[Программирование микроконтроллеров, Разработка на Raspberry Pi, DIY или Сделай сам, Здоровье] Затерянные в тумане, или Увлекательные приключения в мире АПР *

Ответить на тему

Автор

Сообщение

news_bot ^®

Стаж: 6 лет 9 месяцев
Сообщений: 27286

news_bot ^® написал(а)
09-Ноя-2020 12:32

Цитировать

- А интересно, - подумал Ёжик, - если Лошадь ляжет спать, она захлебнется в тумане?

И ещё Ёжик думал о Лошади. Как она там, в тумане?..

* АПР - аэропоника с пневматическим распылениемУже почти год назад мой друг, в качестве хобби выращивавший дома клубнику, увлёк меня этой идеей. Я решил изучить практику высокотехнологичного сельского хозяйства, а затем методом проб и ошибок начал строить установку для безсубстратного выращивания клубники в закрытых помещениях - естественно, с желанием довести до состояния, при котором её можно масштабировать, а само выращивание будет максимально автоматизированным.Вышло ли из этого что-то и что конкретно - под катом. Сразу предупрежу: статья огромная, потому что материала много. И очень много фото.К делу я решил подойти со всем занудством тщанием, т.е. сначала изучить существующие варианты. Тот самый друг в своём последнем подходе к этому процессу использовал туманогенерацию. В принципе, система у него работала, однако тех результатов, которые он хотел бы, получить не удалось: растения погибали, урожай если и был, то мизерный и т.д.Само собой, речи о выращивании земле не шло вообще: с детства не люблю в ней копаться. Сам я о высоких технологиях в сельском хозяйстве даже если и слышал, то краем уха. Так что я начал поиски с того, что уже использовалось - т.е. с туманогенерации, она же fogponics. Довольно быстро выяснилось, что опытные хай тек агрономы эту технологию не приветствуют из-за ряда её неприятных особенностей (как реальных, так и теоретических). Однако аэропоника (а туманопоника - как раз её часть) в целом показалась очень интересной, поэтому я начал двигаться по этому пути.Тут появляется резонный вопрос о том, почему бы не использовать гидропонику, как все нормальные люди? Должен сказать, что лично я ни разу не пробовал действительно вкусных плодов, выращенных на гидропонике. Кроме того, это довольно популярное направление, а мне хотелось попробовать что-то новое. Плюс аэропоника решает некоторые довольно серьёзные проблемы гидропоники: например, недостаток кислорода у корней.Вообще, что такое аэропоника? Это способ выращивания растений "в воздухе", при котором корни просто висят в пустом пространстве, а питательные вещества доставляются в виде спрея. Глобально аэропонику делят на два направления: это LPA, low-pressure aeroponics, или аэропоника низкого давления, и HPA, high pressure aeroponics, что, как вы уже, наверное, догадались, переводится как аэропоника высокого давления. Лично с моей точки зрения LPA - это как бы и не аэропоника вовсе. Это, скорее, какой-то аналог NFT-гидропоники (nutrient film technique, техника питательного слоя): корни спрыскиваются крупными каплями питательного раствора или он вовсе подаётся сверху, а далее капает вниз, попадая на корни и создавая на них плёнку воды. Большое количество проектов с башнями для выращивания используют именно такую технологию. А вот HPA - это уже настоящая аэропоника: питательный раствор периодически, по таймеру, подаётся под высоким давлением на сопла, где превращается в мелкий спрей, в идеале - с размером капли в районе 50 микрон, и, соответственно, этим спреем сбрызгиваются корни. И поначалу я решил идти именно этим путём.КомпонентыСистема на базе HPA состоит из следующих компонентов: насоса высокого давления (6-12 бар), труб для подачи раствора (которые должны это давление выдерживать), самих распылительных форсунок, гидроаккумулятора, реле давления, редуктора давления и электроклапанов (для уменьшения размера статьи я не буду тут рассказывать, зачем обязательно нужен гидроаккумулятор и электроклапаны, если возникнут вопросы - объясню в комментариях). По этому набору сразу можно понять, что в системе есть тонкие места:

гидроаккумулятор, по сути - бомба. Да, они надёжны, но если всё-таки рванёт - из-за воды мало не покажется;
и трубы, которые должны без протечек постоянно держать в себе 5-8 бар давления (к форсункам жидкость нужно подавать под давлением в 5.5-6+ бар).

