la broche du pilote 6 (in2)

Arduino D13 à R1 (si la LED externe en option est utilisée)

Ponter la broche du pilote 2 (out1) sur la borne positive de la pompe péristaltique

Pont pilote broche 4 (vref) et broche 8 (vs) à 12V pos.

Ponter la broche 10 (out2) du pilote vers la borne négative de la pompe péristaltique

Remarques:

Les broches 9 et 3 du pilote de pont ne sont pas utilisées

L'extrémité du pilote de pont avec le coin biseauté sur le dessus est la broche 1 et l'extrémité carrée est la broche 10

Code:

int IN1Pin = 5; // change en fonction de la broche que vous utilisezint IN2Pin = 6; // change en fonction de la broche que vous utilisez #définir l'humidité_pin A0

void setup()

{

Serial.begin(9600);

pinMode (IN1Pin, SORTIE);

pinMode (IN2Pin, SORTIE);

analogWrite(IN1Pin, 0);

analogWrite(IN2Pin, 0);

pinMode(moisture_pin, INPUT);

retard(1000);

}

boucle vide()

{

int sensorValue = map(analogRead(moisture_pin), 0, 1023, 100, 0); // mappe les lectures d'humidité qui sont de 0 à 1023 à un pourcentage de 100 à 0

Serial.print("Le niveau d'humidité actuel est: ");

Serial.print(sensorValue);

Serial.println("%");

if (sensorValue < 30) // si l'humidité est inférieure à 30 pour cent, exécute ce qui suit

{

analogWrite(IN1Pin, 255); // 255 règle la pompe à la puissance maximale

retard (10000); // fait tourner la pompe pendant 10 secondes

analogWrite(IN1Pin, 0); // arrête la pompe

Serial.println ("Vérification des niveaux d'humidité en 2 heures");

retard(2880000); // 8 heures en millisecondes

int sensorValue = map(analogRead(moisture_pin), 0, 1023, 100, 0); // vérifie le taux d'humidité

Serial.println(sensorValue); // imprime le niveau d'humidité

}

autre

{

Serial.println("Le sol est humide, vérification à nouveau dans 1h"); // si l'humidité du sol est supérieure à 30% imprime cette déclaration

retard(3600000); // 1 heure en millisecondes

}

}

Astuce: une fois le code téléchargé sur l'Arduino, pour ceux d'entre vous qui ne l'ont pas encore utilisé, vous n'avez pas besoin de le laisser branché sur votre ordinateur. Vous pouvez obtenir une petite alimentation pour l'arduino et il exécutera votre code lorsqu'il sera allumé. Donc, pour cette conception, tout ce dont vous avez besoin est une alimentation pour l'arduino et une alimentation 12v pour la prise baril de votre planche à pain.

Étape 5: Tout assembler

À ce stade, vous devriez avoir la boîte terminée avec des lampes de culture, un système d'arrosage et des sachets de plantes, il ne reste donc plus qu'à tout assembler.

Cette étape peut être différente pour de nombreuses personnes en fonction des dimensions de la boîte et du compartiment pour le réservoir d'eau, la pompe et les microcontrôleurs.

Parce que la chambre de croissance est censée fonctionner sans gravité, je me suis assuré d'attacher tous les composants du compartiment arrière à l'aide de bandes Velcro de 15 lb.

1. J'ai utilisé un support Arduino et une planche à pain et les sangles velcro attachées au cadre et à l'arrière du support et je l'ai monté sur la partie supérieure du conteneur de stockage de fichiers qui est mon compartiment arrière. (photo 2)

2. Ensuite, j'ai mis des bandes velcro sur le fond de la pompe péristaltique et la base du compartiment et j'ai fait de même avec le réservoir d'eau.

3. Ensuite, est le système d'irrigation. J'ai utilisé trois raccords en T pour diviser le tuyau de la pompe péristaltique en quatre tuyaux pour les quatre sachets de plantes. (photo 3)

4. Enfin, j'ai placé les bandes velcro pour maintenir les sachets de plantes en place. Parce que je fixais les bandes à un maillage, j'ai coupé des segments de sangle industrielle et les ai collés à l'extérieur du cadre contre le dos des bandes Velcro.

Étape 6: Configuration des sachets de plantes et exécution

Une fois le compartiment arrière, la tubulure et les capteurs d'humidité en place, il ne reste plus qu'à fixer les sachets de plantes, la tubulure et les capteurs d'humidité.

L'assemblage final

1. Placez les sachets de plantes du côté pour lequel ils ont été conçus. (la photo 2 montre le processus)

2. Insérez le capteur d'humidité dans le sac avec la fente la plus longue faite plus tôt

3. Insérez les tubes dans les sachets à travers les plus petits ports de mousse carrés

4. Branchez les lampes de culture dans la minuterie et réglez-les de manière à ce que les lumières soient allumées 16 heures par jour

5. Branchez l'alimentation 12v sur la prise baril de la planche à pain

6. Branchez Arduino à l'ordinateur (si vous souhaitez surveiller les sorties) ou à l'alimentation et laissez le programme s'exécuter !

Étape 7: Résultats

La première série d'images (1-4) ci-dessus représente deux semaines de croissance

La deuxième série (5-6) date du cinquième jour, lorsque la plupart des sachets de plantes avaient des germes visibles

La dernière photo (7) date du premier jour où le système a été allumé

La meilleure partie de cet engin était que lorsqu'un sachet avait fini de pousser, car ils poussaient à des vitesses différentes, je pouvais retirer la laitue et insérer un nouveau jeu de graines dans le même sachet sans avoir à récolter les autres cultures avant qu'elles ne soient prêtes.. Dans les futurs tests, je prévois de décaler la plantation de la plantation de chaque sachet de deux semaines car il faut environ 45 à 55 jours pour que la plupart des laitues mûrissent. Et en faisant cela, toutes les deux semaines, j'aurai un sachet de laitue adulte prêt à être récolté et cela empêchera les autres plants de laitue de bloquer la lumière vers les autres sachets car il y aura moins de grosses têtes qui pousseront.

Finaliste du concours Growing Beyond Earth Maker