غرفة نمو النبات الآلية: 7 خطوات (بالصور)

2024 مؤلف: John Day | [email protected]. آخر تعديل: 2024-01-30 07:38

المشروع التالي هو تقديمي إلى مسابقة Growing Beyond Earth Maker في قسم المدرسة الثانوية.

تحتوي غرفة نمو النبات على نظام سقي آلي بالكامل. لقد استخدمت المضخات التمعجية ، وأجهزة استشعار الرطوبة ، وجهاز تحكم دقيق لري النباتات تلقائيًا للحفاظ على التربة في الرطوبة المثلى. لقد صممت غرفة النمو الخاصة بي بحيث يمكن حصادها وزراعتها بسهولة ، وبالتالي فقد استفادت من المساحة الموجودة في الصندوق بكفاءة. سيسمح التصميم المرن لرواد الفضاء بالحصول على تدفق ثابت للمحاصيل ، بحيث يكونون قادرين على حصاد كيس (حوالي 3 رؤوس) من الخس الناضج تمامًا كل 10-14 يومًا. نظرًا لأن البذور تنبت في أوقات مختلفة وتنمو بمعدلات مختلفة ، فقد أردت إنشاء نظام يمكن فيه حصاد النباتات وإدخال بذور جديدة عندما تكون جاهزة ، لذلك صممت أكياس نباتاتي. تتكون الغرفة من أربعة أكياس نباتية ، أو ما مجموعه 12 فتحة نباتية ، يمكن إزالتها وحصادها وإدخال زلة بذرة جديدة ، ويمكن إعادة الحقيبة إلى النظام باستخدام الفيلكرو في دقائق معدودة. تسمح زلات البذور بتحضير البذور وتوجيهها ولصقها في وقت مبكر ، وإدخالها في الحقيبة عند الحاجة. تم تصميم فتحات أكياس النبات للسماح للنبات بالنمو مع منع الماء والأوساخ من مغادرة الكيس. - الأكياس الساكنة ، بالإضافة إلى حماية المكونات الإلكترونية ، هي أسطح عاكسة. لذلك ، مع الأكياس المضادة للكهرباء الساكنة ، سيصل الضوء إلى جميع النباتات / البراعم في النظام ولن ينمو الخس مباشرةً في اتجاه ضوء النمو.

اللوازم

وعاء:

1. صندوق تخزين ملف الاكريليك

2. صندوق تخزين المعادن

3. منظم ملفات سطح المكتب

4. شرائط الفيلكرو

5. ينمو الضوء

أكياس النبات:

1. أكياس مكافحة ساكنة

2. شريط مطاطي إسفنجي فوم (5/16 بوصة)

3. ورقة إنبات

4. خليط التربة الخشنة

5. غراء البذور (الدقيق والماء)

6. البذور (كنت أستخدم حزمة Mesclun Green)

نظام الري:

1. مضخة تمعجية

2. أنبوب سيليكون للمضخة (2 مم × 4 مم)

3. Arduino M0 Pro (أي نموذج سيعمل) ومصدر الطاقة

4. Micro USB إلى USB-A

5. اللوح

6. أسلاك العبور

7. لحام الحديد ولحام

8. برنامج تشغيل الجسر (استخدمت TA7291P)

9. مجسات الرطوبة

يمكنك العثور على رخيصة الثمن ، لكنها ستتآكل بسرعة من التحليل الكهربائي المستحث الحالي وستحتاج إلى استبدالها لأن القراءات ستفسد. البديل هو استخدام مستشعرات الرطوبة السعوية الأقل عرضة للتآكل أو أجهزة استشعار الكاثود والأنود الأكثر تكلفة

10. مقبس برميل 12 فولت للوحات التوصيل والكابلات

11. زجاجة ماء مع صمام فحص

الخطوة 1: قم بتجميع الغرفة

يمكن القيام بهذه الخطوة بعدة طرق ، لكنني اخترت حاوية مكونة من جزأين لأنها سمحت بمزيد من المرونة. لقد استخدمت الإطار المعدني الذي له واجهة مفتوحة ومفتوحة لإيواء أكياس النباتات ، وزراعة الضوء ، ونظام الري التلقائي. بعد ذلك ، بمجرد تحميل النباتات ، لدي صندوق أكريليك ينزلق لأسفل أعلى القاعدة المعدنية.

