Автоматический проращиватель семян

Автор Ангелиночка, Четверг, марта 23, 2023, 19:41:08

« предыдущая тема - следующая тема »
Вниз

Ангелиночка

Четверг, марта 23, 2023, 19:41:08 Последнее редактирование: Четверг, мая 18, 2023, 18:01:14 от Ангелиночка
Тема:Автоматический проращиватель семян.
Исполнитель: Паздникова Анастасия, Подсветова Ангелина, Кузнецов Илья.
Научный руководитель: Русинов Владислав Леонидович. СКБ "Промышленная робототехника и автоматизация".

Проращиватель микрозелени.
Проблема:
1.   Неэффективное проращивание микрозелени с помощью экстенсивных методов и средств.
2.   Несовершенство уже существующих средств для решения проблемы 1.
Анализ структуры и содержание проблемы:
1.   Влияние внешней окружающей среды на всходы, рост семян и высокий урожай.
2.   Излишняя стоимость уже существующих средств для решения данной проблемы.
3.   Несоответствие количества питательных веществ, поступаемого в процессе прорастания семян оптимальному.
Построение системы для решения проблемы:
1.   Создание устройства, которое исключит влияние внешней окружающей среды на всходы, рост семян и высокий урожай, будет входит в доступную ценовую категорию для массовых потребителей.
2.   Общая цель - изучение влияния различных факторов на прорастание семян.

В данном докладе будет рассказываться о проекте «Автоматизированный проращиватель семян» разрабатывающейся в СКБ "Промышленная робототехника и автоматизация"

Введение
Потребление пищевой продукции с низкими потребительскими свойствами является причиной снижения качества жизни и развития ряда заболеваний населения, в том числе за счет необоснованно высокой калорийности пищевой продукции, избыточного потребления насыщенных жиров, дефицита микронутриентов и пищевых волокон.
Микрозелень благотворно влияет на иммунную и пищеварительную систему, имеет низкую калорийность, не является тяжелой для переваривания пищей и снижает уровень холестерина. Регулярное употребление микрозелени избавляет организм от токсинов и способствует более активной регенерации клеток.
Улучшение условий проращивания семян влияет как на количество выращенного продукта, так и на его качество. Проращивать семян может быть использован как крупными аграрными компаниями, так и горожанами, которые хотят, регулярно обогащать свой рацион полезными веществами, которые содержатся в проростках микрозелени.
В данном курсовом проекте будет рассматриваться создание аппарата по автоматическому проращивателю семян или спраутеру.
Проблема:
Неэффективное проращивание микрозелени с помощью экстенсивных методов и средств.

Из анализа структуры проблемы можно сделать следующие выводы:
1.   Во-первых, главным фактором существования данной проблемы является сложность поддержки оптимальных условий для проращивания семян.
2.   Во-вторых, ряд недостатков, которым обладают уже существующие модели спраутеров.
Для решения выделенной проблем необходимо выполнить следующие задачи:
•   Анализ уже существующих моделей спраутеров. Выделение их недостатков.
•   Изучение влияния различных факторов на прорастание семян.
•   Общая цель - Создание (документации по разработке и эксплуатации автоматического проращивателя) и усовершенствование устройства, которое исключит влияние внешней окружающей среды








1.1.   Определение понятия «семя» и появления микрозелени.
Прорастание семени -- это формирование про¬ростка из зародыша. При достаточном увлажне¬нии запасные питательные вещества становятся растворимыми и питают зародыш.
Кожура набух¬шего семени лопается, и появляется первичный (зародышевый) корешок, с помощью которого развивающийся проросток укрепляется в почве и начинает поглощать воду с растворенными в ней минеральными солями.

