წნევის ქვეშ მყოფი წყალმცენარეების ფოტოობიორეაქტორი: 10 ნაბიჯი (სურათებით)

2024 ავტორი: John Day | [email protected]. ბოლოს შეცვლილი: 2024-01-30 10:15

სანამ ამ სასწავლებელში ჩავუღრმავდებოდი, მინდა ცოტათი ავუხსნა რა არის ეს პროექტი და რატომ ავირჩიე მისი განხორციელება. მიუხედავად იმისა, რომ ეს ცოტა გრძელია, გირჩევთ წაიკითხოთ, რადგან ბევრს რასაც მე ვაკეთებ აზრი არ ექნება ამ ინფორმაციის გარეშე.

ამ პროექტის სრული სახელი იქნება ზეწოლის ქვეშ მყოფი წყალმცენარეების ფოტოობიორეაქტორი ავტონომიური მონაცემების შეგროვებით, მაგრამ ეს იქნება ცოტა გრძელი, როგორც სათაური. ფოტოობიორეაქტორის განმარტება ასეთია:

"ბიორეაქტორი, რომელიც იყენებს სინათლის წყაროს ფოტოტროფული მიკროორგანიზმების დასამუშავებლად. ეს ორგანიზმები იყენებენ ფოტოსინთეზს ბიომასის წარმოქმნის სინათლისა და ნახშირორჟანგისგან და მოიცავს მცენარეებს, ხავსებს, მაკრო წყალმცენარეებს, მიკრო წყალმცენარეებს, ციანობაქტერიებს და მეწამულ ბაქტერიებს".

ჩემი რეაქტორის მოწყობა გამოიყენება მტკნარი წყლის წყალმცენარეების გასაზრდელად, მაგრამ ის შეიძლება გამოყენებულ იქნას სხვა ორგანიზმებისთვის.

ჩვენი ენერგეტიკული კრიზისისა და კლიმატის ცვლილების საკითხებთან ერთად, არსებობს მრავალი ალტერნატიული ენერგიის წყარო, როგორიცაა მზის ენერგია. თუმცა, მე მჯერა, რომ ჩვენი გადასვლა წიაღისეული საწვავის დამოკიდებულებიდან უფრო ეკოლოგიურად სუფთა ენერგიაზე იქნება თანდათანობითი, ვინაიდან ჩვენ არ შეგვიძლია სწრაფად გადავხედოთ ეკონომიკას სწრაფად. ბიოსაწვავი შეიძლება იყოს ერთგვარი საფეხური, რადგან ბევრი მანქანა, რომელიც წიაღისეულ საწვავზე მუშაობს, ადვილად გადაკეთდება ბიოსაწვავზე. რა არის ბიოსაწვავი?

ბიოსაწვავი არის საწვავი, რომელიც წარმოიქმნება ბიოლოგიური პროცესებით, როგორიცაა ფოტოსინთეზი ან ანაერობული მონელება, ვიდრე გეოლოგიური პროცესები, რომლებიც ქმნიან წიაღისეულ საწვავს. მათი დამზადება შესაძლებელია სხვადასხვა პროცესის საშუალებით (რასაც აქ დეტალურად არ შევეხები). ორი გავრცელებული მეთოდია ტრანსესტერიფიკაცია და ულტრაბგერითი.

ამჟამად მცენარეები ბიოსაწვავის უდიდესი წყაროა. ეს მნიშვნელოვანია, რადგან ბიოსაწვავისთვის საჭირო ზეთების შესაქმნელად, ამ მცენარეებმა უნდა გაიარონ ფოტოსინთეზი მზის ენერგიის ქიმიური ენერგიის შესანახად. ეს ნიშნავს, რომ როდესაც ჩვენ ვიწვავთ ბიოსაწვავს, გამონაბოლქვი გამოიყოფა ნახშირორჟანგით, რომელიც მცენარეებმა შეიწოვეს. ეს ცნობილია როგორც ნახშირბადის ნეიტრალური.

დღევანდელი ტექნოლოგიით, სიმინდის მცენარეებს შეუძლიათ მიიღონ 18 გალონი ბიოსაწვავი ჰექტარზე. სოიო იძლევა 48 გალონს, ხოლო მზესუმზირა იძლევა 102. არსებობს სხვა მცენარეებიც, მაგრამ არცერთი წყალმცენარეებთან შედარებით, რომელთაც შეუძლიათ მიიღონ 5,000 -დან 15,000,000 გალონამდე ერთ ჰექტარზე (ვარიაცია გამოწვეულია წყალმცენარეების სახეობებით). წყალმცენარეები შეიძლება გაიზარდოს ღია აუზებში, რომლებიც ცნობილია როგორც სარბენი ბილიკები ან ფოტოობიორეაქტორები.

ასე რომ, თუ ბიოსაწვავი იმდენად დიდია და შეიძლება გამოყენებულ იქნას მანქანებში, რომლებიც იყენებენ წიაღისეულ საწვავს, რატომ არ ვაკეთებთ ამას მეტს? ღირებულება წყალმცენარეების ზეთის მაღალი მოსავლიანობითაც კი, ბიოსაწვავის წარმოების ღირებულება გაცილებით მაღალია ვიდრე წიაღისეული საწვავი. მე შევქმენი ეს რეაქტორული სისტემა იმის დასადგენად, შევძლებ თუ არა ფოტოობიორეაქტორის ეფექტურობის გაზრდას და თუ ის მუშაობს, მაშინ ჩემი იდეა შეიძლება გამოყენებულ იქნას კომერციულ პროგრამებში.