خطوات:

1. أولاً ، أرفقت ضوء النمو بالإطار المعدني. لقد قمت بحفر فتحتين في كل جانب من جوانب الضوء (بعد التأكد من أنني لن أتلف أي مكونات) ، وقمت بتوصيله بالجانب الأمامي للقاعدة. (شوهد في الصورة 1)

2. اضطررت إلى قطع ثقب في الإطار والاكريليك لتلائم وتر الطاقة للضوء (الصورة 2-4)

نصيحة: لقطع الفتحة الموجودة في الأكريليك ، قمت بحفر أربعة ثقوب في زاوية المستطيل ، أردت قصها واستخدمت جهاز Dremel لتوصيلها وإجراء قطع نظيف

3. لأنني اشتريت حاوية تخزين ملفات للجزء العلوي من الأكريليك ، اضطررت إلى إزالة الشفتين المخصصتين لتعليق الملفات منه. للقيام بذلك ، قمت بتسخين البلاستيك وأخذت مكشطة طلاء ومطرقة ونقرت برفق على طول القطعة التي تفصلها ببطء عن الصندوق.

4. مع بعض التعديلات النهائية للإطار المعدني باستخدام مطرقة ، فإن قمة الأكريليك تناسب بشكل مريح أعلى الإطار والقاعدة.

الخطوة 2: زرع الأكياس

اخترت إنشاء أكياس نباتية بدلاً من نظام الزراعة المائية للسماح بمزيد من المرونة. يمكن تحضير الأكياس في وقت مبكر ويمكن إعادة استخدامها بسهولة عن طريق وضع عبوة ورقية جديدة للبذور والإنبات في الفتحة. يمكن إزالة الأكياس بسهولة وإعادتها إلى الغرفة باستخدام أشرطة الفيلكرو. أيضًا ، نظرًا لسهولة تحضير الأكياس ، يمكن زراعتها في أوقات الموازنة للسماح بتدفق ثابت للمحاصيل. عندما يتم زرعها جميعًا مرة واحدة ، هناك وقت لا تحتوي فيه الغرفة على محاصيل كبيرة. لذا ، بدلاً من ذلك ، أقترح أن يتم تعويض الأكياس ببضعة أسابيع بحيث يكون هناك تدفق مستمر للمحاصيل القابلة للحصاد.

تحجيم الحقيبة:

هذه الخطوة من العملية خاصة بأبعاد كل صندوق من الأشخاص. انتهى بي الأمر باستخدام حقيبتين مقاس 4 × 6 وعدلت حقيبتين مقاس 12 × 16 لتناسب ظهر الصندوق وأسفله. كانت الأكياس 4 × 6 مزودة بسحاب للإغلاق ، لكن الأكياس الأكبر لم تكن كذلك وقمت بتعديلها. لذلك ، استخدمت شريطًا لاصقًا مزدوج الجوانب لإغلاق الحقيبة من الداخل واستخدمت قطعة أخرى من الخارج لإبقائها مطوية للخلف (الصورة 5)

تجميع الحقائب:

(انظر الصورة 3 للتخطيط الذي استخدمته في الحقائب الخاصة بي. لقد صممته بحيث لا تنمو النباتات في مساحة بعضها البعض وبالتالي لا تحجب بعضها البعض من مصدر الضوء)

1. قطع شقوق بوصة واحدة في الأكياس المقاومة للكهرباء الساكنة (الصورة 1)

لقد استخدمت سكين Xacto وقطعة من الورق المقوى للتأكد من أنني لم أقطع جانبي الحقيبة

2. اقطع بوصة ونصف من الشريط الرغوي وضعها مباشرة فوق الشق (الصورة 2)

3. باستخدام سكين أو شفرة Xacto ، قم بقطع شق بوصة واحدة في الرغوة المحاذاة للشق المقطوع في الكيس أثناء الخطوة 1 (الصورة 2)

4. كرر نفس العملية على كيس واحد ولكن اصنع فتحة أكبر لتناسب مستشعر الرطوبة

5. كرر نفس العملية على جميع الأكياس ولكن بدلاً من ذلك ، ولكن بدلاً من ذلك ، قم بعمل شق صغير على شكل حرف X كبير بما يكفي ليلائم الأنابيب التمعجية

نصيحة: بالنسبة إلى فتحات الخراطيم ، ضعها في المناطق التي لا تعبر فيها الخراطيم مناطق نمو النبات وأيضًا حتى تتمكن من الاتصال مرة أخرى بالمقصورة الخلفية بسهولة

الخطوة 3: قسائم البذور

تم تصميم قسائم البذور بحيث يمكن تحضيرها مسبقًا وتخزينها حتى يتم استخدامها. لقد أعددت غراءًا بسيطًا صديقًا للبذور لإلصاق البذرة بورقة الإنبات وتوجيه جذور البذور أو توجيهها لأسفل حتى تنمو الجذور في الحقيبة ويخرج البرعم من الشق.