Семя - одна из структурных единиц воспроизведения, размножения и расселения, которая содержит зачаток нового растения (зародыш) и специализированную запасающую ткань (эндосперм, перисперм), заключенные в защитные покровы - семенную кожуру. Семя, как генеративная диаспора, является надежной системой, поскольку в нем имеются специальные защитные оболочки, запас питательных веществ и оно при прорастании сразу дает проросток. В ботанической терминологии семя представляет собой зародышевую стадию семенных растений.
Семя представляет собой созревший семязачаток, содержащий зародыш, запас питательных веществ и покровные ткани, превратившиеся в защитную семенную кожуру или тесту. В этой связи одной из функций семени является хранение запасных питательных веществ, которыми обеспечивается формирующийся из семени проросток, пока он не станет способным к фотосинтезу.
У большинства растений запасные питательные вещества семени откладываются вне зародыша - в эндосперме или перисперме. Однако у многих двудольных ткани, из которых образуются эндосперм и перисперм, соответственно, центральная часть зародышевого мешка и нуцеллус, недолговечны и целиком или частично поглощаются развивающимся зародышем. В этом случае запас питательных веществ накапливается в тканях зародыша, главным образом в семядолях (фасоль, люпин, горох). Поскольку питательные вещества могут храниться как в зародыше, так и вне его, то соотношение объемов этих частей семени может быть различно.
Многообразие строения семян обусловливает также и многообразие типов их прорастания и морфологических особенностей проростков
Прорастание семени в сущности является возобновлением роста зародыша в определенных условиях окружающей среды: при наличии влаги, благоприятной температуры и аэрации. Поглощение воды приводит к сильному набуханию семени, сопровождающемуся активацией прежде всего дыхания и других метаболических процессов, переводом питательных веществ в доступную для использования в процессах роста зародыша форму.
Проросток -- растение, находящее в одной из начальных стадий онтогенеза, в период с момента прорастания семени (то есть с момента, когда развивающийся зародыш пробивает семенную кожуру) до момента развёртывания листа главного побега (побега, развивающегося из зародышевой почечки).
Проростки обычно достигают 2,5−7,6 см в высоту, их собирают через 7-14 дней после прорастания, в зависимости от вида, и продают вместе со стеблем и прикрепленными семядолями (семенными листьями). Несмотря на небольшие размеры, микрозелени могут обеспечить широкий спектр интенсивных вкусов, ярких цветов и нежных текстур. Таким образом, микрозелень можно подавать в качестве нового ингредиента в салатах, супах и бутербродах, улучшая их цвет, текстуру и/или вкус, а также использовать в качестве съедобного гарнира для придания яркости широкому спектру основных блюд.


1.2.   Условия необходимые для появления проростков
Для прорастания семени необ¬ходимы такие факторы, как влажность, тепло и свободный доступ кислорода. Кроме того, для прорастания некоторых семян, особенно мелких (салат, мятлик, многие сорняки), обычно требуется воздействие света.

Условия прорастания семени:
•   Вода (влажность) необходима для набухания и прорастания семян. Семена состоят из органических и неорганических веществ. Если семена намочить, крахмал и дру¬гие органические вещества переходят в растворимое состояние. Теперь зародыш семени может использовать их для питания и начать прорастать. Чем плотнее и тверже кожура семени, тем медленнее впитывается влага. Следовательно, вода необходима для набухания семени и разрыва кожуры, превращения питатель¬ных веществ в растворимое состояние.
•   Тепло также необходимо для прорастания семени. Наиболее низкая темпе-ратура, при которой могут прорастать семена гороха, ржи, пшеницы, ячменя, овса, льна, клевера, люцерны -- 0-5°С; семена кукурузы и подсолнечника -- 10-12°С, семена тыквы, дыни, огурцов, риса, хлопчатника, табака -- 10-25°С.
•   Доступность воздуха -- еще одно условие, необходимое для прора¬стания семени. Полностью погруженные в воду семена через 2-3 дня набухают, но не прорастают и в конце концов загнивают, поскольку им не был доступен воздух. У прорастающих семян дыхание усиливается и возрастает потребность в кислороде.
•   Потребность разных растений в свете неодинакова. Изучению их светочув-ствительности посвящено много работ. Особенно светочувствительны семена салата, сельдерея, березы и др. Так, глубоко запаханные в почву семена многих сорняков впадают в состояние покоя. Скорость прорастания и всхожесть семян родиолы розовой на свету в 1,5-2 раза выше, чем в темноте. Семена некоторых растений, их называ¬ют «темновсхожими», наоборот, на свету не прорастут. Значит, на стадии подземно¬го прорастания некоторым семенам (далеко не всем) свет не нужен. Но как только проросток достигает поверхности почвы, его развитие возможно только при наличии освещенности. Семена табака, лука, моркови, помидора, подсолнечника, кукурузы также быстро прорастают при наличии достаточного освещения.

