Параметризация микроклимата для растений
Разрабатываю аппаратно-программную платформу для привнесения зелени и сочных ягоды в каждый дом, открытия производства растений без знания ботаники и электроники. Вам лишь нужно выбрать растение и нажать кнопку — платформа начнёт работу.
Земляника
Цели проекта:
снизить порог входа в бизнес по производству ягод и зелени за счёт автоматизации «из коробки»
понизить стоимость и повысить удобство гроубоксов до достаточных, чтобы использовать в домашних условиях
распространение бытовых гроубоксов
установка гроубоксов и ситиферм в самых непригодных для привычных нам растений местах: пустыни или территории вечной мерзлоты
Первые две цели могут быть достигнуты за счёт сведения управления гроубоксами и ситифермами к тому, что вы просто выбираете профиль и режим роста из настроек, а автоматика перестраивается сама.
Последняя цель реализуема через полную изоляцию микроклимата внутри гроубокса.
Термины, используемые в статье:
Гроубокс — шкаф, внутри которого создан микроклимат для роста растения: свет, полив, тепло, вентиляция и так далее. Микроклимат поддерживается автоматически.
Ситиферма — то же, что и гроубокс, но представлен помещением размером от комнаты 20–40 кв. м до многогектарной теплицы.
Контроллер — электронный прибор, выполняющий автоматику поддержания микроклимата в гроубоксе/ситиферме и предоставляющий управление извне через управляющий код (далее — g-код)
Панель — графический интерфейс для управления микроклиматом посредством передачи в контроллер g-кода. Панель может быть как веб, так и виде виде дисплея на корпусе контроллера.
Профиль растения — перечень команд g-кода, устанавливающих настройки контроллера для поддержания микроклимата под растение конкретного вида/сорта и режима развития (например, вегетативный — рост листьев, генеративный — цветение и плодоношение).
А для чего?
Для предпринимателей:
Для Вашего дома:
это вкусно и красиво, когда интерьер Вашего жилища украшают зелёные листья с красными ягодками. Или растительность с другими цветами.
вы уверены, что съедаемая Вами зелень из гроубокса — экологически чистая
наблюдать за развитием растения может быть интересно детям. Подобно наблюдению ими за обитателями аквариума
Для науки:
автоматизация селекции: высадка большого числа растений и автоматическое приближение параметров климата к целевому с каждым новым поколением.
сбор статистики о развитии растений конкретного вида/сорта в разных условиях, устанавливаемых автоматически. Для определения наиулчших условий.
А кто я?
Я — бэкенд-программист с более чем 6-ти летним коммерческим стажем.
Программирую на:
Python — пишу со времён, когда у словарей отсутствовал метод
get().C/C++ для микроконтроллеров
Javascript — со времён, когда добавление элемента в конец массива выглядело как
a[a.length] = elementвместоa.push(element). Люблю VueJS.
Имею опыт с PHP, 1С, Java под Android.
Увлекаюсь пайкой электроники, отслеживанием новостей о научных открытиях. С декабря 2023-го увлёкся растениеводством — прошёл начальный курс на Stepic, сейчас учу физиологию по учебнику «Физиология растений» P. Zitte (ISBN 978–5–7695–2745–6).
Считаю, что машине нужно поручать всё, что она способна выполнить. С удовольствием наблюдаю за тем, как всё больше программистов пишут не код, а запрос ИИ на написание кода. Хотя мне нравится писать код — быстрее получить его из головы, чем формировать запрос для ИИ, затем проверять выданное.
Глобальные задачи и проблемы на пути к решению
Изоляция микроклимата порождает следующие задачи:
Полного исключения обмена электромагнитными волнами (свет, тепло, радиации) и воздухом с внешним миром.
Поступления из внешнего мира лишь воды, питательных вещества, газов (CO2, O2) из стерильных источников.
Полной стерильности внутреннего пространства
Безопасный выброс отмёрших фрагментов растения, спелых ягод и срезанных листьев во внешнее пространство. Например, через буферные камеры, стерилизуемые после каждого выброса.
