Хочу рассказать про созданное мной устройство для выращивания капризных и экзотических растений. Растения, требующие определенного температурного режима, влажности, изменения длины светового дня, будут прекрасно себя чувствовать, расти и радовать глаз без необходимости постоянного наблюдения. Опыт использования в течение двух лет, картинки прилагаются.

Зачем это нужно

Так получилось, что у меня есть весьма своеобразное хобби – выращивать экзотические растения. Но следить за ними, поддерживать влажность, поливать, подсвечивать по расписанию не получается, ибо лень работа отнимает почти все время. Поэтому, используя навыки технаря, смекалку и книгу “Все о комнатных растениях”, я решил создать это устройство. Идея проста. Создаем изолированную среду, навешиваем датчиков, добавляем управляющие механизмы, пару ламп, микронасос. Пишем код как обычно аккуратно и надежно и вуаля! На основе информации с датчиков, текущего времени и расписания, механизмы создают оптимальные условия для бурного роста.

Закупка и сборка компонентов

Первым делом я заказал террариум (вот такой), и он идеально подошел. Нижняя часть не пропускает воду, верхняя — открывается и обеспечивает хороший доступ внутрь.

Также потребовалось приобрести галогеновые лампы, которых, по моим расчетам, должно было быть достаточно для активного роста. Как показала практика, мощности у них маловато, поэтому вскоре пришлось докупать еще.



Что касается датчиков, я брал следующие:
— датчик влажности, температуры и давления
— датчик освещенности
— датчик концентрации углекислого газа
— датчик температуры почвы (в виде термопары)
— 2 веб-камеры для съемки процесса роста растений с разных ракурсов.



Все заказы я оформил здесь. Затем подключил датчики и реле по usb через один большой usb хаб. Управляющий код писал на питоне. Спасибо этой статье за рассказ о них.

Помимо датчиков я также купил:
— 4 реле управления
— светодиодный дисплей
— еще одну специальную светодиодную лампу
— микронасос
— нагревательный кабель
— обычный компьютерный кулер
— usb-хаб для подключения датчиков.

В качестве “мозга” я выбрал raspberry pi, который в дальнейшем заменил старым нетбуком.

Датчики я поместил внутрь орхидариума, закрепив с помощью силикатного клея. Остальные же компоненты системы вынес наружу, на верхнюю крышку. Первоначально эта крышка была деревянной, но от повышенной влажности она начала отсыревать и выгибаться. Пришлось заменить ее на плотную бумагу.



Для создания оптимальной среды внутри орхидариума потребовалось решить следующие задачи:
— Создание оптимальной температуры.
— Создание оптимального уровня влажности.
— Регулирование светового дня (день-ночь).
— Автоматизированный полив.
— Периодическая вентиляция воздуха.
Расскажу подробнее о каждой.

Создание и поддержание оптимальной температуры

Поскольку чудо-устройство находится в квартире, проблема поддержания оптимальной температуры не стояла остро. Нагрев воздуха происходил благодаря террариумным люминесцентным
лампам, которые слабо светили, но сильно грели. Летом, когда температура в террариуме поднималась выше 30 градусов, основное освещение отключалось, оставалась работать только светодиодная лампа. Когда температура приходила в норму, освещение восстанавливалось.
Зимой же (в том числе ночами) температура никогда не опускалась ниже 24 градусов.
При выключении ламп по ночам температура снижалась, и происходили суточные колебания температур.

Создание оптимального уровня влажности

При планировании конструкции я опасался, что это будет сложной задачей. В голову приходили самые разные идеи: от обычной влажной (периодически смачиваемой) ткани внутри, до предварительной камеры с испарителями. В конце концов, все решилось гораздо проще. На дно террариума я положил термокабель, на него — слой керамзита (схема 1). Эта часть террариума постоянно находится в воде. При понижении влажности ниже порога термокабель включается, подогревает воду, увеличивая испарения и тем самым повышая влажность. Температура воды при этом повышается всего на несколько градусов. Также влажность создают и сами растения. В итоге, при повышении влажности термокабель отключается. Как мера борьбы с излишней влажностью, проведена вентиляция.

Регулирование светового дня (день-ночь)

Здесь тоже все относительно просто: по расписанию включаем/отключаем лампочки с помощью реле. Для имитации рассвета и заката включаем не все прожекторы разом, а по очереди.

Автоматизированный полив

Автоматизированный полив реализован с помощью микронасоса, который по расписанию раз в неделю перекачивает воду из резервуара в нижнюю часть орхидариума. Полив отдельных растений не происходит по следующим причинам:
— Из-за высокой влажности в нем просто нет необходимости.
— Урон растению от переувлажнения почвы больше, чем от небольшого недостатка влаги.