إنشاء قسائم البذور

1. قص قطعة من ورق الإنبات (2.5 بوصة × 1 بوصة)

2. امزج ملعقة كبيرة من الدقيق مع كمية كافية من الماء لتكوين عجينة سميكة

3. باستخدام عود أسنان ، ضع نقطة من غراء البذور في وسط ورقة الإنبات

4. وجّه البذرة بحيث يكون الجذر أو النقطة متجهة لأسفل وحدد / تذكر الطرف الذي تواجهه لأن هذا هو المكان الذي ينمو منه الجذر

5. اطوِ ورقة الإنبات مرتين ، بحيث تكون ثلاثية مع وجود البذرة في المنتصف

الخطوة 4: نظام الري الأوتوماتيكي

سيتكون نظام الري من مستشعرات الرطوبة ومضخات تمعجية لسقي أكياس النبات تلقائيًا عندما تنخفض عن مستوى الرطوبة بنسبة 30٪. لقد كتبت الكود بحيث يتم فحص مستوى الرطوبة في الأكياس بعد 8 ساعات وإذا كان المستوى أقل من 30٪ ، فسيتم تشغيل المضخة لمدة 10 ثوانٍ. بالنسبة لمضختي ومصدر الطاقة ، كانت 10 ثوانٍ جيدة بما يكفي لزيادة الرطوبة في الأكياس بما يكفي فوق 30٪ بحيث تنشط المضخة كل 16 ساعة تقريبًا ، ولكن يجب اختبارها وتعديلها لإعدادات مختلفة.

روابط:

GND لجسر دبوس السائق 1

12V GND لجسر دبوس السائق 1

5V لجسر دبوس السائق 7 (VCC)

D5 لجسر دبوس السائق 5 (in1)

D6 لجسر دبوس السائق 6 (in2)

Arduino D13 إلى R1 (في حالة استخدام مؤشر LED الخارجي الاختياري)

دبوس سائق الجسر 2 (مخرج 1) إلى الطرف الموجب للمضخة التمعجية

دبوس سائق الجسر 4 (vref) والدبوس 8 (مقابل) إلى نقاط البيع 12V.

دبوس سائق الجسر 10 (مخرج 2) إلى الطرف السالب للمضخة التمعجية

ملحوظات:

لا يتم استخدام الدبابيس 9 و 3 من برنامج تشغيل الجسر

نهاية سائق الجسر مع الزاوية المشطوفة في الأعلى هي الدبوس 1 والنهاية المربعة هي الدبوس 10

الشفرة:

عدد int IN1Pin = 5 ؛ // التغيير اعتمادًا على رقم التعريف الشخصي الذي تستخدمه في IN2Pin = 6 ؛ // التغيير اعتمادًا على الدبوس الذي تستخدمه #define moist_pin A0

الإعداد باطل()

{

Serial.begin (9600) ؛

pinMode (IN1Pin ، الإخراج) ؛

pinMode (IN2Pin ، الإخراج) ؛

analogWrite (IN1Pin ، 0) ؛

analogWrite (IN2Pin، 0) ؛

pinMode (moist_pin، INPUT) ؛

تأخير (1000) ؛

}

حلقة فارغة()

{

int sensorValue = map (analogRead (moist_pin)، 0، 1023، 100، 0) ؛ // تعين قراءات الرطوبة التي تتراوح من 0-1023 إلى نسبة مئوية من 100-0

Serial.print ("المستوى الحالي هو:")؛

Serial.print (sensorValue) ؛

Serial.println ("٪") ؛

إذا كانت (sensorValue <30) // إذا كانت الرطوبة أقل من 30٪ ينفذ الآتي

{

analogWrite (IN1Pin ، 255) ؛ // 255 يعين المضخة لأقصى طاقة

تأخير (10000) ؛ // يدير المضخة لمدة 10 ثوانٍ

analogWrite (IN1Pin ، 0) ؛ // يوقف المضخة

Serial.println ("فحص مستويات الرطوبة في ساعتين") ؛

تأخير (28800000) ؛ // 8 ساعات بالميلي ثانية

int sensorValue = خريطة (analogRead (moist_pin) ، 0 ، 1023 ، 100 ، 0) ؛ // يتحقق من مستويات الرطوبة

Serial.println (sensorValue) ؛ // يطبع مستوى الرطوبة

}

آخر

{

Serial.println ("التربة رطبة ، يتم فحصها مرة أخرى خلال ساعة واحدة") ؛ // إذا كانت رطوبة التربة أعلى من 30٪ يطبع هذا البيان

تأخير (3600000) ؛ // 1 ساعة بالميلي ثانية

}

}

نصيحة: بعد تحميل الكود على Arduino ، بالنسبة لأولئك الذين لم يستخدموهم من قبل ، لن تحتاج إلى تركه موصولًا بجهاز الكمبيوتر الخاص بك. يمكنك الحصول على مصدر طاقة صغير لاردوينو وسيقوم بتنفيذ الكود الخاص بك عند تشغيله. لذلك ، بالنسبة لهذا التصميم ، كل ما تحتاجه هو مصدر طاقة لاردوينو ومصدر طاقة بجهد 12 فولت للمقبس الأسطواني على اللوح الخاص بك.