აქ არის ჩემი კონცეფცია:

ფოტოობიორეაქტორზე ზეწოლის დამატებით, შემიძლია გავზარდო ნახშირორჟანგის ხსნადობა, როგორც ეს აღწერილია ჰენრის კანონით, სადაც ნათქვამია, რომ მუდმივ ტემპერატურაზე მოცემული გაზის რაოდენობა, რომელიც იხსნება მოცემულ ტიპსა და სითხის მოცულობაში, პირდაპირპროპორციულია ამ აირის ნაწილობრივი წნევა ამ სითხეში წონასწორობაში. ნაწილობრივი წნევა არის ის, თუ რამდენ ზეწოლას ახდენს მოცემული ნაერთი. მაგალითად, აზოტის გაზის ნაწილობრივი წნევა ზღვის დონეზე არის.78 ატმ, რადგან ეს არის აზოტის პროცენტი ჰაერში.

ეს ნიშნავს, რომ ნახშირორჟანგის კონცენტრაციის გაზრდით ან ჰაერის წნევის გაზრდით, მე გაზრდის ბიორეაქტორში გახსნილი CO2- ის რაოდენობას. ამ კონფიგურაციაში მე მხოლოდ წნევას შევცვლი. მე ვიმედოვნებ, რომ ეს წყალმცენარეებს საშუალებას მისცემს უფრო მეტად გაიარონ ფოტოსინთეზი და სწრაფად გაიზარდონ.

უარყოფა: ეს არის ექსპერიმენტი, რომელსაც ამჟამად ვატარებ და მე ამის წერის დროს, არ ვიცი, რომ ეს გავლენას მოახდენს წყალმცენარეების წარმოებაზე. ყველაზე უარესი, ის მაინც იქნება ფუნქციური ფოტოობიორეაქტორი. როგორც ჩემი ექსპერიმენტის ნაწილი, საჭიროა წყალმცენარეების ზრდის მონიტორინგი. მე გამოვიყენებ CO2 სენსორებს Arduino და SD ბარათებით, რომ შევაგროვო და შევინახო მონაცემები გასაანალიზებლად. მონაცემთა შეგროვების ეს ნაწილი არჩევითია, თუ გსურთ ფოტოობიორეაქტორის გაკეთება, მაგრამ მე მივცემ მითითებებს და არდუინოს კოდს მათთვის, ვისაც მისი გამოყენება სურს.

ნაბიჯი 1: მასალები

ვინაიდან მონაცემთა შეგროვების ნაწილი არჩევითია, მასალების ჩამონათვალს ორ ნაწილად გავყოფ. ასევე, ჩემი დაყენება ქმნის ორ ფოტოობიორეაქტორს. თუ გსურთ მხოლოდ ერთი რეაქტორი, უბრალოდ გამოიყენეთ მასალის ნახევარი 2 – ზე მაღლა (ეს სია მიუთითებს რიცხვს ან მასალებს, რასაც მოჰყვება ზომები, თუ შესაძლებელია). მე ასევე დავამატე ბმულები გარკვეულ მასალებზე, რომელთა გამოყენებაც შეგიძლიათ, მაგრამ მე გირჩევთ, რომ იყიდოთ ფასების შესახებ წინასწარი კვლევა, რადგან ისინი შეიძლება შეიცვალოს.

ფოტოობიორეაქტორი:

• 2 - 4.2 გალონი წყლის ბოთლი. (გამოიყენება წყლის გასანაწილებლად. დარწმუნდით, რომ ბოთლი სიმეტრიულია და არ აქვს ჩაშენებული სახელური. ის ასევე უნდა იყოს ხელახლა დახურული.
• 1 - RGB LED ზოლები (15 -დან 20 ფუტამდე, ან ნახევარი ერთი რეაქტორისთვის. არ უნდა იყოს ინდივიდუალურად მიმართული, მაგრამ დარწმუნდით, რომ მას გააჩნია საკუთარი კონტროლერი და კვების წყარო)
• 2 - 5 გალონი ტევადობის აკვარიუმის ბუშტუკები + დაახლოებით 2 ფუტი მილი (ჩვეულებრივ აღჭურვილია ბუშტუკით)
• 2 - წონა ბუშტუკების მილებისთვის. მე მხოლოდ 2 პატარა ქვა და რეზინის ზოლები გამოვიყენე.
• 2 ფუტი - 3/8 "შიდა დიამეტრის პლასტიკური მილი
• 2 - 1/8 "NPT ველოსიპედის სარქველები (ამაზონის ბმული სარქველებისთვის)
• 1 მილაკი - 2 ნაწილი ეპოქსია
• წყალმცენარეების დამწყები კულტურა
• წყალში ხსნადი მცენარეული სასუქი (მე გამოვიყენე MiracleGro ბრენდი Home Depot– დან)

მნიშვნელოვანი ინფორმაცია:

დამწყები კულტურის კონცენტრაციიდან გამომდინარე, თქვენ დაგჭირდებათ რეაქტორის მეტ -ნაკლები გალონის სიმძლავრე. ჩემს ექსპერიმენტში მე ჩავატარე 12 ბილიკი 2.5 ლიტრიანი თითოეული, მაგრამ დავიწყე მხოლოდ 2 სუფრის კოვზით. მე მხოლოდ წყალმცენარეების მოყვანა მომიწია ცალკე ავზში, სანამ საკმარისი არ მექნებოდა. ასევე, სახეობას არ აქვს მნიშვნელობა, მაგრამ მე გამოვიყენე ჰემატოკოკი, რადგან ისინი წყალში უკეთესად იხსნებიან ვიდრე ძაფისებრი წყალმცენარეები. აქ არის ბმული წყალმცენარეებისთვის. როგორც სახალისო ექსპერიმენტი, შეიძლება ოდესმე შევიძინო ბიოლუმინესცენციური წყალმცენარეები. მე დავინახე, რომ ეს ბუნებრივად მოხდა პუერტო რიკოში და ისინი მართლაც მაგრად გამოიყურებოდნენ.

