Chambre de croissance des plantes intelligente : 13 étapes

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

Je propose une nouvelle idée qui est la chambre de croissance des plantes intelligente. La croissance des plantes dans l'espace a suscité beaucoup d'intérêt scientifique. Dans le cadre des vols spatiaux habités, ils peuvent être consommés comme nourriture et/ou fournir une atmosphère rafraîchissante. Actuellement N. A. S. A. utiliser des coussins végétaux pour faire pousser de la nourriture dans la Station spatiale internationale.

Alors je viens avec l'idée d'aller plus loin.

Problèmes pour faire pousser de la nourriture dans l'espace:

La gravité:

C'est le principal obstacle pour faire pousser de la nourriture dans l'espace, cela affecte la croissance des plantes de plusieurs manières: vous ne pouvez pas arroser les plantes correctement car il n'y a pas de gravité, donc l'eau ne peut pas être fournie par des arroseurs d'eau et d'autres méthodes conventionnelles utilisées sur terre.

2 L'eau ne peut pas atteindre les racines des plantes car il n'y a pas de gravité.

3 La croissance des racines affecte également par gravité. (les racines des plantes descendent et les plantes poussent vers le haut) Ainsi, les racines des plantes ne poussent jamais dans la bonne direction.

Radiation:

1. Il y a beaucoup de radiations dans l'espace, elles sont donc nocives pour les plantes.

2. Le rayonnement du vent solaire affecte également les plantes.

3. Beaucoup de rayons ultraviolets également nocifs pour les plantes.

Température:

1. Il y a beaucoup de variation de température dans l'espace (la température peut aller jusqu'à cent degrés et jusqu'à moins cent degrés).

2. la température augmente l'évaporation de l'eau afin que les plantes ne puissent pas survivre dans l'espace.

Surveillance:

1. La surveillance des plantes est très difficile dans l'espace car la personne surveille en permanence de nombreux facteurs tels que la température, l'eau et le rayonnement.

2. Différentes usines nécessitent différents besoins en ressources. S'il y a différentes usines, la surveillance devient plus difficile.

J'ai donc eu l'idée qu'essayer d'éliminer tous ces obstacles. C'est une chambre pour cultiver de la nourriture dans l'espace à très faible coût. Elle contient toutes les ressources et technologies intégrées qui permettent de surmonter de nombreuses difficultés. Alors allons-y !!!

Ce dont cette chambre est capable:

1. Élimine l'effet de la gravité.

2. Fournir de l'eau appropriée aux racines des plantes. (Contrôlable - Manuellement, automatiquement)

3. Fournir un éclairage artificiel aux plantes pour la photosynthèse.

4. Minimiser l'effet du rayonnement.

5. Détection de l'environnement tel que la température du sol, l'humidité, la température de l'environnement, l'humidité, le rayonnement, la pression et afficher les données en temps réel sur l'ordinateur.

Étape 1: Composant requis:

1. ESP32 (carte de traitement principale, vous pouvez également utiliser d'autres cartes).

2. DHT11 ou DHT-22. (DH22 offre une meilleure précision)

3. DS18b20 (version métallique étanche).

4. Capteur d'humidité du sol.

5. Pompe à eau. (12 volts).

6. Feuille de plastique.

Ventilateur 7,12 volts cc.

8. Capteurs de gaz.

9. ULN2003.

10. Servomoteur.

11. Feuille de verre.

12. Feuille électrostatique.

13. Relais 12 volts.

14. BMP 180.

15. 7805 Régulateur de tension.

Condensateur 16.100uF, 10uF.

17. Lumière de toit de voiture (LED ou CFL). (Couleur définie plus loin).

18. Alimentation SMPS (12 volts - 1 A si vous conduisez la pompe à partir d'une alimentation séparée sinon jusqu'à 2 ampères)

Étape 2: Configuration logicielle requise:

1. IDE Arduino.

2. LABView

3. Installation d'ESP32 dans l'IDE Arduino.

4. Bibliothèques ESP32. (De nombreuses bibliothèques sont différentes des bibliothèques Arduino).

Étape 3: Créez un récipient et un système d'arrosage:

Fabriquez un récipient en plastique de n'importe quelle taille en fonction des besoins ou de l'espace disponible. Le matériau utilisé pour le conteneur est en plastique, il ne peut donc pas être éliminé par l'eau (il peut également être fabriqué à partir de métaux mais cela augmente le coût et le poids car il y a une limite de poids de la fusée)

Problème: Il n'y a pas de gravité dans l'espace. Les gouttes d'eau restent libres dans l'espace (comme le montre l'image de la N. A. S. A.) et n'atteignent jamais le fond du sol, donc l'arrosage avec des méthodes conventionnelles n'est pas possible dans l'espace.