الخطوة 5: وضع كل ذلك معًا

في هذه المرحلة ، يجب أن يكون لديك الصندوق المكتمل مع أضواء النمو ونظام الري وأكياس النباتات بحيث يكون كل ما تبقى هو تجميعها معًا.

تختلف هذه المرحلة كثيرًا بالنسبة للعديد من الأشخاص اعتمادًا على أبعاد الصندوق والمقصورة لخزان المياه والمضخة وأجهزة التحكم الدقيقة.

نظرًا لأن غرفة النمو مصممة للعمل بدون جاذبية ، فقد حرصت على ربط جميع المكونات في المقصورة الخلفية باستخدام شرائط فيلكرو من فئة 15 رطلاً

1. لقد استخدمت حامل Arduino ولوح التجارب وأشرطة الفيلكرو المتصلة بالإطار وفي الجزء الخلفي من الحامل وقمت بتثبيته على الجانب العلوي من حاوية تخزين الملفات التي هي المقصورة الخلفية. (الصورة 2)

2. بعد ذلك ، وضعت شرائط الفيلكرو في قاع المضخة التمعجية وقاعدة المقصورة وفعلت الشيء نفسه مع خزان المياه.

3. بعد ذلك ، نظام الري. لقد استخدمت ثلاثة وصلات قمزة لتقسيم الخرطوم من المضخة التمعجية إلى أربعة خراطيم لأكياس المصنع الأربعة. (الصورة 3)

4. أخيرًا ، وضعت شرائط الفيلكرو لتثبيت أكياس النبات في مكانها. نظرًا لأنني كنت أقوم بربط الشرائط بشبكة ، فقد قمت بقطع أجزاء من الحزام الصناعي ولصقها على الجزء الخارجي من الإطار مقابل الجزء الخلفي من أشرطة الفيلكرو.

الخطوة 6: تجهيز أكياس النبات وتشغيلها

بعد أن يتم وضع المقصورة الخلفية ، والأنابيب ، وأجهزة استشعار الرطوبة في مكانها ، كل ما تبقى هو إرفاق أكياس النبات والأنابيب وأجهزة استشعار الرطوبة.

التجميع النهائي

1. ضع أكياس النباتات على الجانب الذي صممت من أجله. (الصورة 2 توضح العملية)

2. أدخل مستشعر الرطوبة في الكيس مع عمل الشق الأطول مسبقًا

3. أدخل الأنابيب في الأكياس من خلال منافذ الرغوة المربعة الأصغر

4. قم بتوصيل أضواء النمو بالمؤقت واضبطها بحيث تضيء الأضواء لمدة 16 ساعة في اليوم

5. قم بتوصيل مصدر طاقة 12 فولت بمقبس أسطواني اللوح

6. قم بتوصيل Arduino بالكمبيوتر (إذا كنت ترغب في مراقبة المخرجات) أو مزود الطاقة ودع البرنامج يعمل!

الخطوة 7: النتائج

المجموعة الأولى من الصور (1-4) أعلاه هي أسبوعين من النمو

المجموعة الثانية (5-6) هي من اليوم الخامس عندما كانت معظم أكياس النبات بها براعم مرئية

الصورة الأخيرة (7) هي من اليوم الأول الذي تم فيه تشغيل النظام

أفضل جزء في هذه الأداة الغريبة هو أنه عندما تم الانتهاء من نمو كيس واحد ، لأنهم كانوا ينمون بسرعات مختلفة ، يمكنني إزالة الخس وإدخال مجموعة جديدة من البذور في نفس الحقيبة دون الاضطرار إلى حصاد المحاصيل الأخرى قبل أن تصبح جاهزة. في الاختبارات المستقبلية ، أخطط لتعويض زراعة كل كيس لمدة أسبوعين لأن الأمر يستغرق حوالي 45-55 يومًا حتى ينضج معظم الخس. ومن خلال القيام بذلك ، سأحصل كل أسبوعين على كيس نباتي يحتوي على خس كامل النمو جاهز للحصاد وسيمنع نباتات الخس الأخرى من حجب الضوء عن الأكياس الأخرى لأنه سيكون هناك عدد أقل من الرؤوس الكبيرة تنمو.

الوصيف في مسابقة Growing Beyond Earth Maker