ასევე, ეს, ალბათ, ჩემი დიზაინის მეოთხე განმეორებაა და მე შევეცადე, რომ ღირებულება მაქსიმალურად დაბალი იყოს. ეს არის ერთ -ერთი მიზეზი იმისა, რომ ფაქტობრივი კომპრესორით ზეწოლის ნაცვლად, მე ვიყენებ პატარა აკვარიუმის ბუშტებს. ამასთან, მათ აქვთ ნაკლები ძალა და შეუძლიათ ჰაერის გადაადგილება დაახლოებით 6 psi წნევით პლუს მისი შემავალი წნევა.

მე გადავწყვიტე ეს პრობლემა ჰაერის ბუშტების ყიდვით იმ შესასვლელით, რომელთანაც შემიძლია მილების დაკავშირება. სწორედ აქედან მივიღე 3/8 მილის გაზომვები. ბუშტის შემავალი მილები დაკავშირებულია მილსადენთან, შემდეგ კი მეორე ბოლო რეაქტორთან. ეს ახდენს ჰაერის გადამუშავებას, ასევე შემიძლია გავზომო ნახშირორჟანგის შემცველობა ჩემი სენსორების გამოყენებით. კომერციულ პროგრამებს ალბათ ექნებათ ჰაერის მუდმივი მარაგი, რომ გამოიყენოთ და გადააგდოთ ნაცვლად. აქ არის ბუშტუკების ბმული. ისინი აკვარიუმის ფილტრის ნაწილია, რომელიც თქვენ არ გჭირდებათ. მე ამას მხოლოდ იმიტომ ვიყენებდი ჩემი შინაური თევზები. თქვენ ალბათ ინტერნეტშიც შეგიძლიათ იპოვოთ მხოლოდ ბუმბერაზი ფილტრის გარეშე.

მონაცემთა შეგროვება:

• 2 - Vernier CO2 სენსორები (ისინი თავსებადია Arduino– სთან, მაგრამ ასევე ძვირია. მე ჩემი სკოლადან ვისესხე ჩემი)
• გათბობის შემცირების მილი - მინიმუმ 1 ინჩის დიამეტრი სენსორებზე ჩასასმელად
• 2 - ვერნიერის ანალოგური პროტობორდის გადამყვანები (შეკვეთის კოდი: BTA -ELV)
• 1 - პურის დაფა
• breadboard jumper მავთულები
• 1 - SD ბარათი ან MicroSD და ადაპტერი
• 1 - Arduino SD ბარათის ფარი. ჩემი არის Seed Studio– დან და ჩემი კოდიც მისთვისაა. შეიძლება დაგჭირდეთ კოდის კორექტირება, თუ თქვენი ფარი სხვა წყაროდან არის
• 1 - არდუინო, მე გამოვიყენე არდუინო მეგა 2560
• USB კაბელი Arduino– სთვის (კოდის ასატვირთად)
• არდუინოს ელექტრომომარაგება. თქვენ ასევე შეგიძლიათ ტელეფონის დამტენი გამოიყენოთ USB კაბელით, რათა უზრუნველყოთ 5 ვ სიმძლავრე

ნაბიჯი 2: ზეწოლა

კონტეინერის ზეწოლის მიზნით, ორი ძირითადი რამ უნდა გაკეთდეს:

1. სახურავს უნდა შეეძლოს ბოთლზე უსაფრთხოდ დაფიქსირება
2. საჭიროა სარქველის დაყენება ჰაერის წნევის დასამატებლად

ჩვენ უკვე გვაქვს სარქველი. უბრალოდ შეარჩიეთ ადგილი ბოთლზე წყალმცენარეების ხაზის ზემოთ და გახვრიტეთ მასში ხვრელი. ხვრელის დიამეტრი ტოლი უნდა იყოს სარქვლის უფრო დიდი ან ხრახნიანი ბოლოების დიამეტრის (შეგიძლიათ გააკეთოთ ჯერ პატარა პილოტური ხვრელი და შემდეგ ფაქტობრივი დიამეტრის ხვრელი). ეს უნდა დაუშვას არა სარქველის ბოლომდე ქერის ჩადება ბოთლში. გამოყენებით რეგულირებადი wrench, მე გამკაცრდა სარქველი შევიდა პლასტიკური. ეს ხდის პლასტმასის ღარებს ხრახნისთვისაც. შემდეგი, მე უბრალოდ ამოვიღე სარქველი, დავამატე სანტექნიკოსის ფირზე და დავბრუნდი ადგილზე.

თუ თქვენს ბოთლს არ აქვს სქელი კედლის პლასტიკი:

სანდლის ქაღალდის გამოყენებით, გახეხეთ პლასტიკური ხვრელის გარშემო. შემდეგ, სარქვლის დიდ ნაწილზე, წაისვით დიდი რაოდენობით ეპოქსია. ეს შეიძლება იყოს ორი ნაწილის ეპოქსია ან სხვა სახის. უბრალოდ დარწმუნდით, რომ მას შეუძლია გაუძლოს მაღალ წნევას და წყალგაუმტარია. შემდეგი, უბრალოდ მოათავსეთ სარქველი ადგილზე და გააჩერეთ ცოტა ხნით სანამ არ დაიმკვიდრებს ადგილს. არ წაშალოთ ზედმეტი კიდეები. მიეცით საშუალება ეპოქსიდურ დროსაც განკურნოს ასევე ფოტოობიორეაქტორის ტესტირებამდე.