При этом даже с использованием гидроаккумулятора невозможно мгновенно начать производить спрей нужного качества: для появления нужного давление на соплах требуется время, в начале и в конце каждого цикла будут капли более крупного размера, что в результате может превратить капли на корнях в плёнку воды (т.е. такой дорогой вариант LPA получится).Поиски привели меня на несколько форумов, в том числе на форумы любителей выращивать не поощряемые нашим законодательством культуры. Кстати, похоже, что так же, как порно двигало вперёд Интернет, эти товарищи первыми пытаются использовать новые технологии в своих опытах. И опытов (и, соответственно, опыта) у них нашлось немало. Например, там я узнал, что у HPA есть довольно серьёзная проблема: форсунки забиваются даже при наличии фильтров, соответственно, растения перестают получать свои питательные вещества. Люди делились плюсами и минусами различных технологий, что привело меня......к несколько более экзотическому способу формирования спрея. Это AAA, air-assisted aeroponics (или иначе air-atomized aeroponics), т.е. аэропоника с пневматическим распылением. В этом случае для распыления используется энергия сжатого воздуха, к форсунке идёт две линии: одна с жидкостью, вторая - с воздухом, причём и там, и там гораздо более низкие давления (забегая вперёд: для получения тумана нужного качества я использую 1.5 бар давление раствора и 2.25 бар давление воздуха).Более того, такая схема даёт значительно больше контроля над впрыском: ниже видео туманообразования в slow-mo с длительностью впрыска в 200 миллисекунд, я снимал его просто чтобы увидеть, как это работает.Извините, данный ресурс не поддреживается. :( Набор компонентов для АПР несколько иной, конечно. Самая сложная часть, которая добавляется - это воздушный компрессор. Тут могут быть разные варианты, но я остановился на безмаслянном компрессоре с ресивером в 24 литра. Его номинальная производительность - 160 литров\мин, мощность - 1100W, заявленный уровень шума - 54 dBa. Повёлся на уверения производителя о его - компрессора - бесшумности, что оказалось не совсем правдой (я даже снял ролик на эту тему). Чтобы упростить систему я решил отказаться от отдельного гидроаккумулятора и помпы, и тут используя воздух для создания давления жидкости. Для этого я в ближайшем пивном магазине купил б\у ПЭТ-кегу на 30 литров со съемным фитингом, а в конторе, которая занимается поставками оборудования для пивных - б\у заборную головку. В результате я заливаю питательный раствор в кегу, закручиваю фитинг, надеваю головку - и вуаля, туда подаётся воздух, нагнетая требуемое давление, а из другого отверстия заборной головки вытекает уже раствор.Но компрессор - не самый дорогой элемент системы. Как оказалось, пневматические форсунки недёшевы. Набор для одной форсунки стоит $150 и выше - в зависимости от комплектации. Но всегда есть варианты...СборкаИтак, я потратил пару месяцев на то, чтобы прикинуть, что же мне нужно для сборки системы, и заказать компоненты. В качестве форсунок я решил попробовать использовать китайские сопла с AliExpress. Там же я заказал регуляторы давления, соленоиды и кучу электроники.

Процесс сборки - отдельная история, полная непечатных выражений, поэтому положу лишь несколько фото в спойлер. Это всё было куплено в Леруа Мерлен, за исключением плёнки, которую мне презентовал друг. Исходя из полученного опыта я бы не стал идти этим путём и в ближайшее время буду переделывать ёмкость для корней.Фоточки процесса производства установки. ОЧЕНЬ МНОГО фоточек.

Бизиборд для взрослых

Первая версияЯ делал тогда небольшое видео с поверхностным обзором, а поскольку общался на американских форумах, то и озвучка там на плохом английском.Первая версия предполагала основной редуктор давления на входе вместе с фильтром воздуха и устройством для осушения, два прецизионных редуктора давления от 0 до 2 бар (я на тот момент полагал, что смогу обойтись давлениями до 1 бар), два соленоида 12В, управляемых контроллером на базе esp32, а так же одно сопло.На тот момент я уже получил электронику и даже написал тестовую прошивку, чтобы проверить свою идею с внешней панелью управления и микроконтроллером, который должен был общаться с панелью по MQTT-протоколу, о чём тоже снял видео (опять же, на плохом английском, и смотреть его нужно на скорости минимум x1.5).Кстати, я не упомянул и о ещё одном компоненте - о свете. Свет - штука очень важная. Я бы сказал, что самая важная или одна из самых важных. Свет я заказывал на Alibaba, к сожалению, этого предложения больше нет, но это светодиодный светильник регулируемой мощностью 240Вт на диодах полного спектра Samsung lm301b с температурой 3000К с добавлением нескольких LED с длиной волны 660 nm. Светит очень ярко.Немного о Свете (зачёркнуто) о свете