1.3.   Технические требования к проросткам, участвующим в лабораторных испытаниях.
В соответствии с Международными правилами, при проведении лабораторных испытаний выделяют следующие категории ненормально развитых проростков, которые не могут иметь хозяйственной ценности, поскольку не способны развиться в нормально развитые растения в полевых условиях:
1.   Загнившие семена и проростки, в том числе все те, у которых корень и семядоли либо полностью, либо в своей большей части загнили, при условии, что вызывающие гниль патогены не перешли с соседнего проростка;
2.   Травмированные проростки, у которых отломаны семядоли или часть корня, даже если имеются придаточные корни;
3.    Анормально развитые проростки, в т.ч. те, которые прорвали семенную
оболочку, но прекратили рост, даже если семядоли приобрели зеленую окраску;
проростки со слабыми побегами или корнями; проростки, у которых значительная часть корня или побега повреждены возбудителями болезней.
В свою очередь, нормально развитые проростки должны иметь:
1.   Хорошо развитую корневую систему, включая первичный корешок, за исключением тех растений (например, виды злаковых), которые образуют не менее двух зародышевых корешков;
2.   Хорошо развитый гипокотиль без повреждения проводящих тканей;
3.   Неповрежденную почечку с хорошо развитым зеленым листом, находящимся внутри или вышедшим из колеоптиля, или же неповрежденный эпикотиль с нормальной верхушечной почкой;
4.   Одну семядолю для однодольных и две семядоли для двудольных растений
2.1.   Проращиватель семян. Понятие и виды.
Проращиватель семян -- это простой сосуд, с сетчатой вставкой, на которую кладут семена/зерна и заливают водой и накрывают. За несколько дней семена прорастут. Частично или полностью - будет зависеть от многих условий: качества самих семян, температуры и пр.
На сегодняшний день существует четыре вида проращивателя зелени:
•   Классические проращиватели - это пластиковые поддоны, в один из которых засыпаются семена, а во второй заливается вода. Это простое оборудование, которое требует минимальных навыков работы с ним. Главная задача - следить за состоянием воды и вовремя ее менять, иначе она испортится и негативно повлияет на ростки.
•   Автоматический проращиватель (спраутер). В них есть кулер для воды. Работа в таких устройствах обеспечивается циркуляцией воды из специального поддона при помощи леек. Работа устройства шумная, но позволяет добиться желаемой цели.
•   Микроферма - наиболее эффективное устройство, которое имеет достаточный перечень функций, позволяющих работать практически автономно. Благодаря специальному оборудованию есть возможность контролировать и поддерживать определенные параметры температуры и влажности воздуха. Микроферма имеет достаточно большие габариты, потому в ней можно за один раз вырастить большое количество ростков. Хорошо подходит для проращивания фасоли, пшеницы, можно прорастить и гречку. Это устройство также подходит для проращивания помидоров и другой рассады.
•   Аэросад - воздушный сад, благодаря которому удается выращивать любые растения, контролируя параметры влажности и температуры. В этом случае не обойтись без использования удобрений. Такое оборудование используется для выращивания салата, петрушки, лука, укропа.