რაც შეეხება სახურავს, ის, რაც მე მაქვს, მოყვება O ბეჭედს და მაგრად იჭერს მას. მე ვიყენებ მაქსიმუმ 30 psi ზეწოლას და მას შეუძლია მისი შეკავება. თუ თავზე ხრახნი გაქვთ, ეს კიდევ უკეთესია. უბრალოდ დარწმუნდით, რომ დააწებეთ იგი სანტექნიკის ლენტით. დაბოლოს, თქვენ შეგიძლიათ გადააფაროთ ძაფის ძაფის ძაფის ბორბალი ან მძიმე ფირფიტა თავსახურის თავზე, რათა ის მტკიცედ დაიჭიროს.

მისი შესამოწმებლად, ნელა დაამატეთ ჰაერი სარქველში და მოუსმინეთ ჰაერის გაჟონვას. საპნის წყლის გამოყენება დაგეხმარებათ განსაზღვროთ სად გადის ჰაერი და საჭიროა მეტი ეპოქსიდის დამატება.

ნაბიჯი 3: ბუშტი

როგორც მე აღვნიშნე მასალების განყოფილებაში, ჩემი მილების ზომები განისაზღვრება ჩემი შეძენილი ბუშტუკით. თუ თქვენ გამოიყენეთ ბმული ან იყიდეთ იგივე ბუშტუკების ბრენდი, მაშინ სხვა ზომებზე არ უნდა ინერვიულოთ. თუმცა, თუ თქვენ გაქვთ სხვა ბრენდის ბუშტი, მაშინ რამდენიმე ნაბიჯი უნდა გადადგათ:

1. დარწმუნდით, რომ არის მიღება. ზოგიერთ ბუშტს ექნება მკაფიო შეყვანა, ზოგს კი ექნება გამოსასვლელის გარშემო (ისევე როგორც მე მაქვს სურათები).
2. გაზომეთ შეყვანის დიამეტრი და ეს არის მილის შიდა დიამეტრი.
3. დარწმუნდით, რომ გამომავალი/ბუშტის მილები ადვილად მოთავსდება თქვენს შეყვანის მილში, თუ თქვენი ბუმბერაზის მიღება არის გამომავალი.

შემდეგი, გადაიტანეთ პატარა მილები უფრო დიდში და შემდეგ მიამაგრეთ ერთი ბოლო ბუშტუკების გამოსასვლელთან. გადაასრიალეთ უფრო დიდი ბოლო შესასვლელზე. გამოიყენეთ ეპოქსიდი, რომ დაიჭიროთ იგი და დაიხუროს მაღალი წნევისგან. უბრალოდ ფრთხილად იყავით, რომ არ ჩასვათ ეპოქსიდი შესასვლელ პორტში. გვერდითი შენიშვნა, ქვიშაქვის გამოყენება ზედაპირის მსუბუქად გადასაფხეკად, სანამ ეპოქსიდურ დამატებას ხდის ბმულს უფრო ძლიერს.

დაბოლოს, გააკეთეთ ხვრელი ბოთლში საკმარისად დიდი მილისთვის. ჩემს შემთხვევაში, ეს იყო 1/2 (სურათი 5). გადაიტანეთ პატარა მილები მასში და ბოთლის ზედა ნაწილში. ახლა თქვენ შეგიძლიათ მიამაგროთ წონა (მე ვიყენებ რეზინის ლენტებსა და კლდეს) და ჩადეთ უკან ბოთლი. შემდეგ ჩაასხით ბოთლში უფრო დიდი მილი და ეპოქსიდური ადგილი. გაითვალისწინეთ, რომ დიდი მილი მთავრდება ბოთლში შესვლისთანავე. ეს იმიტომ ხდება, რომ ეს არის ჰაერის შესასვლელი და თქვენ არ გინდათ, რომ წყალი ჩაისხას ის

ამ დახურული სისტემის უპირატესობა ის არის, რომ წყლის ორთქლი არ გაქრება და თქვენს ოთახში არ დასრულდება წყალმცენარეების სუნი.

ნაბიჯი 4: LED- ები

LED- ები ცნობილია ენერგოეფექტური და გაცილებით ცივი (ტემპერატურის თვალსაზრისით), ვიდრე ჩვეულებრივი ინკანდესენტური ან ფლუორესცენტური ნათურები. თუმცა, ისინი მაინც წარმოქმნიან გარკვეულ სითბოს და მისი შემჩნევა ადვილია, თუ ის ჯერ კიდევ გადახვეულია. როდესაც ჩვენ ვიყენებთ ზოლებს ამ პროექტში, ისინი არ იქნება ასე დაჯგუფებული ერთად. ნებისმიერი ზედმეტი სითბო ადვილად გამოსხივდება ან შეიწოვება წყალმცენარეების წყლის ხსნარით.

წყალმცენარეების სახეობიდან გამომდინარე, მათ დასჭირდებათ მეტ -ნაკლებად შუქი და სითბო. მაგალითად, წყალმცენარეების ბიოლუმინესცენციური ტიპი, რომელიც ადრე აღვნიშნე, გაცილებით მეტ შუქს მოითხოვს. ცერის წესი, რომელიც მე გამოვიყენე, არის ის რომ შევინარჩუნო ის ყველაზე დაბალ დონეზე და ნელ -ნელა გავზარდო მისი სიკაშკაშის დონე ორი წყალმცენარეების ზრდასთან ერთად.

