ห้องปลูกพืชอัตโนมัติ: 7 ขั้นตอน (พร้อมรูปภาพ)

2024 ผู้เขียน: John Day | [email protected]. แก้ไขล่าสุด: 2024-01-30 13:04

โปรเจ็กต์ต่อไปนี้เป็นผลงานของฉันในการประกวด Growing Beyond Earth Maker ในแผนกโรงเรียนมัธยม

ห้องเจริญเติบโตของพืชมีระบบรดน้ำอัตโนมัติเต็มรูปแบบ ฉันใช้ปั๊มรีดท่อ เซ็นเซอร์วัดความชื้น และไมโครคอนโทรลเลอร์เพื่อรดน้ำต้นไม้โดยอัตโนมัติเพื่อให้ดินมีความชื้นที่เหมาะสม ฉันออกแบบห้องสำหรับการเจริญเติบโตของฉันเพื่อให้สามารถเก็บเกี่ยวและปลูกได้ง่าย และใช้พื้นที่ในกล่องอย่างมีประสิทธิภาพ การออกแบบที่ยืดหยุ่นจะช่วยให้นักบินอวกาศมีพืชผลไหลเข้าอย่างต่อเนื่อง โดยสามารถเก็บเกี่ยวผักกาดหอมที่สุกแล้วถุง (ประมาณ 3 หัว) ทุกๆ 10-14 วัน เนื่องจากเมล็ดงอกในเวลาต่างกันและเติบโตในอัตราที่แตกต่างกัน ฉันต้องการสร้างระบบที่สามารถเก็บเกี่ยวพืชและเมล็ดใหม่สามารถแทรกเมื่อเมล็ดพร้อม ดังนั้นฉันจึงออกแบบถุงใส่ต้นไม้ ห้องประกอบด้วยถุงใส่พืชสี่ใบหรือผ่าพืชทั้งหมด 12 ชิ้น ซึ่งสามารถถอดออก เก็บเกี่ยวได้ สามารถใส่ใบของเมล็ดใหม่ได้ และกระเป๋าสามารถติดกลับเข้าไปในระบบโดยใช้เวลโครในเวลาเพียงไม่กี่นาที ใบของเมล็ดช่วยให้เตรียมเมล็ด วางแนว และติดกาวไว้ล่วงหน้า และสอดเข้าไปในกระเป๋าเมื่อจำเป็น กรีดของถุงพืชได้รับการออกแบบมาเพื่อให้พืชเจริญเติบโตได้ โดยป้องกันไม่ให้น้ำและสิ่งสกปรกออกจากถุง -ถุงไฟฟ้าสถิตย์นอกจากจะปกป้องชิ้นส่วนอิเล็กทรอนิกส์แล้วยังเป็นพื้นผิวกระจกอีกด้วย ดังนั้น ด้วยถุงป้องกันไฟฟ้าสถิตย์ แสงจะไปถึงพืช/ถั่วงอกทั้งหมดในระบบ และผักกาดจะไม่เติบโตโดยตรงไปยังแสงที่กำลังเติบโต

เสบียง

คอนเทนเนอร์:

1. กล่องเก็บไฟล์อะครีลิค

2. ถังเก็บโลหะ

3. ตัวจัดระเบียบไฟล์เดสก์ท็อป

4. แถบเวลโคร

5. เติบโตแสง

ถุงพืช:

1. ถุงป้องกันไฟฟ้าสถิตย์

2. เทปโฟมยางฟองน้ำ (5/16 นิ้ว)

3. กระดาษงอก

4. ดินผสมหยาบ

5. กาวเมล็ด (แป้งและน้ำ)

6. เมล็ดพืช (ฉันใช้ห่อ Mesclun Green)

ระบบรดน้ำ:

1. ปั๊มรีดท่อ

2. ท่อซิลิโคนสำหรับปั๊ม (2mm x 4mm)

3. Arduino M0 Pro (รุ่นใดก็ได้) และแหล่งพลังงาน

4. ไมโคร USB เป็น USB-A

5. เขียงหั่นขนม

6. สายจัมเปอร์

7. หัวแร้งและหัวแร้ง

8. ไดร์เวอร์บริดจ์ (ฉันใช้ TA7291P)

9. เซ็นเซอร์วัดความชื้น

คุณสามารถหาสินค้าราคาถูกได้ แต่จะสึกกร่อนอย่างรวดเร็วจากกระแสไฟฟ้าที่เหนี่ยวนำให้เกิดกระแสไฟฟ้า และจะต้องเปลี่ยนใหม่เนื่องจากค่าที่อ่านได้จะเสีย ทางเลือกคือการใช้เซ็นเซอร์วัดความชื้นแบบคาปาซิทีฟที่มีแนวโน้มน้อยต่อการกัดกร่อนหรือเซ็นเซอร์แคโทด-แอโนดที่มีราคาแพงกว่า