Помимо этого пришлось спаять и собрать какое-то количество электроники в процессе. Как-то так выглядит Метод проб и ошибокНо вот дальше всё пошло немного не так. Во-первых, китайские сопла, которые я выбирал по каталогу, вообще не соответствовали тому, что я заказывал. Это было видно и по диаметру сопел, и по тому, что они выдавали. Разборки с китайцами ни к чему не привели, поэтому я плюнул и вернулся к идее с нормальными форсунками.Вообще, это были копии сопел Spraying Systems, и я попытался было купить оригиналы официально, но ценник в $150 за штуку меня отпугнул. Однако всегда есть варианты: на eBay я нашёл нужное предложение, в результате четыре набора головок обошлись мне в $33, включая доставку, и я установил их на китайские базы.Во-вторых, оказалось, что одного сопла мало. Т.е. пропускная способность у него достаточна с огромным запасом, а вот покрытие взвесью получается неравномерным. Поэтому пришлось выводить дополнительную пару трубок на другую сторону, так же ставить дополнительные соленоиды и ими управлять.Следующий прокол оказался в том, что прецизионные редукторы давления были relief type (не знаю, как это по-русски), т.е. в процессе работы "расходовали" воздух. В результате компрессор включался слишком часто.К тому моменту я уже заказал саженцы, которые планировал высаживать - 30 кустов двух сортов: Альбион и Эви-2. И они даже приехали - где-то 20 марта, а буквально через пару дней в стране ввели карантин.В то время я хотел написать большую систему "в облако", которая должна была управлять локальными микроконтроллерами. Но процесс это небыстрый, время шло, в результате я понял, что мои саженцы просто помрут. И решил сменить стратегию: всё-таки быстро написать контроллер, который будет работать локально, а уже потом снова вернуться к идее "облачного" управления.В результате у меня получилось два компонента. Первый - это основная панель управления, в которой я описываю расписание работы впрыска (а в дальнейшем буду управлять и другими инструментами типа датчиков температуры и т.п.). Написана она на Elixir + Phoenix Framework + Phoenix LiveView и запускается на Raspberry Pi3, к которому подключены твердотельные реле, управляющие соленоидами. Реализовано всё на базе проекта Nerves, причём есть обновления софта OTA: достаточно загрузить новую версию прошивки на NervesHub, как устройство это обнаружит, обновится и перезапустится. Ссылку на GitHub я даю, но использовать проект пока малореально: нужно дописывать, ибо реализован только самый основной функционал, без которого ничего работать не могло. Ну, и UI/UX оставляет очень много места для улучшений.

Появление второго компонента связано с тем, что, во-первых, необходимо управлять светом, а кроме того оказалось, что реле включения компрессора срабатывает при падении давления ниже 6 бар, а выключается - при достижении 8. И изменить эту настройку нельзя, иначе потеряешь гарантию. Гарантию терять мне не хотелось, но и слышать работающий компрессор желательно было пореже. Поэтому я сварганил из говна и палок esp32, LCD-экранчика, россыпи резисторов, телефонных разъемов, твердотельных реле, корпуса накладной розетки на два гнезда и датчиков давления контроллер розеток. Контроллер управляет розеткой, к которой подключён компрессор, исходя из показаний датчика давления (кстати, их можно подключить до 5 штук), кроме того, розетка включается не дольше, чем на 5 минут, а затем выключается минимум на 5 минут (это из правил пользования компрессором).

Написано всё на C и родном esp-idf, проект тоже лежит на GitHub. Правда, и тут не всё реализовано программно... ну, вы поняли. Из интересного: многопоточность на C я до этого никогда не использовал, да и вообще это мой первый опыт программирования микроконтроллеров. Не знаю, насколько опыт успешен, но ни разу ничего не зависло и не сломалось. Обновление прошивки по воздуху (OTA) в планах.Если будет интерес, могу об этих компонентах рассказать подробнее.Остальные компоненты и дизайн фермы тоже менялся в процессе. Пришлось поставить дополнительный клапан на вход, я отказался от одного регулятора давления, пришлось придумать аррестер, иначе гидроудар раскачивал трубки и я боялся, что всё повылетает. Как-то так всё выглядело до очередной переделки на прошлой неделе:

Питательный растворТут я тоже долго изучал альтернативы. Думал и о готовых растворах, и о том, чтобы делать их самому. В конце концов решил рискнуть: сначала сделал смесь из удобрений, но там получалось всё настолько неудобно, сложно и с неопределённым результатом, что я нашёл поставщика хим. реактивов, купил чистые вещества и постепенно пришёл к нынешнему трёхкомпонентному концентрированному составу. К сожалению, я не знаю, насколько он хорош: хотелось бы сделать анализ листвы, чтобы проверить, чего хватает\не хватает, но пока не понимаю, где и как это произвести. Несколько раз своим неоптимальным составом и неправильной кислотностью я чуть не убил кусты, но обошлось.Сам раствор я замешиваю на дистиллированной воде, которую покупаю. Для уверенности в составе повторно не используется раствор, сразу утилизируется. Кстати, так как это аэропоника, я использую раствор с EC в районе 400 mS/cm3 (TDS - ~200 ppm по шкале 0.5). Причём есть подозрение, что и этого многовато. Для сравнения - TDS водопроводной воды у меня около 130 ppm.ВыращиваниеНесмотря на все задержки в какой-то момент нужно было уже посадить растения, иначе это всё теряло смысл. Я боялся, что мои саженцы, который к тому моменту 2.5 месяца провели в холодильнике (причём не при требуемых -1.5..-2 градуса, а при +4), померли. Но нет. Они, конечно, сильно ослабли, и по факту большая их часть всё-таки не выжила, но не все.Запустил я процесс 16 июня, если мне не изменяет память.

