Хилый Укроп и рукотворное солнце

    Дорогие читатели “Хабра”, в этот замечательный пятничный день я хотел бы поделиться с вами опытом по выращиванию зелени, при искусственном светодиодном освещении под управлением Arduino (Craftduino). От статьи не стоит ждать технических откровений, потому что электронщик из меня отвратительный, да и делалось все в спешке, но под катом обещаю пару жутких фотографий и как итог сравнение петрушки выращенной зимой на подоконнике и той, что выросла под светодиодами. Если у вас нет обостренного чувства перфекционизма в вопросах конструирования электроники, то милости прошу под кат…
    UPD: Как и обещал, перезалил изображения на habrastorage, и дополнительно исправил ошибку в изображении с графиками (там была некорректная легенда к графикам) .




    «Ты помнишь как все начиналось…»


    А началось все с желания удовлетворить научное любопытство, и проверить смогу ли я замахнуться на замысел творца и вырастить растение не хуже, чем под лучами светила нашего небесного.
    Для этого было куплено несколько упаковок «петрушки кучерявой» от производителя Happy Plant, растения были из одной партии как заверял меня продавец, следовательно при более ли менее одинаковой температуре в комнате и схожем режиме полива, можно было рассматривать освещение как основной фактор различающий 2 посаженных образца.

    В декабре на солнечный и теплый подоконник был посажен образец №1 который тихо мирно рос себе без дополнительного досвечивания, образец успешно вырос средние параметры освещенности были записаны процесс роста запротоколирован.
    И пришло время сажать второй образец, который должен был вырасти исключительно в условиях искусственного освещения, со смещенными циркадными ритмами (растение освещалось ночью, а утром находилось в темноте)

    «Мы рождены чтоб сказку сделать былью!»


    Ввиду моей практически полной некомпетентности в электронике было принято следующее решение. Взять Arduino, взять макетную плату, натыкать в нее светодиодов типа «пиранья», установить микросхему часов реального времени, собрать все это, растение запихнуть в коробку из под сока и накрыть сверху макетной с лампочками.
    Сказано – сделано, но для начало необходимо было прикинуть, сколько диодов необходимо и как это все будет работать.
    Первым критерием было мое нежелание усложнять схему, транзисторными ключами и питать светодиоды прямо от портов Arduino, Из расчета 1 «Пиранья» на 1 порт.
    Вторым критерием было желание не просто освещать растение, а с имитировать смену времени суток.
    Третьим критерием была необходимость соответствия освещенности при искусственном и естественном освещении.
    В итоге было принято условно симулировать следующие режимы времени суток:

    1 рассвет/сумерки 2100
    2 утро/вечер 3600
    3 около полудня 5200
    4 солнце в зените 6500


    Цветовая температура была прикинута на глазок на основании данных гуляющих в интернете.

    Чтобы посмотреть насколько освещение будет соответствовать этим режимам было проведено моделирование. В первом приближении в качестве кривой естественного освещения была принята модель АЧТ. График искусственного освещения строился на основе даташитов на светодиоды, излучение светодиода рассматривалось, как Гаусова кривая, которые потом складывались между собой. В итоге получилсь вот такие графики.

    image

    Как видно из графиков, кривые мягко говоря, не соответствуют друг другу, но я решил сделать допущение, предположив что для фотосинтеза главное красный и синий цвет, а остальные не так важны, как покажет практика допущение сыграло со мной плохую шутку, но об этом позже.

    «Я его слепила из того, что было»


    По итогам моделирования было установлено точное количество светодиодов.
    Был произведен процесс поскребания по сусекам, и найдены следующие светодиоды, (безусловно можно было придумать, что-то лучше но это то что у меня было под рукой.

    • BL-760RUWC, светодиод «пиранья» ультра-белый 160" 5000мКд — 4 шт.
    • BL-760RURC, светодиод «пиранья» ультра-красный 160" 1000мКд 660нМ — 2 шт.
    • BL-760RUBC, светодиод «пиранья» ультра-синий 160" 2000мКд 470нМ -1 шт.
    • BL-760RUEC, светодиод «пиранья» ультра-оранжевый 160" 1500мКд 630нМ — 2 шт.
    • BL-FL7660UVC, светодиод «пиранья» ультра-фиолетовый 75" 220мКд 405нМ — 1 шт.
    • АЛ102БМ, светодиод красный 30” 0.2 мКд 700 нМ — 4 шт.


    При максимально включенном режиме освещения (условное солнце в зените), освещенность отличалась от усредненной естественной освещенности не более чем на 10%.

    Как видно из списка помимо пираньи есть еще светодиоды АЛ102БМ, они должны были симулировать дальний красный свет, который должен был сообщать растениям, что пришла ночь, но во первых светили они очень слабо, а во вторых длинна волны была короче необходимой примерно на 50 нм, но я решил что пусть будут, благо есть не просят.

