Проекты

Экспериментальная гидропонная установка для выявления оптимального питательного состава для растений на определённой стадии развития

Работа призёра конкурса проектов и исследований «Наука для жизни» открытой городской научно-практической конференции «Наука для жизни» в секции «Агротехнологии. Селекция и семеноводство»

Направление работы: Агротехнологии
Авторы работы: ГБОУ Школа № 1501
Предметы: Физика, Биология, Информатика
Классы: 11 класс
Мероприятия: Конкурс проектов и исследований «Наука для жизни» открытой городской научно-практической конференции «Наука для жизни» 2021 года

Актуальность

На сегодняшний день гидропонные установки применяются довольно широко. Например, в Колумбии 90% тепличной индустрии на данный момент пользуется гидропонным методом. Однако установка сама по себе бесполезна, ей обязательно необходим питательный состав. Растений, выращиваемых в гидропониках, очень много, и к каждому нужен свой питательный состав. Подбирать его вручную очень сложно, ведь результат будет далеко не сразу, а экспериментальную смесь придётся смешивать каждый раз по-новому. Автоматизация этого процесса существенно облегчит проводимые эксперименты, также повысит точность, исключая человеческий фактор.

Цель

Собрать гидропонную установку, позволяющую выявить
оптимальный питательный состав для растений на определённой стадии развития.

Задачи

  1. Собрать установку, способную поддерживать заданные условия, такие как:

- t (температура), ϕ (влажность) воздуха;

- t, pH, жёсткость (солёность), уровень воды;

- световой режим (по часам);

- состав воды.

  1. Разработать соответствующее программное обеспечение

Оснащение и оборудование, использованное при создании работы

  • Паяльник
  • Держатель для пайки
  • Ардуино-совместимая плата на основе Atmega 2560
  • TFT Shield для удобной связи ардуино и экрана
  • TFT дисплей с резистивным тачскрином 3.2" 320*240 для Arduino c SDcard
  • Блок питания 5V 2A
  • Настраиваемый повышающий преобразователь LM2577
  • Блок реле по 8 реле (2 шт.)
  • Отдельное реле
  • Блок твердотельных реле для переменного тока по 4 реле
  • Часы реального времени Tiny RTC I2C 24C32
  • Погружной насос, 12 шт
  • Модуль датчика влажности почвы FC-28
  • Датчик уровня воды
  • Герметичный датчик температуры DS18B20
  • Датчик кислотности жидкости SCU SEN0161
  • Датчик давления на основе LPS25HB
  • Датчик температуры и влажности DHT11
  • Датчик освещения (фоторезистор)
  • Нагреватель воды
  • Фитолампа
  • Вентилятор на 12V
  • Элемент Пельтье
  • Гидропонный горшок
  • Алюминиевые стержни
  • Конструктивные элементы

Описание

Была разработана и собрана установка, соответствующая плану, установленному вначале, а также разработано ПО для неё.

Работа была выполнена автором самостоятельно. Сначала была изучена литература по теме и утверждён план работы. Затем был собран конструктив: гидропонный горшок, ножки, стойки и т. д. Далее монтировалась электроника. После монтажа разрабатывалось программное обеспечение, которое в итоге заняло 3 тысячи строк кода.

Пример записанного графика температуры

Результаты работы/выводы

Была собрана гидропонная установка. Следующим шагом автоматизации может стать использование камер и нейросетей. Например, если камера увидит, что лист стал тёмно-зелёного цвета, это значит, азота слишком много, и его подачу надо будет уменьшить. Для таких целей можно использовать Raspberry Pi, оставив Ардуино только исполнительные функции.

Перспективы использования результатов работы

Данная гидропонная установка позволит с лёгкостью разрабатывать питательные составы для разнообразных растений в полуавтоматическом режиме, где человеку остаётся только наблюдать за результатами и менять настройки.