ყოველ შემთხვევაში, LED სისტემის დასაყენებლად, უბრალოდ შეფუთეთ ზოლები ბოთლში რამდენჯერმე, თითოეული გადახვევა დაახლოებით 1 ინჩზე. ჩემს ბოთლს ჰქონდა ქედები, რომლებშიც LED მოსახერხებელი იყო. მე მხოლოდ ცოტაოდენი შესაფუთი ლენტი გამოვიყენე, რომ შემენარჩუნებინა იგი. თუ თქვენ იყენებთ ორ ბოთლს, როგორც მე, უბრალოდ შემოახვიეთ ნახევარი ერთ ბოთლზე და ნახევარი მეორეზე.

ახლა თქვენ შეიძლება გაინტერესებთ, რატომ არ იკეტება ჩემი LED ზოლები ჩემი ფოტოობიორეაქტორის თავზე. მე ეს განზრახ გავაკეთე, რადგან მჭირდებოდა სივრცე ჰაერისთვის და სენსორისთვის. მიუხედავად იმისა, რომ ბოთლს აქვს მოცულობა 4.2 გალონი, მე მხოლოდ ნახევარი გამოვიყენე წყალმცენარეების გასაზრდელად. ასევე, თუ ჩემს რეაქტორს მცირე გაჟონვა ექნებოდა, მაშინ მოცულობის წნევა ნაკლებად მკვეთრად დაეცემოდა, რადგან ჰაერიდან გამოსასვლელი მოცულობა ბოთლის შიგნით არსებული ჰაერის მთლიანი რაოდენობის უფრო მცირე პროცენტია. არსებობს წვრილი ხაზი, სადაც წყალმცენარეებს აქვთ საკმარისი ნახშირორჟანგი, მაგრამ ამავე დროს უნდა იყოს ნაკლები ჰაერი, რომ ნახშირორჟანგი შთანთქავს წყალმცენარეებს და ახდენს გავლენას მთლიანი შემადგენლობაზე. ჰაერი, რაც მონაცემების ჩაწერის საშუალებას მაძლევს.

მაგალითად, თუ თქვენ ჩაისუნთქავთ ქაღალდის ჩანთაში, ის შეივსება ნახშირორჟანგის მაღალი პროცენტით. მაგრამ თუ თქვენ უბრალოდ ისუნთქავთ ღია ატმოსფეროში, ჰაერის საერთო შემადგენლობა მაინც იგივე იქნება და შეუძლებელია რაიმე ცვლილების გამოვლენა.

ნაბიჯი 5: Protoboard კავშირები

ეს არის ის ადგილი, სადაც თქვენი ფოტოობიორეაქტორის დაყენება დასრულებულია, თუ არ გსურთ არდუინოს მონაცემთა შეგროვებისა და სენსორების დამატება. თქვენ შეგიძლიათ უბრალოდ გადახვიდეთ წყალმცენარეების გაზრდის საფეხურზე.

თუ თქვენ დაინტერესებული ხართ, ბოთლში მოთავსებამდე დაგჭირდებათ ელექტრონიკის წინასწარი გამოცდის გამოტანა. პირველ რიგში, დაუკავშირეთ SD ბარათის ფარი არდუინოს თავზე. ნებისმიერი ქინძისთავი, რომელსაც ჩვეულებრივ გამოიყენებდი არდუინოზე, რომელსაც SD ბარათის ფარი იყენებს, ჯერ კიდევ ხელმისაწვდომია; უბრალოდ დააკავშირეთ ჯუმბერის მავთული პირდაპირ ზემოთ ხვრელთან.

ამ ნაბიჯს დავამატე arduino pin კონფიგურაციის სურათები, რომლებსაც შეგიძლიათ მიმართოთ. მწვანე მავთულები გამოიყენებოდა 5V არდუინოსთან 5V, ნარინჯისფერი GND არდუინოს მიწასთან დასაკავშირებლად და ყვითელი SIG1 არდუინოს A2 და A5- თან დასაკავშირებლად. გაითვალისწინეთ, რომ სენსორებთან შესაძლებელია ბევრი დამატებითი კავშირი, მაგრამ ისინი არ არის საჭირო მონაცემთა შეგროვებისათვის და მხოლოდ ეხმარება ვერნიეს ბიბლიოთეკას გარკვეული ფუნქციების შესრულებაში (მაგალითად, სენსორის იდენტიფიცირება)

აქ არის სწრაფი მიმოხილვა, თუ რას აკეთებს პროტობორდის ქინძისთავები:

1. SIG2 - 10V გამომავალი სიგნალი გამოიყენება მხოლოდ რამდენიმე ვერნიერის სენსორის მიერ. ჩვენ არ დაგვჭირდება.
2. GND - აკავშირებს არდუინოს გრუნტს
3. Vres - სხვადასხვა vernier სენსორებს აქვთ განსხვავებული რეზისტორები. ძაბვის მიწოდება და ამ პინიდან მიმდინარე გამომუშავების წაკითხვა ეხმარება სენსორების იდენტიფიცირებას, მაგრამ ეს არ გამომივიდა. მე ასევე ვიცოდი რა სენსორს ვიყენებდი წინასწარ, ამიტომ პროგრამის მყარი კოდირება გავაკეთე.
4. ID - ასევე დაეხმარება სენსორების იდენტიფიცირებას, მაგრამ აქ არ არის საჭირო
5. 5V - აძლევს 5 ვოლტს სიმძლავრეს სენსორზე. დაკავშირებულია arduino 5V– თან
6. SIG1 - გამომავალი სენსორები 0 -დან 5 ვოლტამდე მასშტაბით. მე არ ავხსნი კალიბრაციის განტოლებებს და ყველაფერს სენსორის გამომავალი რეალურ მონაცემებზე გადასაყვანად, მაგრამ ვფიქრობ CO2 სენსორი ასე მუშაობს: რაც უფრო მეტ CO2- ს გრძნობს ის, მით მეტ ძაბვას უბრუნებს SIG2.