10. แจ็คบาร์เรล 12v สำหรับเขียงหั่นขนมและสายเคเบิล

11. กระติกน้ำพร้อมเช็ควาล์ว

ขั้นตอนที่ 1: ประกอบห้อง

ขั้นตอนนี้สามารถทำได้หลายวิธี แต่ฉันเลือกใช้คอนเทนเนอร์สองส่วนเพราะอนุญาตให้มีความยืดหยุ่นมากขึ้น ฉันใช้โครงโลหะที่มีด้านหน้าเปิดและเปิดด้านบนเพื่อใส่ถุงใส่ต้นไม้ เพิ่มแสงสว่าง และระบบให้น้ำอัตโนมัติ จากนั้นเมื่อโหลดต้นไม้แล้ว ฉันก็จะมีกล่องอะครีลิกที่เลื่อนลงมาบนฐานโลหะ

ขั้นตอน:

1. ขั้นแรก ฉันได้ติดไฟเติบโตเข้ากับโครงโลหะ ฉันเจาะรูสองรูในแต่ละด้านของแสง (หลังจากแน่ใจว่าฉันจะไม่ทำให้ส่วนประกอบใดๆ เสียหาย) และติดไว้ที่ด้านหน้าของฐาน (ดูในรูปที่ 1)

2. ฉันต้องเจาะรูในกรอบและอะครีลิคเพื่อให้พอดีกับสายไฟสำหรับแสง (ภาพที่ 2-4)

เคล็ดลับ: ในการตัดรูในอะครีลิค ฉันเจาะรูสี่รูที่มุมของสี่เหลี่ยมผืนผ้า ฉันต้องการตัดและใช้เดรเมลเพื่อเชื่อมต่อพวกมันและทำการตัดที่สะอาด

3. เนื่องจากฉันซื้อถังเก็บไฟล์สำหรับแผ่นอะครีลิค ฉันต้องเอาปากทั้งสองข้างที่เอาไว้แขวนแฟ้มออก ในการทำสิ่งนี้ ฉันอุ่นพลาสติกแล้วหยิบมีดโกนสีกับค้อนแล้วเคาะเบาๆ ตามชิ้นส่วนโดยค่อยๆ แยกมันออกจากกล่อง

4. ด้วยการปรับโครงโลหะครั้งสุดท้ายเล็กน้อยโดยใช้ค้อน อะครีลิกด้านบนจะแนบพอดีกับด้านบนของกรอบและฐาน

ขั้นตอนที่ 2: กระเป๋าใส่พืช

ฉันเลือกทำกระเป๋าใส่ต้นไม้แทนระบบไฮโดรโปนิกส์เพื่อให้มีความยืดหยุ่นมากขึ้น สามารถเตรียมถุงไว้ล่วงหน้าและนำกลับมาใช้ใหม่ได้โดยง่ายโดยใส่ซองกระดาษเพาะเมล็ดและการงอกใหม่ลงในช่องผ่า กระเป๋าสามารถถอดออกและใส่กลับเข้าไปในห้องได้อย่างง่ายดายโดยใช้สายรัดเวลโคร นอกจากนี้ เนื่องจากถุงเตรียมได้ง่าย จึงสามารถปลูกในช่วงเวลาชดเชยเพื่อให้พืชผลมีการไหลสม่ำเสมอ เมื่อปลูกพร้อมกันหมด ก็มีเวลาที่ห้องนี้ไม่มีพืชผลขนาดใหญ่ ดังนั้น ฉันจึงแนะนำว่าควรปลูกถุงไว้ชดเชยภายในสองสามสัปดาห์เพื่อให้มีการไหลของพืชผลที่เก็บเกี่ยวได้อย่างต่อเนื่อง

ขนาดกระเป๋า:

ขั้นตอนนี้เป็นขั้นตอนเฉพาะกับขนาดของกล่องแต่ละบุคคล ฉันลงเอยด้วยการใช้กระเป๋า 4x6 สองใบและดัดแปลงกระเป๋าขนาด 12x16 สองใบให้พอดีกับด้านหลังและด้านล่างของกล่อง กระเป๋า 4x6 มีซิปให้ปิด แต่กระเป๋าที่ใหญ่กว่าไม่มี และฉันแก้ไขให้ เลยใช้เทปกาวสองหน้าปิดปากถุงจากด้านใน และใช้อีกชิ้นด้านนอกพับเก็บไว้ (ภาพที่ 5)

