Kamar Pertumbuhan Tanaman Cerdas: 13 Langkah

2024 Pengarang: John Day | [email protected]. Terakhir diubah: 2024-01-30 09:55

Saya datang dengan ide baru yaitu ruang pertumbuhan tanaman pintar. Pertumbuhan tanaman di luar angkasa telah menarik banyak minat ilmiah. Dalam konteks penerbangan luar angkasa manusia, mereka dapat dikonsumsi sebagai makanan dan/atau memberikan suasana yang menyegarkan. Saat ini N. A. S. A. gunakan bantal tanaman untuk menanam makanan di Stasiun Luar Angkasa Internasional.

Jadi saya datang dengan ide untuk melangkah lebih jauh.

Masalah menanam makanan di luar angkasa:

Gravitasi:

Hambatan utama untuk menanam makanan di luar angkasa mempengaruhi pertumbuhan tanaman dalam beberapa cara:1 Anda tidak dapat menyirami tanaman dengan benar karena tidak ada gravitasi sehingga air tidak dapat disediakan oleh alat penyiram air dan metode konvensional lainnya yang digunakan di bumi.

2 Air tidak dapat mencapai akar tanaman karena tidak ada gravitasi.

3 Pertumbuhan akar juga dipengaruhi oleh gravitasi. (akar tanaman tumbuh ke bawah dan tanaman tumbuh ke atas) Jadi akar tanaman tidak pernah tumbuh ke arah yang benar.

Radiasi:

1. Ada banyak radiasi di ruang angkasa sehingga berbahaya bagi tanaman.

2. Radiasi bentuk angin matahari juga mempengaruhi tanaman.

3. Banyaknya sinar ultraviolet juga berbahaya bagi tanaman.

Suhu:

1. Ada banyak variasi suhu di ruang angkasa (suhu bisa naik hingga ratusan derajat dan turun hingga minus seratus derajat).

2. suhu meningkatkan penguapan air sehingga tanaman tidak dapat bertahan hidup di luar angkasa.

Pemantauan:

1. Pemantauan tanaman sangat sulit di ruang angkasa karena orang terus memantau banyak faktor seperti suhu, air dan radiasi.

2. Tanaman yang berbeda membutuhkan kebutuhan sumber daya yang berbeda, Jika ada tanaman yang berbeda pemantauan menjadi lebih sulit.

Jadi saya datang dengan ide bahwa mencoba untuk menghilangkan semua hambatan ini. Ini adalah ruang untuk menanam makanan di luar angkasa dengan biaya yang sangat rendah. Ini berisi semua sumber daya dan teknologi yang dibangun untuk mengatasi banyak kesulitan. Jadi mari kita menatap !!!

Apa yang bisa dilakukan oleh ruang ini:

1. Menghilangkan efek gravitasi.

2. Menyediakan air yang tepat untuk akar tanaman. (Dapat dikontrol - Secara manual, otomatis)

3. Memberikan penerangan buatan pada tumbuhan untuk fotosintesis.

4. Meminimalkan efek radiasi.

5. Penginderaan lingkungan seperti suhu tanah, kelembaban, suhu lingkungan, kelembaban, radiasi, tekanan dan menampilkan data waktu nyata di komputer.

Langkah 1: Komponen yang Diperlukan:

1. ESP32 (Papan pemrosesan utama Anda juga dapat menggunakan papan lain).

2. DHT11 atau DHT-22. (DH22 memberikan akurasi yang lebih baik)

3. DS18b20 (versi logam tahan air).

4. Sensor kelembaban tanah.

5. Pompa air. (12 volt).

6. Lembaran plastik.

kipas dc 7,12 volt.

8. Sensor gas.

9. ULN2003.

10. Motor servo.

11. Lembar kaca.

12. Lembar elektrostatik.

13. Relai 12 volt.

14. BMP 180.

15. 7805 Pengatur tegangan.

16.100uF, kapasitor 10uF.

