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ITBOXシリーズ

Raspberry Piのバリェーションが増えてきました。ITBOXに使うRaspberry Piの違いにより、ITBOXもバリェーションを増やしたいと思います。

Raspberry Pi 3A+が最もコストパフォーマンスが高そうです。

ITBOXバリェーション(PDF)

    植物育成温度調整キットについてのお問い合わせにご利用ください。

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    新機能:GoProで撮影

    ITBOXは、今までRaspberry PiのカメラユニットやUSBカメラが利用可能でした。今では、GoProも使えます。GoPro HERO7 Blackを、アイティプランターのLEDライトの中心に取付けて、上部からの撮影ができるようになりました。

    3Dプリンターで、GoProを取付けるホルダーを作成しました。GoProは、最大で3840×2160(12MP)もの高解像度で写真やビデオが撮影できます。

    もちろん、GoProをITBOXのRaspberry Piからコントロールできます。また、スマホアプリからGoProを使うこともできます。

     

    New ITBOX-S

    ITBOXは、単なる植物インキュベータではありません。植物インキュベータにデータロガーの機能が付加されたものです。温度、湿度、気圧、照度の自動計測を始め、I2Cセンサーの追加も容易です。カメラの自動撮影にも対応しています。

    ITBOX-Sがリニューアルしました。ITBOX-Sは、室内栽培装置アイティプランターに温度制御機能とデータロガー機能を付加した、低価格で、高性能なインキュベータです。

    インターネットを介して、すべての操作やデータのモニタリングが可能です。

    改良点は、以下の通りです。

    1. ペルチェユニットの改良で冷却能力向上
    2. Raspberry Pi zero
    3. W採用で小型化24時間を超える温度調整設定が可能

    重要な温度調整ペルチェユニットに、大型で静かな冷却ファンを搭載しました。また、小さなRaspberry Pi Zero Wを採用して、制御回路を背面に取り付けられるようになりました。

    Raspberry Piへのアクセスもよくなり、USBの接続や取り外しが簡単です。

    庫内も広く使えます。センサーも測定したい場所に移動できます。

    1日24時間を超えて、温度変更時間が設定できます。最大設定時間は、4085年と、事実上、無制限になりました。

    この機能により、22度設定を30時間、35度設定を40時間継続して、繰り返すようなことができます。

    各種機能のカスタマイズやアプリのカスタマイズも承ります。

    性能向上のために、仕様や価格は、予告なく変動する場合があります。ご了承下さい。

    お求めは、ここから。

    http://itplants.theshop.jp

    事前に、栽培品目(植物? 藻? ミドリムシ?)、栽培方法(水耕栽培、試験管培養、シャーレ、フラスコ栽培、土耕栽培など)と必要な栽培温度、温度サイクル、照度などお知らせ下さい。対応できるようにカスタマイズをご提案させて頂きます。

    お問い合わせは、ここからお願いいたします。

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      湿度コントロール

      ITBOXで湿度コントロールができる制御ユニットを開発しました。今までITBOXでは、温度のコントロールを行っていました。湿度は、温度の変化に応じて、敏感に変化していました。湿度コントロールも併用することで、温度と湿度の両方をコントロールできるようになります。ここでは、湿度制御ユニットの詳細について記載いたします。

      湿度コントロールには、加湿と除湿機能が必要です。加湿は、超音波加湿器で容易にできます。除湿は、空気中の水分を除去する必要があります。除湿方法には、シリカゲルのような乾燥剤を使う方法もありますが、乾燥剤は、水分を吸い付くすと、それ以上の水分を吸着することができなくなります。空気の温度を下げて、空気中の水分を結露させれば、除湿ができます。しかし、温度まで下げてしまいます。そこで、ペルチェ素子で温度を下げて、水分を結露させて除湿し、ヒータで下がってしまった温度を高めるようにしました。湿度制御ユニットは、温度制御ユニットとよく似ていますが、加湿器とヒータが追加されているところが異なります。除湿用のペルチェは冷却側だけで動作します。ヒータは温度を高めるだけです。加湿器は、湿度を高めるだけです。