2.2.   Преимущества и недостатки стандартных спраутеров.
Преимущества стандартных спраутера:
•   Сам процесс проращивания происходит автоматом, ваше участие минимально. В проращивателе присутствует автоматический ороситель или система смачивания семян. Не нужно самому смачивать и промывать зерна от слизи.
•   Ускоренное проращивание за счет самых оптимальных условий.
Автоматический контроль температуры и подогрев воды до нужной для проращивания семян.
•   При помощи проращивателя можно выращивать сразу несколько видов проростков одновременно.
Недостатки стандартных спраутеров:
•   Необходимо регулярно менять воду.
•   Некоторые модели бывают шумными в работе.
•   Большинство моделей регулирует, только один параметр. Это контроль системы полива.
На основе стандартной модели спраутера в СКБ "Промышленная робототехника и автоматизация" разрабатывается автоматизированный проращиватель семян.





2.3.   Техническое устройство спраутера.
Разрабатывающийся в СКБ проращиватель представляет собой прибор, функционирующий благодаря рециркуляции воды в системе.
Если просто то, насос качает воду, а сигнал для подачи воды подаёт ардуино. В качестве дополнения присутствует электронный термометр, который показывает температуру в спраутере, но на данном этапе разработки он ещё не подключён к системе. Наша задача подключить его вместе с теплоэлементом через ардуино к системе для автоматической регулировки температуры.
Автоматический проращиватель семян состоит из
   Ёмкость с водой
   Система подачи воды
   Контейнер, в котором прорастают семена
   Бак для слива воды
   Термометр
   Электроника, контролирующая насос













2.4.   Принцип работы автоматического проращивателя.
Выделим некоторые тонкости по использованию разработанного автоматического проращивателя.
Вода из бака №1 при помощи насоса с лейками поступает в проращиватель и орошает семена. Далее лишняя вода стекает из лотка с семенами и попадает в бак №2. Таким образом вода не будет зеленеть, поскольку не будет прогоняться бесконечное количество раз. (Однако система не полностью зациклена и есть необходимость доливать воду в первый бак и сливать со второй, а также периодически необходимо промывать первый бак и менять воду, чтобы она не зеленела. Над этими недостатками ещё предстоит поработать.)

Для правильнового функционирования системы необходимы: Dc dc преобразователь, для того чтобы понижать напряжение с 220 до приемлемых значений, ардуино и реле для управления насосом.
Led индикаторы для более удобного восприятия информации о режиме работы насоса.
Для удобства присутствуют: Верхний индикатор, который показывает периодичность работы в минутах и продолжительность работы в секундах и
нижний индикатор, показывающий таймер до следующего срабатывания насоса.








2.5.   Инструкция по эксплуатации спраутера.
Как проращивать проростки в спраутере?
1.   Помещаем семена на лоток с ситом внутри проращивателя и равномерно распределяем по всей поверхности лотка.
2.   Закрываем крышкой.
3.   Настраиваем параметры интервала полива семян.
4.   Запустить прибор.

3.   Заключение и выводы.
Подводя итоги можно сказать, что Автоматический проращиватель делает почти всё на полном автомате.
Спраутер позволяет создать наиболее комфортную среду для выращивания растений. Достигается это путем контролирования в нем такого параметра как влажность. На данном этапе были выделены основные недостатки существующих моделей автоматических проращивателей, предложены варианты их устранения и реализованы некоторых из них. В дальнейшем планируется усовершенствовать систему добавлением возможности контроля температуры окружающей среды и исследованием и нахождением наиболее оптимальных условий для выращивания определённых культур.



4.   Используемые источники:

1.   https://dfermer.ru/prorashhivatel/vidy-prorashhivatel/kak-vybrat-luchshij-prorashhivatel.html
2.   http://forum.kafedra-appie.ru/index.php?topic=437.0
3.   https://dfermer.ru/prorashhivatel/vidy-prorashhivatel/kak-vybrat-luchshij-prorashhivatel.html
4.   https://green-tehnika.ru/blog/obzory_tekhniki/kak_vibrat_prorashivatel

RVL

Картинки не видны!

ran

Картинки не видны!
Ссылки - на прикрепленные к электронным письмам файлы-картинки. Умно...

Вверх