De petites particules forment également du sol flottant dans l'air.

Solution: j'ai mis de petits tuyaux d'eau dans le sol (il y a de petits trous) au centre et les tuyaux sont attachés à la pompe. Lorsque la pompe démarre, l'eau sort de petits trous de tuyau au fond du sol afin qu'elle atteigne facilement les racines de la plante.

Un petit ventilateur est fixé au sommet de la chambre (l'air circule de haut en bas) afin de fournir une pression aux petites particules et d'éviter de flotter à l'extérieur de la chambre.

Maintenant, mettez de la terre dans un récipient.

Étape 4: Capteurs de sol:

J'insère deux capteurs dans le sol. Le premier est le capteur de température (DS18b20 Waterproof). Qui détectent la température du sol.

Pourquoi avons-nous besoin de connaître la température et l'humidité du sol ?

La chaleur est le catalyseur de nombreux processus biologiques. Lorsque les températures du sol sont basses (et les processus biologiques lents), certains nutriments sont rendus indisponibles ou moins disponibles pour les plantes. C'est particulièrement vrai dans le cas du phosphore, qui est en grande partie responsable de favoriser le développement des racines et des fruits des plantes. Ainsi, pas de chaleur signifie que moins de nutriments entraîne une mauvaise croissance. Les températures élevées sont également nocives pour les plantes.

Le deuxième est le capteur d'humidité. Qui détecte l'humidité du sol si l'humidité dans le sol diminue par rapport à la limite prédéfinie, le moteur s'allume, lorsque l'humidité atteint sa limite supérieure, le moteur s'éteint automatiquement. La limite supérieure et la limite inférieure dépendent et varient d'une plante à l'autre. Il en résulte un système en boucle fermée. L'eau est faite automatiquement sans interférence de personne.

Noter. Besoin en eau pour différentes pour différentes plantes. Il est donc nécessaire d'ajuster le niveau d'eau minimum et maximum. Cela peut être fait à partir du potentiomètre si vous utilisez une interface numérique sinon cela peut être modifié dans la programmation.

Étape 5: Faire des murs de verre

Il y a des parois à l'arrière du conteneur avec un film électrostatique dessus. Puisqu'il n'y a pas de champ magnétique qui nous protège des vents solaires. J'utilise une simple feuille de verre mais la recouvre d'une feuille électrostatique. La feuille électrostatique empêche les particules de charge du vent solaire. Il est également utile de minimiser l'effet des rayonnements dans l'espace. cela évite également de faire flotter le sol et les particules d'eau dans l'air.

Pourquoi avons-nous besoin d'une protection électrostatique ?

Le noyau de fer en fusion de la Terre crée des courants électriques qui produisent des lignes de champ magnétique autour de la Terre similaires à celles associées à un aimant en barre ordinaire. Ce champ magnétique s'étend à plusieurs milliers de kilomètres de la surface de la Terre. Le champ magnétique terrestre repousse les particules de charge sous forme de vent solaire et évite d'entrer dans l'atmosphère terrestre. Mais il n'y a pas une telle protection disponible en dehors de la terre et sur d'autres planètes. Nous avons donc besoin d'une autre méthode artificielle pour nous protéger ainsi que les plantes de ces particules de charge. Le film électrostatique est essentiellement un film conducteur, il ne laisse donc pas entrer de particules de charge à l'intérieur.

Étape 6: Construire l'obturateur:

Chaque plante a son propre besoin de lumière du soleil. L'exposition au soleil pendant une longue période et un rayonnement élevé sont également nocifs pour les plantes. Les ailes d'obturation sont fixées à l'extérieur du miroir puis connectées à des servomoteurs. Angle d'ouverture de l'aile et laisser entrer la lumière qui est maintenue par le circuit de traitement principal

Un composant de détection de lumière LDR (résistance dépendante de la lumière) est connecté au circuit de traitement principal. Fonctionnement de ce système:

1. En cas de rayonnement et de lumière excessifs (détectés par LDR), il ferme les ailes et élimine la lumière qui pénètre à l'intérieur. 2. Chaque plante a son propre besoin de soleil. Le circuit de traitement principal note le temps de laisser la lumière du soleil après cette heure particulière, les vents sont fermés. Cela évite un éclairage supplémentaire à atteindre dans la chambre.

Étape 7: Détection et contrôle de l'environnement:

Différentes plantes nécessitent des conditions environnementales différentes telles que la température et l'humidité.

Température: pour détecter la température ambiante, le capteur DHT-11 est utilisé (le DHT 22 peut être utilisé pour obtenir une haute précision). Lorsque la température augmente ou diminue par rapport à la limite prescrite, il avertit et allume le ventilateur extérieur.

Pourquoi devons-nous maintenir la température ?