การประกอบกระเป๋า:

(ดูรูปที่ 3 สำหรับเลย์เอาต์ที่ฉันใช้สำหรับกระเป๋าของฉัน ฉันออกแบบมันเพื่อไม่ให้ต้นไม้เติบโตในพื้นที่ของกันและกันและไม่บังแดดจากแหล่งกำเนิดแสง)

1. ตัดกรีดหนึ่งนิ้วในถุงป้องกันไฟฟ้าสถิตย์ (ภาพที่ 1)

ฉันใช้มีด Xacto และกระดาษแข็งแผ่นหนึ่งเพื่อให้แน่ใจว่าฉันไม่ได้ตัดผ่านกระเป๋าทั้งสองข้าง

2. ตัดเทปโฟมครึ่งนิ้วครึ่งแล้ววางตรงด้านบนของกรีด (ภาพที่ 2)

3. ใช้มีดหรือใบมีด Xacto ตัดกรีดหนึ่งนิ้วในโฟมที่ชิดกับรอยกรีดในถุงระหว่างขั้นตอนที่ 1 (ภาพที่ 2)

4. ทำซ้ำขั้นตอนเดียวกันในถุงเดียว แต่ให้กรีดขนาดใหญ่เพื่อให้พอดีกับเซ็นเซอร์ความชื้น

5. ทำขั้นตอนเดียวกันนี้ซ้ำกับถุงทุกใบ แต่แทนที่จะใช้เทปโฟมสี่เหลี่ยมแล้วทำการกรีดรูปตัว x เล็กๆ ให้ใหญ่พอที่จะใส่ท่อบีบรัด

เคล็ดลับ: สำหรับรูสายยาง ให้วางไว้ในบริเวณที่สายยางไม่สามารถข้ามผ่านพื้นที่ปลูกพืชได้ และยังสามารถเชื่อมต่อกลับไปยังช่องด้านหลังได้ง่ายขึ้น

ขั้นตอนที่ 3: สลิปเมล็ด

ใบของเมล็ดถูกออกแบบเพื่อให้สามารถเตรียมล่วงหน้าและซ้อนกันในการจัดเก็บจนกว่าจะมีการใช้งาน ฉันเตรียมกาวง่ายๆ ที่เป็นมิตรกับเมล็ดพืชเพื่อติดเมล็ดไว้บนกระดาษงอกและจัดแนวหัวเมล็ดหรือชี้ลงเพื่อให้รากงอกเข้าไปในถุงและงอกออกมาจากร่อง

การสร้างใบเมล็ดพันธุ์

1. ตัดกระดาษงอก (2.5 นิ้ว x 1 นิ้ว)

2. ผสมแป้งหนึ่งช้อนโต๊ะกับน้ำให้พอเป็นแป้งข้น

3. ใช้ไม้จิ้มฟันจุดกาวเมล็ดพืชไว้ตรงกลางกระดาษงอก

4. จัดทิศทางเมล็ดโดยให้รัศมีหรือจุดคว่ำลงและทำเครื่องหมาย / จดจำว่าปลายด้านใดหันไปทางใด เพราะนี่คือตำแหน่งที่รากงอกขึ้นมา

5. พับกระดาษงอก 2 ครั้ง ทำสามทบโดยมีเมล็ดอยู่ตรงกลาง

ขั้นตอนที่ 4: ระบบรดน้ำอัตโนมัติ

ระบบรดน้ำจะประกอบด้วยเซ็นเซอร์วัดความชื้นและปั๊มรีดเพื่อรดน้ำถุงพืชโดยอัตโนมัติเมื่อต่ำกว่าระดับความชื้น 30% ฉันเขียนรหัสเพื่อตรวจสอบระดับความชื้นในกระเป๋าหลังจากผ่านไป 8 ชั่วโมง และหากระดับต่ำกว่า 30% ปั๊มจะเปิดขึ้นเป็นเวลา 10 วินาที สำหรับปั๊มและแหล่งจ่ายไฟของฉัน 10 วินาทีนั้นดีพอที่จะเพิ่มความชื้นในถุงให้เกิน 30% ได้เพียงพอ ดังนั้นปั๊มจะทำงานทุกๆ 16 ชั่วโมง แต่ควรทดสอบและปรับแต่งสำหรับการตั้งค่าต่างๆ

การเชื่อมต่อ:

GND กับพินไดรเวอร์บริดจ์ 1

12V GND ไปยังพินไดรเวอร์บริดจ์ 1

5V ถึงพินไดรเวอร์บริดจ์ 7 (vcc)