17. Lampu atap mobil (LED atau CFL). (Warna ditentukan lebih lanjut).

18. Catu daya SMPS (12volt - 1A jika Anda menggerakkan pompa dari catu terpisah jika tidak, catu daya hingga 2 amp)

Langkah 2: Persyaratan Perangkat Lunak:

1. Arduino IDE.

2. Tampilan LAB

3. Instalasi ESP32 di Arduino IDE.

4. Perpustakaan ESP32. (Banyak perpustakaan berbeda dari perpustakaan Arduino).

Langkah 3: Membuat Wadah dan Sistem Penyiraman:

Buatlah wadah plastik dengan berbagai ukuran sesuai kebutuhan atau ruang yang tersedia. Bahan yang digunakan untuk wadah adalah plastik sehingga tidak dapat dibuang ke air (bisa juga dari logam tetapi meningkatkan biaya dan juga berat karena ada batasan berat roket)

Masalah: Tidak ada gravitasi di luar angkasa. Tetesan air tetap bebas di ruang angkasa (seperti yang ditunjukkan pada gambar oleh N. A. S. A.) dan tidak pernah mencapai dasar tanah sehingga penyiraman dengan metode konvensional tidak mungkin dilakukan di ruang angkasa.

Juga partikel kecil membentuk tanah yang mengambang di udara.

Solusi: Saya meletakkan pipa-pipa air kecil di dalam tanah (memiliki lubang-lubang kecil) di tengah dan pipa-pipa tersebut dipasang pada pompa. Saat pompa dihidupkan air keluar membentuk lubang-lubang kecil pipa ke dasar tanah sehingga mudah mencapai akar tanaman.

Kipas kecil dipasang di atas chamber (udara mengalir dari atas ke bawah) sehingga memberikan tekanan pada partikel kecil dan menghindari mengapung di luar chamber.

Sekarang masukkan tanah ke dalam wadah.

Langkah 4: Sensor Tanah:

saya memasukkan dua sensor di tanah. Pertama adalah sensor suhu (DS18b20 Waterproof). Yang mendeteksi suhu tanah.

Mengapa kita perlu mengetahui suhu dan kelembaban tanah?

Panas adalah katalis untuk banyak proses biologis. Ketika suhu tanah rendah (dan proses biologis lambat), nutrisi tertentu menjadi tidak tersedia atau kurang tersedia bagi tanaman. Hal ini terutama berlaku dalam kasus fosfor, yang sebagian besar bertanggung jawab untuk mempromosikan perkembangan akar dan buah pada tanaman. Jadi, tidak panas berarti kurang nutrisi menghasilkan pertumbuhan yang buruk. Juga suhu tinggi berbahaya bagi tanaman.

Kedua adalah sensor kelembaban. Yang mendeteksi kelembaban tanah jika kelembaban di tanah berkurang dari batas yang telah ditentukan, motor menyala, ketika kelembaban mencapai batas atasnya motor otomatis mati. Batas atas dan batas bawah tergantung dan bervariasi dari satu tanaman ke tanaman lainnya. Ini menghasilkan sistem loop tertutup. Air dilakukan secara otomatis tanpa campur tangan orang.

Catatan. Kebutuhan air untuk tanaman yang berbeda. Sehingga perlu dilakukan pengaturan ketinggian air minimum dan maksimum. Hal ini dapat dilakukan dari potensio-meter jika Anda menggunakan antarmuka digital selain itu dapat diubah dalam pemrograman.

Langkah 5: Membuat Dinding Kaca

Ada dinding di sisi belakang wadah dengan film elektrostatik di atasnya. Karena tidak ada medan magnet yang melindungi kita dari angin matahari. Saya menggunakan lembaran kaca sederhana tetapi menutupinya dengan lembaran elektrostatik. Lembar elektrostatik mencegah partikel muatan angin matahari. Hal ini juga membantu untuk meminimalkan efek radiasi di ruang angkasa. itu juga menghindari mengapung partikel tanah dan air ke udara.

Mengapa kita membutuhkan perlindungan elektrostatik?