სამწუხაროდ, ვერნიეს სენსორების ბიბლიოთეკა მუშაობს მხოლოდ ერთი სენსორით და თუ ჩვენ გვჭირდება ორი გამოვიყენოთ, მაშინ ჩვენ უნდა წავიკითხოთ სენსორების მიერ გამომუშავებული ნედლი ძაბვის მიხედვით. მომდევნო ეტაპზე მე მივაწოდე კოდი.ino ფაილის სახით.

როგორც თქვენ დამაგრებით jumper ხაზები breadboard, გახსოვდეთ, რომ რიგები ხვრელების უკავშირდება. ეს არის ის, თუ როგორ ვუკავშირდებით პროტობორდის გადამყვანებს არდუინოს. ასევე, ზოგიერთი ქინძისთავები შეიძლება გამოყენებულ იქნას SD ბარათის მკითხველს, მაგრამ მე დავრწმუნდი, რომ ისინი არ ერევიან ერთმანეთში. (ეს ჩვეულებრივ ციფრული პინ 4 -ია)

ნაბიჯი 6: კოდი და ტესტი

ჩამოტვირთეთ arduino პროგრამული უზრუნველყოფა თქვენს კომპიუტერში, თუ ის უკვე არ გაქვთ დაინსტალირებული.

შემდეგი, დაუკავშირეთ სენსორები გადამყვანებს და დარწმუნდით, რომ ყველა გაყვანილობა კარგადაა (შეამოწმეთ, რომ სენსორები დაბალ პარამეტრზეა 0 - 10, 000 ppm). ჩადეთ SD ბარათი სლოტში და შეუერთეთ arduino თქვენს კომპიუტერს USB კაბელის საშუალებით. შემდეგ გახსენით SDTest.ino ფაილი, რომელიც მე მივაწოდე ამ ნაბიჯს და დააწკაპუნეთ ატვირთვის ღილაკზე. თქვენ უნდა გადმოწეროთ SD ბიბლიოთეკა.zip ფაილის სახით და დაამატოთ იგი ასევე.

კოდის წარმატებით ატვირთვის შემდეგ დააჭირეთ ინსტრუმენტებს და აირჩიეთ სერიული მონიტორი. თქვენ უნდა ნახოთ ინფორმაცია სენსორის კითხვის შესახებ, რომელიც იბეჭდება ეკრანზე. კოდის გარკვეული პერიოდის გაშვების შემდეგ შეგიძლიათ გამორთოთ arduino და ამოიღოთ SD ბარათი.

ნებისმიერ შემთხვევაში, თუ თქვენ ჩადეთ SD ბარათი თქვენს ლეპტოპში, ნახავთ DATALOG. TXT ფაილს. გახსენით იგი და დარწმუნდით, რომ მასში არის მონაცემები. SD ტესტს დავამატე რამდენიმე ფუნქცია, რომელიც შეინახავს ფაილს ყოველი წერის შემდეგ. ეს ნიშნავს რომ მაშინაც კი, თუ თქვენ ამოიღებთ SD ბარათის შუა პროგრამას, მას ექნება ყველა მონაცემი იმ მომენტამდე. ჩემი AlgaeLogger.ino ფაილი კიდევ უფრო რთულია შეფერხებებით, რათა ის ერთი კვირა გაგრძელდეს. ამას გარდა, მე დავამატე ფუნქცია, რომელიც დაიწყებს ახალ datalog.txt ფაილს, თუ ის უკვე არსებობს. ეს არ იყო საჭირო კოდის მუშაობისთვის, მაგრამ მე მინდოდა ყველა მონაცემი, რომელსაც Arduino აგროვებს სხვადასხვა ფაილზე, იმის ნაცვლად, რომ დალაგებულიყო მათ მიერ ნაჩვენები საათის მიხედვით. მე ასევე შემიძლია არდუინოს ჩართვა ექსპერიმენტის დაწყებამდე და უბრალოდ აღვადგინო კოდი წითელ ღილაკზე დაჭერით, როდესაც მზად ვარ დასაწყებად.

თუ ტესტის კოდი მუშაობდა, მაშინ შეგიძლიათ გადმოწეროთ AlgaeLogger.ino ფაილი, რომელიც მე მომაწოდეთ და ატვირთოთ arduino– ში. როდესაც მზად იქნებით დაიწყოთ თქვენი მონაცემების შეგროვება, ჩართეთ arduino, ჩასვით SD ბარათი და დააწკაპუნეთ arduino– ს წითელ ღილაკზე პროგრამის გადატვირთვისთვის. კოდი მიიღებს გაზომვებს ერთი საათის ინტერვალით 1 კვირის განმავლობაში. (168 მონაცემთა კოლექცია)

ნაბიჯი 7: სენსორების დაყენება ფოტოობიორეაქტორში

ოჰ, როგორ დავივიწყო?