D5 กับพินไดรเวอร์บริดจ์ 5 (in1)

D6 กับพินไดรเวอร์บริดจ์ 6 (in2)

Arduino D13 ถึง R1 (หากใช้ LED ภายนอกที่เป็นอุปกรณ์เสริม)

ตัวขับบริดจ์พิน 2 (ออก1) ไปยังขั้วบวกของปั๊มรีดท่อ

ไดรเวอร์บริดจ์พิน 4 (vref) และพิน 8 (เทียบกับ) ถึง 12V pos

ตัวขับบริดจ์พิน 10 (ออก2) ไปยังขั้วลบของปั๊มรีดท่อ

หมายเหตุ:

ไม่ได้ใช้พิน 9 และ 3 ของไดรเวอร์บริดจ์

ส่วนปลายของตัวขับสะพานที่มีมุมเอียงอยู่ด้านบนคือพิน 1 และปลายที่เหลี่ยมคือพิน 10

รหัส:

int IN1Pin = 5; // เปลี่ยนขึ้นอยู่กับพินที่คุณใช้อยู่ IN2Pin = 6; // เปลี่ยนขึ้นอยู่กับพินที่คุณใช้ #define moisture_pin A0

การตั้งค่าเป็นโมฆะ ()

{

Serial.begin(9600);

โหมดพิน (IN1 พิน, เอาต์พุต);

โหมดพิน (IN2 พิน, เอาต์พุต);

analogWrite (IN1Pin, 0);

analogWrite (IN2Pin, 0);

pinMode(moisture_pin, INPUT);

ล่าช้า (1000);

}

วงเป็นโมฆะ ()

{

int sensorValue = แผนที่ (analogRead (moisture_pin), 0, 1023, 100, 0); // แมปการอ่านค่าความชื้นที่ 0-1023 เป็นเปอร์เซ็นต์จาก 100-0

Serial.print("ระดับความชื้นปัจจุบันคือ: ");

Serial.print(เซ็นเซอร์ค่า);

Serial.println("%");

if (sensorValue < 30) // ถ้าความชื้นน้อยกว่า 30 เปอร์เซ็นต์ดำเนินการดังต่อไปนี้

{

analogWrite (IN1Pin, 255); // 255 ตั้งค่าปั๊มให้เป็นกำลังสูงสุด

ล่าช้า (10000); // รันปั๊มเป็นเวลา 10 วินาที

analogWrite (IN1Pin, 0); //ปิดปั๊ม

Serial.println("การตรวจสอบระดับความชื้นใน 2 ชั่วโมง");

ล่าช้า(28800000); // 8 ชั่วโมงในหน่วยมิลลิวินาที

int sensorValue = แผนที่ (analogRead (moisture_pin), 0, 1023, 100, 0); // ตรวจสอบระดับความชื้น

Serial.println (ค่าเซ็นเซอร์); // พิมพ์ระดับความชื้น

}

อื่น

{

Serial.println("ดินชื้น ตรวจสอบอีกครั้งใน 1 ชม."); // ถ้าความชื้นในดินสูงกว่า 30% ให้พิมพ์ข้อความนี้

ล่าช้า (36000000); // 1 ชั่วโมงในหน่วยมิลลิวินาที

}

}

เคล็ดลับ: หลังจากอัปโหลดโค้ดไปยัง Arduino แล้ว สำหรับผู้ที่ไม่เคยใช้มาก่อน คุณไม่จำเป็นต้องเสียบโค้ดนี้กับคอมพิวเตอร์ คุณสามารถจัดหาแหล่งจ่ายไฟขนาดเล็กสำหรับ Arduino และมันจะรันโค้ดของคุณเมื่อเปิดเครื่อง ดังนั้นสำหรับการออกแบบนี้ สิ่งที่คุณต้องมีคือแหล่งจ่ายไฟสำหรับ Arduino และแหล่งจ่ายไฟ 12v สำหรับแจ็คแบบบาร์เรลบนเขียงหั่นขนมของคุณ

ขั้นตอนที่ 5: นำทุกอย่างมารวมกัน

ในขั้นตอนนี้ คุณควรมีกล่องที่สมบูรณ์พร้อมไฟสำหรับปลูก ระบบรดน้ำ และถุงใส่ต้นไม้ ที่เหลือก็แค่ประกอบเข้าด้วยกัน

ขั้นตอนนี้จะแตกต่างกันไปในหลายๆ คน ขึ้นอยู่กับขนาดของกล่องและช่องเก็บน้ำ ปั๊ม และไมโครคอนโทรลเลอร์