Inti besi cair bumi menciptakan arus listrik yang menghasilkan garis medan magnet di sekitar bumi mirip dengan yang terkait dengan magnet batang biasa. Medan magnet ini memanjang beberapa ribu kilometer dari permukaan bumi. Medan magnet bumi menolak partikel bermuatan berupa angin matahari dan menghindari masuk ke atmosfer bumi. Tetapi tidak ada perlindungan seperti itu yang tersedia di luar bumi dan di planet lain. Jadi kita membutuhkan metode buatan lain untuk melindungi kita serta tanaman dari partikel muatan ini. Film elektrostatik pada dasarnya adalah film konduktif sehingga tidak memungkinkan masuknya partikel muatan ke dalamnya.

Langkah 6: Membangun Rana:

Setiap tanaman memiliki kebutuhan cahaya matahari sendiri. Paparan sinar matahari dalam waktu lama dan radiasi yang tinggi juga berbahaya bagi tanaman. Sayap rana dipasang di luar kaca spion kemudian disambungkan ke motor servo. Sudut sayap pembuka dan memungkinkan cahaya masuk yang dipertahankan oleh sirkuit pemrosesan utama

Komponen pendeteksi cahaya LDR (light dependent resistor) terhubung ke sirkuit pemrosesan utama Cara kerja sistem ini:

1. Dalam radiasi dan cahaya yang berlebihan (yang terdeteksi oleh LDR) ia menutup sayap dan menghilangkan cahaya yang masuk. 2. Setiap tanaman memiliki kebutuhan cahaya matahari sendiri-sendiri. Sirkuit pemrosesan utama mencatat waktu untuk memungkinkan sinar matahari setelah waktu tertentu ini angin ditutup. Ini menghindari pencahayaan ekstra untuk mencapai di dalam ruangan.

Langkah 7: Penginderaan dan Kontrol Lingkungan:

Tanaman yang berbeda membutuhkan kondisi lingkungan yang berbeda seperti suhu dan kelembaban.

Suhu: Untuk mendeteksi suhu lingkungan digunakan sensor DHT-11 (DHT 22 dapat digunakan untuk mencapai akurasi tinggi). Ketika suhu naik atau turun dari batas yang ditentukan, itu memperingatkan dan menyalakan kipas luar.

Mengapa kita perlu menjaga suhu?

Suhu di luar angkasa adalah 2,73 Kelvin (-270,42 Celcius, -454,75 Fahrenheit) di sisi gelap (di mana matahari tidak bersinar). Sisi yang menghadap matahari, suhunya bisa mencapai suhu panas yang menyengat sekitar 121 C (250 derajat F).

Menjaga Kelembaban:

Kelembaban adalah jumlah uap air di udara relatif terhadap jumlah maksimum uap air yang dapat ditampung oleh udara pada suhu tertentu.

Mengapa kita perlu menjaga kelembaban?

Tingkat kelembaban mempengaruhi kapan dan bagaimana tanaman membuka stomata di bagian bawah daunnya. Tumbuhan menggunakan stomata untuk melakukan transpirasi, atau “bernapas”. Saat cuaca hangat, tanaman dapat menutup stomata untuk mengurangi kehilangan air. Stomata juga bertindak sebagai mekanisme pendinginan. Ketika kondisi lingkungan terlalu hangat untuk tanaman dan menutup stomata terlalu lama dalam upaya untuk menghemat air, ia tidak memiliki cara untuk memindahkan molekul karbon dioksida dan oksigen, perlahan-lahan menyebabkan tanaman mati lemas pada uap air dan gas transpirasinya sendiri..

Karena penguapan (dari tanaman dan tanah) kelembaban meningkat dengan cepat. Ini tidak hanya berbahaya bagi tanaman tetapi juga berbahaya bagi sensor dan kaca cermin. Itu bisa diabaikan dengan dua cara.

1. Kertas plastik di atas permukaan mencegah kelembaban dengan mudah. Kertas plastik ditaburkan di atas permukaan tanah dengan lubang untuk substrat dan benih (Tanaman tumbuh di dalamnya). Hal ini juga membantu selama penyiraman.