В идеале — изолировать воду и газы.
Качественное измерение содержания газов — тоже проблема. Бытовые датчики измеряет не только содержание целевых газов. Нам необходим точный прибор, используемый в лабораториях.
Что сделано
На фреймворках Django и VueJS разработана веб-панель. При включении контроллер автоматически подключается к серверу веб-панели, используя веб-сокеты. Для этого в контроллере заранее необходимо указать данные для подключения к WiFi-сети (имеющей выход в Интернет), а в веб-панеле — ключ контроллера. Благодаря веб-сокетам данные сенсоров отправляются на сервер каждые 20 секунд, а изменения настроек, выполненные в одной панели, моментально отображаются в других открытых панелях.
Чтобы управлять контроллером из локальной сети, без Интернета, я встрою веб-панель непосредственно в контроллер. Эта задача выполнена на 75%. Затем к контроллеру добавлю дисплей для управления напрямую, без внешних устройств.
Сейчас контроллер имеет разъёмы для исполнительных устройств:
3-х обдувочных вентиляторов,
вытяжки,
увлажнителя воздуха,
белого света,
Обдувочный вентилятор
и для датчика
Описание разъёмов
На аппаратном уровне контроллер поддерживает пока только вкл/выкл исполнительных устройств. Планирую добавить аппаратные ЦАП для, например, половинного включения.
В контроллер встроена автоматика:
»Климат-контроль» — например, чтобы увлажнитель включался при недостаточной влажности воздуха.
»Плавная смена цикла» — для настройки эмуляции, например заката и рассвета (белый свет). Как добавлю дальний красный свет, эмуляция станет ещё более схожа с природой.
»Резкая смена цикла» — для поочерёдного включения\выключения, например, обдувочных вентиляторов.
»Таймер» — сделан по аналогии с механическим китайским таймером для растений, например, для указания произвольного времени включения и выключения вытяжки, УФ-света (в будущем). Сейчас шаг времени — 15 минут. Позже уменьшу шаг и адаптирую под маленькие экраны (смартфоны, часы). Это несложно, просто потребует времени, которое сейчас расходую на более фундаментальные задачи.
Окна настроек автоматики
Собраны 3 рабочих прототипа контроллера: один для выездной демонстрации, другие 2 обслуживают гроубоксы с земляникой и физалисом.
Прототипы контроллеров
Ближайшие планы
Развитие контроллера:
Встроенные автополив, без фильтрации.
Попробую изготовить осушитель воздуха, который также будет встроен в контроллер.
Разъёмы для УФ-света, дальнего красного.
В веб-панель два общих профиля растений: вегетативный (набор зелёной массы) рост и генеративный (цветение).
Видеокамера для наблюдения за растениями. Прошивка для неё написана, прошивка контроллера и веб-панель — готовы. Видеокамера станент предтечей для автоматического отслеживания здоровья растения и стадии развития через машинное зрение и ближний инфракрасный свет.
Собрать:
Контроллер выращивания для любителей DIY (чтоб в удовольствие мастерили гроубоксы).
Автополив растений для тех, кто уезжает в отпуск. В отличие от уже имеющихся на рынке вариантов он будет с сюрпризами. Каким? Расскажу позже, как будет собран.
Для последнего изделия готова печатная плата, осталось обернуть в приятный корпус. Для всех устройств будет одна прошивка и одна веб-панель, что значительно ускоряет разработку и позволяет быстрее перейти к экспериментам по изоляции климата и работе над промышленным контроллером.
Прошу Вашей помощи
Напишите, пожалуйста, в комментариях:
Необходим ли Вам автополив в отпуск? Если нет, то как справляется с данной проблемой? А если да, то какой функционал будет Вам полезен?
Готовы ли Вы поучаствовать в пилотном тестировании изделий?
Если у Вас высшее техническое или агротехническое образование, то будет интересно узнать Ваше мнение, рекомендации и предложения по решению проблем.
Чтобы отслеживать промежуточные результаты деятельности, приглашаю в телеграм-канал.