მონაცემების შეგროვებამდე უნდა დააინსტალიროთ სენსორები ფოტოობიორეაქტორში. მე მქონდა მხოლოდ ერთი ნაბიჯი სენსორების და კოდის გამოსაცდელად, სანამ ერთი თქვენი სენსორი გაუმართავია, მაშინვე შეგიძლიათ მიიღოთ განსხვავებული, სანამ ფოტოობიორეაქტორში ჩაერთვებით. ამ ნაბიჯის შემდეგ სენსორების ამოღება რთული იქნება, მაგრამ შესაძლებელია. ინსტრუქცია იმის შესახებ, თუ როგორ უნდა გავაკეთოთ ეს მოცემულია რჩევებისა და საბოლოო აზრების ეტაპზე.

ყოველ შემთხვევაში, მე ჩავრთავ სენსორებს ჩემი ბოთლის სახურავში, ვინაიდან ის ყველაზე შორს არის წყლიდან და არ მინდა რომ დაისველდეს. ასევე, მე შევამჩნიე წყლის ორთქლი შედედებული ბოთლის ქვედა და თხელი კედლების მახლობლად, ასე რომ ეს განთავსება ხელს შეუშლის წყლის ორთქლს სენსორების დაზიანებისგან.

დასაწყებად, გადაიტანეთ სითბოს შემცირების მილი სენსორზე, მაგრამ დარწმუნდით, რომ არ დაფაროთ ყველა ხვრელი. შემდეგი, შეამცირეთ მილები პატარა ალის გამოყენებით. ფერი არ აქვს მნიშვნელობა, მაგრამ მე გამოვიყენე წითელი ხილვადობისთვის.

შემდეგ გაბურღეთ 1 ხვრელი სახურავის ცენტრში და გამოიყენეთ ქვიშაქვა მის გარშემო პლასტმასის გასაშლელად. ეს ხელს შეუწყობს ეპოქსიდურ კავშირს კარგად.

დაბოლოს, დაამატეთ რამდენიმე ეპოქსია მილაკზე და მიამაგრეთ სენსორი სახურავზე. დაამატეთ კიდევ რამდენიმე ეპოქსია გარედან და თავსახურის შიგნით, სადაც ქუდი ხვდება სითბოს შემცირებას და მიეცით საშუალება გაშრეს. ახლა ის უნდა იყოს ჰერმეტული, მაგრამ ჩვენ გვჭირდება ზეწოლის ტესტირება, რომ ის იყოს უსაფრთხო.

ნაბიჯი 8: წნევის ტესტი სენსორებით

ვინაიდან ჩვენ უკვე გამოვცადეთ ფოტოობიორეაქტორი ველოსიპედის სარქველით, ჩვენ აქ მხოლოდ თავსახურის შეწუხება გვჭირდება. როგორც წინა დროს, ნელა დაამატეთ ზეწოლა და მოუსმინეთ გაჟონვას. თუ იპოვით ერთს, დაამატეთ ეპოქსია თავსახურის შიგნით და გარედან.

ასევე გამოიყენეთ საპნიანი წყალი, თუ გსურთ გაჟონვა, მაგრამ არ ჩადოთ სენსორის შიგნით.

უაღრესად მნიშვნელოვანია, რომ ფოტოობიორეაქტორიდან ჰაერი არ გადის. CO2 სენსორის კითხვაზე გავლენას ახდენს მუდმივი, რომელიც პირდაპირ კავშირშია წნევასთან. ზეწოლის ცოდნა საშუალებას მოგცემთ გადაწყვიტოთ ნახშირორჟანგის კონცენტრაცია მონაცემთა შეგროვებისა და ანალიზისთვის.

ნაბიჯი 9: წყალმცენარეების კულტურა და საკვები ნივთიერებები

წყალმცენარეების გასაზრდელად, შეავსეთ კონტეინერი წყლით LED– ის ზემოთ. ეს უნდა იყოს დაახლოებით 2 გალონი მისცეს ან მიიღოს რამდენიმე ჭიქა. შემდეგ დაამატეთ ხსნადი მცენარეული სასუქი ყუთზე მითითებების შესაბამისად. მე დავამატე ცოტა მეტი წყალმცენარეების ზრდის გასაზრდელად. დაბოლოს, დაამატეთ წყალმცენარეების დამწყები კულტურა. მე თავდაპირველად გამოვიყენე 2 სუფრის კოვზი მთელი 2 გალონისთვის, მაგრამ ექსპერიმენტის დროს გამოვიყენებ 2 ჭიქას, რომ წყალმცენარეები უფრო სწრაფად გაიზარდოს.

დააყენეთ LED- ები ყველაზე დაბალ პარამეტრზე და გაზარდეთ მოგვიანებით, თუ წყალი ძალიან ბნელდება. ჩართეთ ბუშტი და დატოვეთ რეაქტორი ერთი კვირის განმავლობაში, რომ წყალმცენარეები გაიზარდოს. თქვენ ბევრჯერ გჭირდებათ წყლის მორევა რამდენჯერმე, რათა თავიდან აიცილოთ წყალმცენარეები ფსკერზე.

ასევე, ფოტოსინთეზი შთანთქავს ძირითადად წითელ და ლურჯ შუქს, რის გამოც ფოთლები მწვანეა. წყალმცენარეებს რომ მიეცათ მათთვის საჭირო სინათლე ზედმეტად გათბობის გარეშე, მე ვიყენებ მეწამულ შუქს.