    В итоге все это «счастье было собрано (спойлер):

    Фотографии светодиодной лампы:






    Как видно из последнего фото, растению было явно не скучно, у него была своя собственная дискотека :)

    В процессе сборки я открыл для себя несколько прописных истин.
    1) Не использовать витую пару для соединений чего-то длиннее чем перемычка.
    2) Не использовать макетные платы для устройств срок эксплуатации которых составляет больше 1 дня
    3) Не доверять собранной с учетом первых двух факторов электронике периодически её проверяя.
    Так или иначе отступать было уже поздно и после нескольких пересборок схема смогла отработать назначенный ей срок в 20 дней.
    Если кому-то интересно, то схема принципиально выглядит вот так


    Сделать хотел грозу, А получил — козу.


    Что же получилось в итоге? В итоге по окончании 20 дней было произведено сравнение растений.



    На фотографии слева, растение, которое росло под естественным светом на подоконнике, справа то что росло в развеселой коробке из под сока.
    Несложно заметить, что растение выращенное под естественным освещением, так и пышет здоровьем, а вот его собрату повезло значительно меньше. Всхожесть получилась меньше, рост медленнее к тому же растения выросли утонченными и вытянутыми. Чему виной служил неправильно подобранный свет, с избытком красного, еще возможно смещение биоритмов тоже могло негативно сказаться на росте. Тем не менее, растение выросло, и даже показало, что с помощью освещения можно управлять его морфологическими параметрами, а это тоже результат.
    Отдельно хочу отметить, что в процессе проведения эксперимента ни одно растение не пострадала, хилая петрушка была переставлена на балкон и уже через пару дней начала бурно расти.

    P.s Возможно вас могло немного смутить название статьи. Действительно: «почему статья называется хилый Укроп, хотя росла петрушка?» — спросите меня вы. Просто за время эксперимента эти кучерявые пушистые создания стали мне почти как дети и я дал им имена Укроп первый и соответственно второй. Любите природу друзья мои и хорошей вам пятницы.

    P.p.s Спасибо всем за комментарии, я очень ценю ваше мнение и если это возможно учитываю его при внесении исправлений в статью.
    AdBlock похитил этот баннер, но баннеры не зубы — отрастут

    Подробнее
    Реклама

    Комментарии 35

      +3
      Я нашел себе занятие на зиму)
        +28
        Укроп, вы говорите?
          +2
          — Ты что делаешь?! — Я тренируюсь. — Иди лучше тренируйся вон на… на укропе.
            +13
            ага… укроп :)
            image
              +4
              Укроп — это была проба пера.

              На самом деле пришли те же мысли в голову, при прочтении статьи ;)
                +9
                Ждем, когда Роскомнадзор забанит хабр за распространение информации о выращивании «петрушки» у себя дома.
                –1
                Кстати, о курчавой петрушке и запрещенных списках.
              +10
              Шаг 2: гидропоника и нормальная лампа ;-)
                –1
                Продолжение статьи :)?
                  +1
                  Продолжение статьи.
                  Но уже не на хабрахабре.
                  Ибо неэффективно экономически выращивать укроп в гидропонном баке и под нормальными лампами со всей вот этой DIY-автоматизацией.
                    0
                    А творчество как же?
                      +4
                      *хмыкнув* Творчество — оно до первого привода.

                      Если серьёзно — то автоматизацию имеет смысл использовать на чём-то более скороспеющем и требовательном к.
                      Если для творчества.
                      Грибы там (шампиньоны) или околохимические процессы (пиво).

                      Ну, вы поняли.
                    +1
                    Толчок к развитию
                      +1
                      Продолжение будет… лет через 5-8… зависит от размера партии )
                      +1
                      ДРЛ, например.
                      +3
                      Никто так не парится с цветовыми температурами. Берутся просто светодиоды двух типов — красные и синие.
                      В период вегетативного роста — избыток синего. В период созревания — избыток красного.
                        +1
                        Если делать всегда, так «как никто не париться» то мы до сих пор бы в туалет ходили в канаву, ведь никто же не париться.
                        Так или иначе в литературе есть упоминания о различном воздействии излучения видимого спектра, которое по мимо фотосинтетической обеспечивает еще и регулятивную функцию, например как с тем же красным светом близким к инфракрасному, не помню источник, но помню что если в освещении он будет преобладать то растение решит что приходит время ночи и начнет перестраивать свои функции (как люди когда ложатся в кроватку).
                        Еще нельзя забывать про УФ излучение его роль тоже важна.

                        Я думаю за столько лет эволюции растении приспособились к чему-то отличному от красной и синей лампы.

