Systém řízení automatických růstových komor

Cílem projektu bylo vytvoření řídícího systému systému pro automatické růstové komory výzkumného ústavu globální změny akademie věd CzechGlobe. Elektronická část projektu, kterou měla na starost naše společnost, zahrnuje řídící jednotku pro růstové komory a soubor čidel instalovaných uvnitř těchto komor. Středem systému je pak řídící kufr, který slouží jako mobilní stanice pro řízení všech připojených komor, sběr a ukládání dat a komunikaci s centrálním pracovištěm.

Růstové komory napomáhají odborníkům z výzkumného ústavu globální změny akademie věd CzechGlobe porozumět způsobům, jakým se rostliny přizpůsobují svému prostředí, které jsou klíčové pro udržitelnost ekosystému v neustále se měnících klimatických podmínkách. Principem těchto komor je umožnění automatického měření v kontrolovaných podmínkách, přičemž však samotné sledované rostliny rostou nepřerušeně v přirozeném venkovním prostředí. Tyty komory tedy nenarušují přirozený růst rostliny ve venkovním prostředí a pouze na krátkou dobu nutnou pro měření se kolem dané rostliny uzavřou a pomocí systému vzduchových pump a LED světel vytvoří kontrolované atmosferické prostředí nutné pro přesné a opakovatelné měření.

 

Řídící kufr

Řídící kufr zajišťuje řízení cyklu komor, shromažďuje data ze senzorů a umožňuje analýzu vzduchu v komorách pomocí integrovaného systému ventilů a pump.

K tomuto je vybaven integrovaným počítačem s šestijádrovým ARM procesorem a dotykovým Full HD displejem. Námi navržený software umožňuje konfigurovat cykly růstových komor – zavírání, měření a otvírání. Aplikace poskytuje přehled všech připojených komor a také individuální detailní pohled na každou z nich. Pro účely komunikace s komorami kufr disponuje vlastním Wi-Fi přístupovým bodem. Samotný kufr lze pak připojit k síti Wi-Fi a celý systém komor tak spravovat a monitorovat vzdáleně.

Druhou z hlavních funkcí řídícího kufru je analýza vzduchu v růstových komorách pomocí analyzátoru Licor LI-850, zabudovaného přímo v kufru a externího analyzačního systému Picarro. Komory jsou připojeny ke kufru hadičkami, pomocí kterých provzdušňovací pumpa cirkuluje vzduch mezi komorami a vnějším prostředím. Při měření se regulérní cirkulace zastaví a pomocí systému ventilů a druhé pumpy v kufru je vzduch z měřené komory naveden do analyzátorů.

Samozřejmostí je mechanická pevnost a nepropustnost díky využití robustního kufru jako skříně celého zařízení. Externí konektory jsou opatřeny záslepkami a patřičnými nepropustnými protikusy. Při zavřeném víku je pak řídící kufr plně schopen dlouhodobému provozu ve všech běžných venkovních podmínkách.

 

Řídící jednotky komory

Pro samotné komory jsme sestavili řídící jednotky ve formátu rozvaděče. Tyto jednotky zahrnují napájení pro funkce komory, sběr dat z jejich senzorů a komunikaci s řídícím kufrem.

K napájení výkonných LED světel uvnitř komory slouží dva spínané zdroje s kombinovaným výkonem přes 180 wattů. Elektromagnetické senzory zjišťují zastavování pohybu komory v koncových polohách. Lineární aktuátory zodpovědné za pohyb komory obsluhují individuální motorové budiče o maximálním výkonu 360 wattů.

 

Senzorový modul

Modul se senzory obsahuje infračervený fotosenzor, jenž se nachází na spodní straně pouzdra, které také integruje čočku a filtr pro IR senzor. Samotné pouzdro je vyrobeno pomocí 3D tisku a je posléze ošetřeno ochranným lakem, aby modul odolal venkovním podmínkám, zejména neustálému vystavení UV záření.

Na horní straně modulu se nachází PAR senzor vyvinutý společností 32dev pro sledování hustoty toku fotonů fotosynteticky aktivního záření. Celý modul je upevněn na samostatné kovové konstrukci, kterou lze nastavit a umístit uvnitř komory podle potřeby, zejména pro dobré namíření infračerveného senzoru.