თანდართულ სურათებში, მე მხოლოდ ვზრდიდი ორ სუფრის კოვზ დამწყებს, რომელიც მქონდა დაახლოებით 40 ჭიქა ჩემი რეალური ექსპერიმენტისთვის. თქვენ შეგიძლიათ თქვათ, რომ წყალმცენარეები ძალიან გაიზარდა იმის გათვალისწინებით, რომ ადრე წყალი სრულიად გამჭვირვალე იყო.

ნაბიჯი 10: რჩევები და საბოლოო აზრები

ამ პროექტის შექმნისას ბევრი ვისწავლე და სიამოვნებით ვპასუხობ კითხვებს კომენტარებში, როგორც შემიძლია. იმავდროულად, აქ არის რამოდენიმე რჩევა, რაც მე მაქვს:

1. გამოიყენეთ ორმაგი ცალმხრივი ქაფის ლენტი, რათა უზრუნველყოთ ნივთები ადგილზე. მან ასევე შეამცირა ბუშტუკების ვიბრაცია.
2. გამოიყენეთ დენის ზოლი, რომ დაიცვათ ყველა ნაწილი და ასევე გქონდეთ ადგილი ნივთების შესაერთებლად.
3. გამოიყენეთ ველოსიპედის ტუმბო წნევის საზომით და ნუ დაამატებთ წნევას ბოთლის წყლით შევსების გარეშე. ეს არის ორი მიზეზის გამო. პირველი, წნევა უფრო სწრაფად გაიზრდება და მეორეც, წყლის წონა ხელს შეუშლის ბოთლის ფსკერის ინვერსიას.
4. დროდადრო ატრიალეთ წყალმცენარეები, რომ მიიღოთ თანაბარი ხსნარი.
5. სენსორების მოსაშორებლად: გამოიყენეთ მკვეთრი დანა, რომ მოაცილოთ მილები სენსორს და გაანადგუროთ რამდენადაც შეგიძლიათ. შემდეგ, ნაზად ამოიღეთ სენსორი.

მე დავამატებ სხვა რჩევებს, როდესაც ისინი გონებაში მოდიან.

დაბოლოს, მინდა დავასრულო რამდენიმე რამის თქმა. ამ პროექტის მიზანია ნახოთ შესაძლებელია თუ არა წყალმცენარეები უფრო სწრაფად გაიზარდოს ბიოსაწვავის წარმოებისთვის. მიუხედავად იმისა, რომ ის არის მოქმედი ფოტოობიორეაქტორი, მე ვერ ვიძლევი გარანტიას, რომ ზეწოლა სხვაობას მოახდენს მანამ, სანამ ჩემი ყველა გამოცდა არ დასრულდება. ამ დროს, აქ გავაკეთებ რედაქტირებას და შედეგებს ვაჩვენებ (ეძებეთ მარტის შუა რიცხვებში).

თუ ფიქრობთ, რომ ეს ინსტრუქცია პოტენციურად სასარგებლოა და დოკუმენტაცია კარგია, დამიტოვეთ მოწონება ან კომენტარი. მე ასევე მივიღე მონაწილეობა LED, Arduino და Epilog კონკურსებში, ასე რომ მიეცი ხმა, თუ ამას ვიმსახურებ.

მანამდე, ბედნიერი DIY'ing ყველას

რედაქტირება:

ჩემი ექსპერიმენტი წარმატებული იყო და მეც შევძელი სახელმწიფო მეცნიერების გამოფენაზე მისვლა! ნახშირორჟანგის სენსორების გრაფიკების შედარების შემდეგ, ასევე ჩავატარე ANOVA (ვარიაციის ანალიზი) ტესტი. ძირითადად რას აკეთებს ეს ტესტი არის ის, რომ ის განსაზღვრავს მოცემული შედეგების ბუნებრივად მოხდენის ალბათობას. რაც უფრო ახლოს არის ალბათობის მნიშვნელობა 0 -თან, მით უფრო ნაკლებია ალბათობა მოცემული შედეგის დანახვაზე, რაც იმას ნიშნავს, რომ დამოუკიდებელი ცვლადი რომ შეიცვალოს, რეალურად იმოქმედებს შედეგებზე. ჩემთვის, ალბათობის მნიშვნელობა (aka p- მნიშვნელობა) ძალიან დაბალი იყო, სადღაც 10 -მდე გაიზარდა -23…. ძირითადად 0. ეს იმას ნიშნავდა, რომ რეაქტორში ზეწოლის გაზრდა წყალმცენარეებს საშუალებას აძლევდა უკეთესად გაიზარდონ და შეიწოვონ მეტი CO2, როგორც მე ვიწინასწარმეტყველე.

ჩემს ტესტში მე მქონდა საკონტროლო ჯგუფი, რომელსაც არ ემატებოდა ზეწოლა, დაემატა 650 კუბური სმ ჰაერი, 1300 კუბური სმ ჰაერი და 1950 კუბური სმ ჰაერი. სენსორებმა შეწყვიტეს სათანადოდ მუშაობა ყველაზე მაღალი წნევის ბილიკზე, ასე რომ მე გამოვრიცხავ მას, როგორც განცალკევებულს. ასეც რომ იყოს, P მნიშვნელობა დიდად არ შეცვლილა და მაინც ადვილად მრგვალდება 0 -ზე. მომავალ ექსპერიმენტებში მე შევეცდები ვიპოვო სანდო გზა გაზომოთ CO2- ის შეწოვა ძვირადღირებული სენსორების გარეშე და შესაძლოა გავაუმჯობესო რეაქტორი ისე, რომ იგი უსაფრთხოდ გაუმკლავდეს უფრო მაღალს ზეწოლა.

მეორე ადგილი LED კონკურსში 2017