Выглядели они, конечно, слабоватоПараллельно я запустил съемку таймлапсов. Часть из них я даже опубликовал - за три недели, - пока мне не стало лень. Вы можете найти их на моём канале в YouTube. Таймлапсы всё ещё делаются, и надеюсь, что я всё-таки соберусь и выложу видео за уже четыре месяца - это должно быть интересно.Но процесс шёл. Конечно, я волновался. Часть растений явно ослабло слишком сильно для того, чтобы преобразовать корневую систему под новый тип питания. Но некоторые справлялись, и это давало мотивацию продолжать.

Как я уже сказал, из тридцати кустов фриго выжило буквально 6 штук. И даже из этих шести здоровыми выглядели не все.

В какой-то момент я даже решил, что нужно попробовать попробовать внедрить в систему обычные растения из огорода, благо земляничный сезон уже заканчивался и можно было без вреда для урожая их усами размножать. Вот так выглядели высаженные растения (strawberry nursery я опущу - и так слишком много фото):

Но в какой-то момент я увидел первый цветок! Это было воодушевляюще! А потом цветы пошли валом. А следом за цветами появилась и первая ягода.

Конечно, не всё было радужно. Были всяческие гнили: и бурая гниль, и вертициллезное увядание, и паутинный клещ. Так как явно симптомы начали проявляться уже после того, как появились ягоды пришлось бороться более-менее щадящими методами, т.е., по сути, никакой химии: триходермой и битоксибациллином. Вроде бы удалось справиться как минимум с видимыми проявлениями. Однако на будущее сделал для себя выводы о том, что соблюдать график обработки нужно в обязательно порядке: стоило обработать нормально саженцы при высадке, затем - перед цветением.

Но одно могу сказать точно: я редко ем настолько вкусные ягоды. В магазинах у нас их не продают точно. Ягоды с грядки из частных огородов в подавляющем числе случаев менее вкусные чем те, что выросли у меня. Вкус отметили вообще все, кто пробовал.Ягод выросло очень мало. На текущий момент порядка 370 грамм в общей сложности. Я связываю это и с тем, что я передержал кусты, в результате чего они ослабли (плодоносил нормально, по сути, только один куст), и с ошибками в составе раствора, и с кислотностью, и с болезнями. Мне очень не хватает агрономических знаний.Однако моя ферма жива, некоторые из "огородых" саженцев прижились и я надеюсь получить от них какой-то урожай. Понимаю, что написал много, показал ещё больше, но фактически это лишь толика того, что удалось узнать и сделать за это время.Резюмируя, могу сказать, что при достаточном желании можно без предварительного опыта разрабатывать и создавать достаточно сложные системы. Главное - не бояться работать с информацией и её применять. А я думаю о том, что нужно это всё смасштабировать хотя бы раза в два-три и найти, где в несезон заказать хорошие саженцы.
===========
Источник:
habr.com
===========
Похожие новости:

Теги для поиска: #_programmirovanie_mikrokontrollerov (Программирование микроконтроллеров), #_razrabotka_na_raspberry_pi (Разработка на Raspberry Pi), #_diy_ili_sdelaj_sam (DIY или Сделай сам), #_zdorove (Здоровье), #_klubnika_i_zemljanika (клубника и земляника), #_aeroponika (аэропоника), #_elixir, #_esp32, #_raspberry_pi, #_sdelaj_sam (сделай сам), #_iz_govna_i_palok (из говна и палок), #_durnaja_golova_rukam_pokoja_ne_daet (дурная голова рукам покоя не дает), #_programmirovanie_mikrokontrollerov (
Программирование микроконтроллеров
), #_razrabotka_na_raspberry_pi (
Разработка на Raspberry Pi
), #_diy_ili_sdelaj_sam (
DIY или Сделай сам
), #_zdorove (
Здоровье
)

Профиль ЛС

Ответить на тему

Вы не можете начинать темы
Вы не можете отвечать на сообщения
Вы не можете редактировать свои сообщения
Вы не можете удалять свои сообщения
Вы не можете голосовать в опросах
Вы не можете прикреплять файлы к сообщениям
Вы не можете скачивать файлы

Текущее время: 22-Ноя 12:34
Часовой пояс: UTC + 5