La température dans l'espace est de 2,73 Kelvin (-270,42 Celsius, -454,75 Fahrenheit) dans le côté obscur (où le soleil ne brille pas). Du côté exposé au soleil, la température peut atteindre des températures brûlantes d'environ 121 C (250 degrés F).

Maintenir l'humidité:

L'humidité est la quantité de vapeur d'eau dans l'air par rapport à la quantité maximale de vapeur d'eau que l'air peut contenir à une certaine température.

Pourquoi devons-nous maintenir l'humidité ?

Les niveaux d'humidité affectent quand et comment les plantes ouvrent les stomates sur la face inférieure de leurs feuilles. Les plantes utilisent les stomates pour transpirer ou « respirer ». Lorsque le temps est chaud, une plante peut fermer ses stomates pour réduire les pertes d'eau. Les stomates agissent également comme un mécanisme de refroidissement. Lorsque les conditions ambiantes sont trop chaudes pour une plante et qu'elle ferme ses stomates trop longtemps dans un effort pour conserver l'eau, elle n'a aucun moyen de déplacer les molécules de dioxyde de carbone et d'oxygène, provoquant lentement l'étouffement de la plante à cause de la vapeur d'eau et de ses propres gaz transpirés..

En raison de l'évaporation (de la plante et du sol), l'humidité augmente rapidement. Il est non seulement nocif pour les plantes, mais également nocif pour le capteur et le miroir en verre. Il peut être négligé de deux manières.

1. Le papier plastique sur la surface empêche facilement l'humidité. Du papier plastique est étalé sur la surface supérieure du sol avec une ouverture pour le substrat et les graines (les plantes y poussent). Il est également utile lors de l'arrosage.

Le problème de cette méthode est que les plantes avec des racines plus grosses ont besoin d'air dans le sol et les racines. le sac en plastique empêche l'air d'atteindre complètement ses racines.

2. Les petits ventilateurs sont fixés sur le toit supérieur de la chambre. L'humidité dans la chambre est détectée par l'hygromètre intégré (DHT-11 et DHT-22). Lorsque l'humidité augmente à partir de la limite, les ventilateurs s'allument automatiquement, à la limite inférieure, les ventilateurs sont arrêtés.

Étape 8: Éliminez la gravité:

En raison de la gravité, les tiges poussent vers le haut, ou loin du centre de la Terre, et vers la lumière. Les racines poussent vers le bas, ou vers le centre de la Terre, et loin de la lumière. Sans gravité, la plante n'a pas hérité de la capacité de s'orienter.

Il existe deux méthodes pour éliminer la gravité

1. Gravité artificielle:

La gravité artificielle est la création d'une force d'inertie qui imite les effets d'une force gravitationnelle, généralement par rotation résultant de la production de forces centrifuges. Ce processus est également appelé pseudo-gravité.

Cette méthode est trop coûteuse et très difficile. il y a trop de chances d'échec. De plus, cette méthode ne peut pas être testée correctement sur terre.

2. Utilisation du substrat: c'est une méthode trop simple et aussi efficace en tissu. Les graines sont conservées dans un petit sac appelé substrat. Les graines sont conservées sous un substrat qui fournit la bonne direction aux racines et aux feuilles, comme indiqué sur l'image. Il aide à faire pousser les racines vers le bas et à planter les feuilles vers le haut.

C'est un tissu avec des trous. Puisque les graines sont à l'intérieur, elles permettent à l'eau d'entrer et aux racines de sortir et de pénétrer dans le sol. Les graines sont conservées à moins de 3 à 4 pouces de profondeur sous le sol.

Comment mettre la graine sous terre et garder sa position ??

J'ai coupé une feuille de plastique d'une longueur de 4 à 5 pouces et j'ai formé une rainure devant. Placez cet outil sur la moitié de la longueur de ce chiffon (côté rainure). Mettez les graines dans la rainure et enroulez le tissu autour. Insérez maintenant cet outil dans le sol. Sortez l'outil du sol pour que les graines et le substrat pénètrent dans le sol.

Étape 9: La lumière du soleil artificielle:

Dans l'espace, la lumière du soleil n'est pas toujours possible, donc la lumière artificielle peut être nécessaire. Ceci est fait par CFL et les nouvelles lumières LED. J'utilise la lumière CFL qui est de couleur bleue et rouge pas trop brillante. Ces lumières sont montées sur le toit supérieur de la chambre. Cela fournit un spectre complet de lumière (les LFC sont utilisées lorsqu'il y a un besoin de lumière à haute température, tandis que les LED sont utilisées lorsque les installations ne nécessitent pas de chauffage ou de chauffage faible. Cela peut être piloté manuellement, à distance ou automatiquement (contrôlé par le circuit de traitement principal).