Периодическая вентиляция воздуха

Реализована с помощью реле управления, расписания и компьютерного кулера.

Общее устройство

Финальная конструкция состоит из:
Внешняя часть:
— Корпус террариума;
— Галогеновая лампа + уф лампа;
— Светодиодная лампа;
— Нетбук;
— Raspberry;
— USB хаб;
— Реле;
— Микронасос;
— Кулер.
Внутренняя часть:
— Слой керамзита, постоянно находящийся в воде;
— Слой керамзита не в воде;
— Слой мха;
— Горшки с тропическими растениями.
Мох был куплен и выложен поверх слоя керамзита. Он выполняет дезинфицирующую функцию и поддерживает влажность. В данный момент каждое растение находится в своем отдельном горшочке для удобства и дополнительного контроля от переувлажнения корней. В дальнейшем, я планирую высадить их прямо в мох.
Одно растение подвешено к задней стенке, имитирующей камень.

Динамика развития растений за 2 года

Растения растут очень активно. Если вне подобного устройства орхидеи более крупных видов растут, выпуская по одному листочку и парочке корней в месяц, то внутри террариума наблюдается безумие гораздо более активный рост: корни выпускаются пучками, а лист может вырасти за пару недель.

Первоначально в террариум был посажен 10 сантиметровый побег орхидеи-лианы Vanilla. За 2 года мне приходилось трижды обрезать и удалять из террариума её отросший стебель, потому что он заполонял весь орхидариум.
Мох, что я выложил по дну, прошел различные стадии развития.

От попадания во влажную теплую среду он позеленел и даже пытался немного расти. Но то ли условия были не те, то ли не стоило экспериментировать с удобрениями – в итоге он весь посерел, а затем и почернел. Наблюдать подобную картину мне не хотелось, поэтому на некоторое время я убрал весь мох, так что на дне террариума временно остались только керамзит и вода. Эстетика от этого, понятное дело, страдала, и я решил предпринять вторую попытку. Закупил мхи разных видов (в основном сфагнум) и выложил их более толстым слоем. Не помогло. Мох снова посерел и почернел. Расстроившись, я присыпал его остатками купленного мха, чтобы не так сильно бросалось в глаза. И, о чудо! На перегное начали расти небольшие зеленые побеги. Честно говоря, я до сих пор не знаю, что это за вид, но за пару месяцев он разросся и заполонил весь орхидариум. Смотрится неплохо. Единственное место, где он не растет, – прямиком под лампой, где, видимо, для него слишком ярко.

Также в орхидариум были занесены два семени ивы, которые успешно проросли. Одна растет прямо в слое мха, и его приходится регулярно обрезать, чтобы листья не закрывали остальные растения.

Фейлы, неудачи, курьезные моменты

В процессе использования этого модифицированного террариума, конечно, были и неудачи. Вот некоторые из них.
Пожалуй, крупнейшим провалом была гибель одной из самых разросшихся орхидей. Сказалось отсутствие опыта, информации по выращиванию растений в орхидариумах и Эффект Пигмалиона. Прочитав пару книжек про жизнь орхидей в естественных условиях, я выяснил, что орхидеи часто вступают в симбиоз с грибами. Поэтому, когда в одном из горшков начало разрастаться что-то серое и отдаленно напоминающее мицелий гриба, я радовался, как ребенок. Итог оказался печален – через месяц подобного активного роста “гриба” орхидея начала желтеть и сбрасывать листья по одному каждые 2 дня. Почитав умные книжки повнимательнее, я понял, что это гриб-паразит, появившийся от переувлажнения. Он съел орхидею изнутри, мне удалось спасти лишь 20% растения. Пришлось обрезать почти все корни и верхушку. Тем не менее, образовались новые точки роста, и сейчас орхидея продолжает расти.

Когда миниатюрная драгоценная орхидея впервые решила зацвести (в обычных условиях это случается редко) я подумал, что стебель вытягивается слишком сильно из-за отсутствия света, обрезал цветонос и поставил растение поближе к свету. Позже я понял свою ошибку, сейчас орхидея снова собирается цвести.

Однажды, ради эксперимента, я поменял светодиодную лампу на другую — со спектром, смещенным в красную часть. Все орхидеи остановились в росте и, как по команде, зацвели.

Кроме того, я не сумел использовать raspberry pi как «мозг» моего устройства. Постоянно возникали ошибки передачи данных от датчиков к raspberry. При замене его на старый нетбук с линуксом все заработало отлично.

Заключение

По-моему, получилось неплохое устройство для автоматизации процесса выращивания капризных растений. И, наблюдая за маленьким тропическим оазисом у себя дома, можно получать эстетическое удовольствие после долгого трудового дня.