                        В любом случае цель опыта была не столько вырастить самый большой укроп на свете, а подобрать ему удобное освещение, что правда в силу криворукости не удалось, но по крайней мере дало опыт для анализа…
                          0
                          В литературе так же упоминается и о том, что красный служит индикатором не времени суток, а времени года.
                            0
                            Не вижу противоречий, земля вращается, как вокруг солнца так и вокруг своей оси.
                            Думаю люди тоже ощущают разницу между летним и зимним солнышком. так же как между полуденным и вечерним.
                        0
                        стерто. дубль.
                          +2
                          Почему-то не нашел сравнения ключевого показателя — освещенности. Что-то подсказывает, что в случае светодиодов она на порядок меньше.
                            0
                            Освещенность практически идентична отклонение примерно 10% в зависимости от режима освещения, просто не хочу выкладывать все данные, поскольку жду публикации статьи и не хочу чтобы пост на хабре и статья были совсем идентичными. Но спасибо вам сейчас где-нибудь укажу, что освещенности практически одинаковые.
                              0
                              Кстати достигается почти идентичный уровень освещенности за счет расстояния, светодиоды почти не греются и расстояние от лампы до петрушки было около 11-13 сантиметров.
                              +7
                              С самого начала ждал когда же автор расскажет о третьей группе растений — выращенной под искусственным освещением без смещения циркадного цикла. Но так и не дождался.
                              В результате эксперимента можно сделать вывод о том, что смешав в эксперименте несколько переменных без их разделения по контрольным группам мы получим отсутствие результатов эксперимента.
                              Он, конечно, немного интересен с точки зрения DIY, но с точки зрения ботаники сложно было ожидать иных результатов — дискотека организована в закрытом помещении, в результате у растения кроме смещенного цикла ограничен воздухообмен (несмотря на дырочки в пакетике), ограничен объем пространства для роста (эффекты тропизма обязательно вмешаются) и т.д.
                              Жду от автора работы над ошибками и эксперимента с бОльшим количеством контрольных групп.
                                +1
                                На самом деле основной целью эксперимента являлось проверить вырастет ли растение если грубо говоря отправить его в подземный бункер и при этом освещать светом похожим на солнечный. Именно поэтому я и решил впихнуть оба опыта в один. Но когда будет лампа получше возможно с хорошими УФ излучателями и более качественными диодами видимого спектра, я проведу еще опыты. Спасибо вам за напутствие :)

                                П.с Спасибо! за полезную мысль насчет воздухообмена, может быть в следующий раз придумаю легкую систему вентиляции, но в принципе если кто-то еще проведет схожие опыты я буду очень рад, все таки ботаника это не мое и куча укропа на подоконнике сделает меня «многодетным» фермером :)
                                  +1
                                  Траву только в бункерах (гроубоксах) и растят, ничего так вырастает:
                                  image
                                +1
                                Ваш опыт показал, что спектр ламп освещения был выбран совершенно неверно. Да и другие условия выращивания рассады были явно не оптимальны.

                                Для продолжения эксперимента надо внимательно почитать про фотосинтетически активную радиацию (ФАР).
                                Потом надо почитать литературу по выращиванию рассады в закрытых теплицах (промышленных, литература для домоводства не подойдет). Там же можно найти данные по оптимальному уровню ФАР для различных растений.

                                Опять же правильней будет проводить опыт в закрытой теплице. В качестве теплицы можно использовать аквариум. Тогда кроме освещения никаких других условий эксперимента не будут меняться.
                                  0
                                  Для полноты картины все три эксперимента (естественное освещение, искусственное, сдвинутый цикл) должны проходить одновременно.
                                    0
                                    Ждём от вас статьи-инструкции по выращиванию. :)
                                      0
                                      Статьи не будет. Тематика ресурса не та. Да и в научной работе связанной с автоматизацией освещения теплиц я учавствовал более 15 лет назад.
                                      Но на вики нашлась небольшая статья по данной теме.

                                      PS. Еще одна статья, где можно увидеть как интенсивность и спектр освещения влияют на растения www.ponics.ru/2009/05/svetokultura/#more-1005
                                    0
                                    Статья — позитив. Спасибо.
                                      0
                                      Спасибо за статью! Тоже задумал ящик для выращивания петрушки и травы для кошки с использованием платы Arduino. Сама плата и компоненты к сожалению ещё не отправлены магазином, а вот свет (1 ЭСЛ 105 Вт 6500K, 2 ЭСЛ 20 Вт 2400K) и пустой корпус уже куплен.
                                        0
                                        Супер! надеюсь вы тоже напишите статью было бы очень интересно почитать
                                        0
                                        А в чём (имеется ввиду ПО) вы строили графики, скажите пожалуйста.

                                      Только полноправные пользователи могут оставлять комментарии. Войдите, пожалуйста.

                                      Самое читаемое