เนื่องจากช่องสำหรับขยายขนาดทำงานโดยไม่มีแรงโน้มถ่วง ฉันจึงแน่ใจว่าได้รัดส่วนประกอบทั้งหมดในช่องด้านหลังโดยใช้แถบเวลโครเกรด 15 ปอนด์

1. ฉันใช้ Arduino และที่ยึดเขียงหั่นขนมและสายรัดเวลโครที่ติดกับเฟรมและที่ด้านหลังของที่ยึด และติดตั้งไว้ที่ด้านบนของที่เก็บไฟล์ซึ่งเป็นช่องด้านหลังของฉัน (ภาพที่ 2)

2. จากนั้น ฉันติดแถบตีนตุ๊กแกที่ด้านล่างของปั๊มรีดท่อและฐานของช่อง และทำเช่นเดียวกันกับอ่างเก็บน้ำ

3. ถัดมาคือระบบชลประทาน ฉันใช้ข้อต่อทีสามอันเพื่อแยกสายยางออกจากปั๊มรีดท่อออกเป็นสี่ท่อสำหรับถุงบรรจุพืชสี่ใบ (ภาพที่ 3)

4. ในที่สุด ฉันวางแถบตีนตุ๊กแกเพื่อยึดกระเป๋าพืชให้เข้าที่ เนื่องจากฉันกำลังติดแถบเข้ากับตาข่าย ฉันจึงตัดส่วนของสายรัดอุตสาหกรรมและติดไว้ที่ด้านนอกของกรอบกับด้านหลังของแถบเวลโคร

ขั้นตอนที่ 6: การตั้งค่า Plant Pouches และการวิ่ง

หลังจากติดตั้งช่องเก็บสัมภาระด้านหลัง ท่อ และเซ็นเซอร์ความชื้นแล้ว ที่เหลือก็แค่ติดถุงคลุมต้นไม้ ท่อ และเซ็นเซอร์ความชื้น

การประกอบขั้นสุดท้าย

1. วางถุงใส่ต้นไม้ไว้ด้านข้างที่ออกแบบไว้ (ภาพที่ 2 แสดงขั้นตอนการทำงาน)

2. ใส่เซ็นเซอร์ความชื้นลงในถุงโดยกรีดที่ยาวกว่าที่ทำไว้ก่อนหน้านี้

3. ใส่ท่อลงในกระเป๋าผ่านพอร์ตโฟมสี่เหลี่ยมที่เล็กกว่า

4. เสียบปลั๊กไฟเข้ากับตัวจับเวลาและตั้งให้ไฟเปิดอยู่ 16 ชั่วโมงต่อวัน

5. เสียบปลั๊กไฟ 12v เข้ากับแจ็คกระบอกเขียงหั่นขนม

6. เสียบ Arduino เข้ากับคอมพิวเตอร์ (ถ้าคุณต้องการตรวจสอบเอาต์พุต) หรือแหล่งจ่ายไฟแล้วปล่อยให้โปรแกรมทำงาน!

ขั้นตอนที่ 7: ผลลัพธ์

รูปภาพชุดแรก (1-4) ด้านบนคือสองสัปดาห์ของการเติบโต

ชุดที่ 2 (5-6) มาจากวันที่ 5 ที่ถุงพืชส่วนใหญ่มีถั่วงอกให้เห็น

รูปสุดท้าย (7) เป็นตั้งแต่วันแรกที่เปิดระบบ

ส่วนที่ดีที่สุดเกี่ยวกับการคุมกำเนิดนี้คือเมื่อถุงหนึ่งเติบโตเสร็จ เนื่องจากพวกมันเติบโตด้วยความเร็วที่ต่างกัน ฉันสามารถเอาผักกาดหอมออกแล้วใส่เมล็ดพืชชุดใหม่ลงในถุงเดียวกันโดยไม่ต้องเก็บเกี่ยวพืชผลอื่นก่อนที่จะพร้อม. ในการทดสอบในอนาคต ฉันวางแผนที่จะชดเชยการปลูกพืชแต่ละถุงภายในสองสัปดาห์ เนื่องจากผักกาดหอมส่วนใหญ่จะใช้เวลาประมาณ 45-55 วันในการสุก และด้วยการทำเช่นนี้ ทุกๆ สองสัปดาห์ ฉันจะมีผักกาดหอมที่โตเต็มถุงพร้อมสำหรับการเก็บเกี่ยว และจะป้องกันไม่ให้พืชผักกาดชนิดอื่นบังแสงไปยังถุงอื่น ๆ เพราะจะมีหัวที่โตน้อยลง

รองชนะเลิศการแข่งขัน Growing Beyond Earth Maker