Masalah dari metode ini adalah bahwa tanaman dengan akar yang lebih besar membutuhkan udara ke dalam tanah dan akar. kantong plastik menghentikan udara untuk mencapai akarnya sepenuhnya.

2. Kipas kecil dipasang di atap atas ruang. Kelembaban di dalam chamber dideteksi oleh Hygrometer yang sudah terpasang (DHT-11 dan DHT-22). Ketika kelembaban meningkat dari batas kipas dihidupkan secara otomatis, Pada batas bawah kipas dihentikan.

Langkah 8: Menghilangkan Gravitasi:

Karena gravitasi batang tumbuh ke atas, atau menjauh dari pusat Bumi, dan menuju cahaya. Akar tumbuh ke bawah, atau menuju pusat Bumi, dan menjauh dari cahaya. Tanpa gravitasi tanaman tidak mewarisi kemampuan untuk mengorientasikan dirinya.

Ada dua metode untuk menghilangkan gravitasi

1. Gravitasi Buatan:

Gravitasi buatan adalah penciptaan gaya inersia yang meniru efek gaya gravitasi, biasanya dengan hasil rotasi menghasilkan gaya sentrifugal. Proses ini juga disebut pseudo-gravitasi.

Metode ini terlalu mahal dan sangat sulit. terlalu banyak kemungkinan gagal. Juga metode ini tidak dapat diuji di bumi dengan benar.

2. Menggunakan Substrat: Ini adalah metode yang terlalu mudah dan juga kain yang efektif. Benih disimpan di dalam kantong kecil yang disebut Substrat Benih disimpan di bawah substrat yang memberikan arah yang benar ke akar dan daun seperti yang ditunjukkan pada gambar. Ini membantu menumbuhkan akar ke bawah dan menanam daun ke atas.

Ini adalah kain dengan lubang. Karena biji ada di dalam, itu memungkinkan air masuk dan juga memungkinkan akar keluar dan menembus ke dalam tanah. Benih disimpan di bawah kedalaman 3 hingga 4 inci di bawah tanah.

Bagaimana cara meletakkan benih di bawah tanah dan mempertahankan posisinya??

Saya memotong lembaran plastik dengan panjang 4 sampai 5 inci dan membentuk alur di depannya. Tempatkan alat ini pada setengah panjang kain ini (sisi alur). Masukkan benih ke dalam alur dan bungkus kain di sekelilingnya. Sekarang masukkan alat ini ke dalam tanah. Keluarkan alat dari tanah sehingga benih dan substrat masuk ke dalam tanah.

Langkah 9: Sinar Matahari Buatan:

Di luar angkasa, sinar matahari sepanjang waktu tidak memungkinkan sehingga sinar matahari buatan mungkin diperlukan. Ini dilakukan oleh CFL dan lampu LED yang baru datang. Saya menggunakan lampu CFL yang warnanya biru dan merah tidak terlalu terang. Lampu-lampu ini dipasang di atas atap chamber. Ini memberikan spektrum cahaya penuh (CFL digunakan ketika ada kebutuhan cahaya dengan suhu tinggi, sedangkan LED digunakan ketika tanaman tidak memerlukan pemanasan atau pemanasan rendah. Ini dapat digerakkan secara manual, jarak jauh secara otomatis (dikendalikan oleh sirkuit pemrosesan utama).

Mengapa saya menggunakan kombinasi warna biru dan merah?

Cahaya biru cocok dengan puncak penyerapan klorofil, yang melakukan fotosintesis untuk menghasilkan gula dan karbon. Unsur-unsur ini sangat penting untuk pertumbuhan tanaman, karena ini adalah blok bangunan untuk sel tanaman. Namun, cahaya biru kurang efektif daripada cahaya merah untuk mendorong fotosintesis. Ini karena cahaya biru dapat diserap oleh pigmen dengan efisiensi rendah seperti karotenoid dan pigmen tidak aktif seperti antosianin. Akibatnya, terjadi reduksi energi cahaya biru yang sampai ke pigmen klorofil. Anehnya, ketika beberapa spesies ditanam hanya dengan cahaya biru, biomassa (berat) tanaman dan laju fotosintesis mirip dengan tanaman yang tumbuh hanya dengan cahaya merah.