Pourquoi j'utilise une combinaison de couleur bleu et rouge?

La lumière bleue correspond au pic d'absorption des chlorophylles, qui effectuent la photosynthèse pour produire des sucres et des carbones. Ces éléments sont essentiels à la croissance des plantes, car ce sont les éléments constitutifs des cellules végétales. Cependant, la lumière bleue est moins efficace que la lumière rouge pour piloter la photosynthèse. En effet, la lumière bleue peut être absorbée par des pigments moins efficaces comme les caroténoïdes et des pigments inactifs comme les anthocyanes. En conséquence, il y a une réduction de l'énergie de la lumière bleue qui se rend aux pigments de chlorophylle. Étonnamment, lorsque certaines espèces sont cultivées uniquement avec de la lumière bleue, la biomasse végétale (poids) et le taux de photosynthèse sont similaires à ceux d'une plante cultivée uniquement avec de la lumière rouge.

Étape 10: Surveillance visuelle:

J'utilise LABview pour la surveillance visuelle des données et le contrôle également parce que LABview est un logiciel très flexible. Il acquisition de données à grande vitesse et facile à utiliser. Il peut être connecté avec ou sans fil au circuit de traitement principal. Les données provenant du circuit de traitement principal (ESP-32) sont formatées et affichées sur LABview.

Étapes à suivre:

1. Installez LABview et téléchargez. (pas besoin d'installer des modules complémentaires Arduino)

2. Exécutez le code vi ci-dessous.

3. Connectez le port USB à votre PC.

4. Téléchargez le code Arduino.

5. Le port COM affiché dans votre labview (si Windows pour Linux et MAC "dev/tty") et l'indicateur montre que votre port est connecté ou non.

6. Terminer !! Données de divers capteurs affichées à l'écran.

Étape 11: Préparer le matériel (circuit):

Le schéma du circuit est représenté sur la figure. vous pouvez également télécharger le PDF ci-dessous.

Il se compose des parties suivantes:

Circuit de traitement principal:

Toute carte compatible avec arduino peut être utilisée, telle que arduino uno, nano, mega, nodeMCU et STM-32. mais l'utilisation de l'ESP-32 est due à la raison suivante:

1. Il est doté d'un capteur de température intégré, il est donc possible de mettre le processeur en mode veille profonde dans des situations de température élevée.

2. Le processeur principal est blindé avec du métal, il y a donc moins d'effet de rayonnement.

3. Le capteur à effet Hall interne est utilisé pour détecter le champ magnétique autour des circuits.

Section capteur:

Tous les capteurs fonctionnent sur une alimentation de 3,3 volts. Le régulateur de tension à l'intérieur de l'ESP-32 fournit un faible courant afin qu'il puisse être surchauffé. Pour éviter ce régulateur de tension LD33 est utilisé.

Nœud: j'ai appliqué une alimentation de 3,3 volts car j'utilise ESP-32 (également identique pour nodeMCU et STM-32). Si vous utilisez arduino, vous pouvez également utiliser 5 volts

Alimentation principale:

12 volts 5 ampères SMPS est utilisé. vous pouvez également utiliser une alimentation régulée avec transformateur, mais il s'agit d'une alimentation linéaire, elle est donc conçue pour une tension d'entrée spécifique, la sortie sera donc modifiée lorsque nous passons de 220 volts à 110 volts. (L'alimentation 110 volts est disponible dans l'ISS)

Étape 12: Préparer le logiciel:

Étapes à suivre:

1. Installation d'Arduino: si vous n'avez pas d'arduino, vous pouvez télécharger à partir du lien

www.arduino.cc/en/main/software

2. Si vous avez NodeMCU, suivez ces étapes pour l'ajouter avec arduino:

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

3. Si vous utilisez ESP-32 Suivez ces étapes pour l'ajouter avec arduino:

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

4. Si vous utilisez ESP-32 (la bibliothèque DHT11 simple ne peut pas fonctionner correctement avec ESP-32), vous pouvez télécharger à partir d'ici:

github.com/beegee-tokyo/DHTesp

Étape 13: Préparez LABview:

1. Téléchargez LABview à partir de ce lien

www.ni.com/en-in/shop/labview.html?cid=Paid_Search-129008-India-Google_ESW1_labview_download_exact&gclid=Cj0KCQjw4s7qBRCzARIsAImcAxY0WhS0V5T275xQrIi9DGSYaVCymaIg4s7qBRCzARIsAImcAxY0WhS0V5T275xQrIi9DGSYaVCymaIg4s7qBRCzARIsAImcAxY0WhS0V5T275xQrIi9DGSYaVCymaIg4s

2. Téléchargez le fichier vi.

3. Connectez le port USB. Indicateur que le port d'affichage est connecté ou non.

terminé!!!!