Langkah 10: Pemantauan Visual:

Saya menggunakan LABview untuk pemantauan visual data dan kontrol juga karena LABview adalah perangkat lunak yang sangat fleksibel. Ini akuisisi data berkecepatan tinggi dan mudah dioperasikan. Ini dapat dihubungkan dengan kabel atau tanpa kabel ke sirkuit pemrosesan utama. Data yang berasal dari sirkuit pemrosesan utama (ESP-32) diformat dalam tampilan di LABview.

Langkah-langkah yang harus diikuti:

1. Instal LABview dan unduh. (tidak perlu menginstal Pengaya Arduino)

2. Jalankan kode vi yang diberikan di bawah ini.

3. Hubungkan port USB ke PC Anda.

4. Unggah kode Arduino.

5. Port COM ditampilkan di labview Anda (jika windows untuk linux dan MAC "dev/tty") dan indikator menunjukkan port Anda terhubung atau tidak.

6. Selesai!! Data dari berbagai sensor ditampilkan di layar.

Langkah 11: Siapkan Perangkat Keras (sirkuit):

Diagram sirkuit ditunjukkan pada gambar. Anda juga dapat mengunduh PDF yang diberikan di bawah ini.

Ini terdiri dari bagian-bagian berikut:

Sirkuit pemrosesan utama:

Setiap papan yang kompatibel dengan arduino dapat digunakan seperti arduino uno, nano, mega, nodeMCU dan STM-32. tetapi penggunaan ESP-32 karena alasan berikut:

1. Memiliki sensor suhu bawaan sehingga pada situasi suhu tinggi memungkinkan prosesor untuk mode tidur nyenyak.

2. Prosesor utama dilindungi dengan logam sehingga efek radiasinya lebih sedikit.

3. Sensor efek hall internal digunakan untuk mendeteksi medan magnet di sekitar sirkuit.

Bagian Sensor:

Semua sensor berjalan pada catu daya 3,3 volt. Regulator tegangan di dalam ESP-32 memberikan arus yang rendah sehingga dapat menjadi terlalu panas. Untuk menghindari hal ini digunakan regulator tegangan LD33.

Node: Saya menerapkan supply 3,3 volt karena menggunakan ESP-32 (Juga sama untuk nodeMCU dan STM-32). Jika Anda menggunakan arduino, Anda juga dapat menggunakan 5 volt

Catu daya utama:

12 volt 5 amp SMPS digunakan. Anda juga dapat menggunakan catu daya yang diatur dengan trafo tetapi catu daya linier sehingga dirancang untuk tegangan input tertentu sehingga output akan berubah saat kita beralih dari 220 volt ke 110 volt. (Supply 110 volt tersedia di ISS)

Langkah 12: Siapkan Perangkat Lunak:

Langkah-langkah yang harus diikuti:

1. Menginstal Arduino: Jika Anda tidak memiliki arduino, Anda dapat mengunduh dari tautan

www.arduino.cc/en/main/software

2. Jika Anda memiliki NodeMCU Ikuti langkah-langkah ini untuk menambahkannya dengan arduino:

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

3. Jika Anda menggunakan ESP-32 Ikuti langkah-langkah ini untuk menambahkannya dengan arduino:

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

4. Jika Anda menggunakan ESP-32 (library DHT11 sederhana tidak dapat bekerja dengan baik dengan ESP-32), Anda dapat mengunduh dari sini:

github.com/beegee-tokyo/DHTesp

Langkah 13: Siapkan LABview:

1. Unduh LABview dari tautan ini

www.ni.com/en-in/shop/labview.html?cid=Paid_Search-129008-India-Google_ESW1_labview_download_exact&gclid=Cj0KCQjw4s7qBRCzARIsAImcAxY0WhS0V5T275xQrIi9DGSSoVCymaIg

2. Unduh file vi.

3. Hubungkan Port USB. Indikator menunjukkan port terhubung atau tidak.

selesai!!!!