      除湿用ペルチェ素子も、加湿器も、ヒータもPWM方式のPID制御で動作します。ペルチェ素子とヒータ、加湿器のドライバーは、一方向だけでの動作で十分です。

      超音波加湿器は、PWM100%で動作させると、水蒸気が出てきて、空気中の湿度が急激に高まります。超音波加湿器をPWM0%にして停止させても、湿度は上昇し続けます。以後、除湿しない限り、なかなか湿度が下がってきません。

      超音波加湿器の加湿能力はかなり高いと思われます。また、超音波加湿器は、PWM制御でも動作して、発生する水蒸気の量を制御できます。一方、ペルチェの除湿能力は、どれだけ結露水を発生できるかで決まります。12V6Aのペルチェ素子では、約40%RH程度まで湿度をさげることができました。

       

       

      除湿の速度も、結構、早く、数分で50%RHていどは減らせます。

       

      湿度スケジュールを設定するGUIもあります。

      湿度制御ユニットでは、3つのPID制御を行っているので、9つのPIDパラメータを設定します。湿度の安定性を見ながら、9つのパラメータを決めていきます。

       

      孵化インキュベータ

      ITBOX-Sを使って、鶏の有精卵を孵化してみました。鶏の卵の孵化には、温度を37.5度まで高める必要があります。また、湿度も60%RH程度には高める必要があります。

      ペルチェでは、室温±10度ほどの範囲しか制御できなく、冬場の室温では、37.5度まで庫内温度を高められないことがあったので、PTCヒーターを付けて温度を高めました。

      孵化までには21日間かかります。入卵から18日間は、1日3回以上、転卵する必要があります。転卵回数が少ないと、死籠りになることが多いです。

      21日目には、卵にヒビが入ってきます。

      ひび割れが始まってから、3、4時間でヒヨコが生まれてきます。

      生まれてきたヒヨコは、小一時間ほどうずくまってから、動き出します。

      まだ、羽毛が乾いていないので、24時間は、このままITBOX-SHに入れておきます。

      2日目には、かわいい姿のひよこになります。

      1ヶ月もすると、立派な若鶏になります。

       

      設定方法

      温度制御の設定方法

      24時間を超える長い周期の繰り返しの場合

      longPeridoScheduleを使います。

      初期状態では、何も設定されていません。

      追加ボタンを押して、設定時刻と設定温度を入力します。

       

      saveLongPeriodSchedule.txtというファイル名で保存すれば設定が反映されます。

      使わない場合には、設定項目をすべて削除して保存するか、saveLongPeriodSchedule.txtファイルを削除してください。

      1日の時間指定で温度を制御する場合

      tempCschduleを使います。

      温度設定時刻と設定温度を入力します。項目を増やしたい場合には、追加ボタンを押してください。LABELのボタンを押すと、項目が削除されます。

      アイティプランターの設定方法

      cultivationPrgを使います。

      Light Schedule、Duty Schedule、Pump Scheduleをクリックすると、現在のアイティプランターの設定値が表示されます。もし、表示されない場合には、再読込ボタンを押します。

      アイティプランターのLEDの照度を変更する場合、Duty Scheduleをクリックします。開始時間とDUTYを入力します。DUTYは、100が最大で、100%フルパワーの照度になります。栽培面で約6000Luxほどです。0を設定すると消灯になります。時間によっては、撮影時のLEDを消灯したい場合には、ここで、消灯時間を設定してください。1分単位で設定できます。

      栽培プログラムの項目をクリックすると、ファイルの中身が表示されます。設定ボタンを押すと、アイティプランターに転送されます。

      アイティプランター内蔵時計の同期

      Clockを使います。

      時差を調べるボタンを押すと、アイティプランター内臓の時計と、ネットワーク時間との差が表示されます。

      時間を合わせるボタンを押すと、アイティプランターの内蔵時計がネットワーク時間に合わされます。

      カメラの設定方法

      CameraScheduleを使います。

      撮影開始時間をせってすれば、その時間に撮影がなされます。この設定は、毎日、繰り返されます。LED COntrolボタンを押せば、撮影時に、アイティプランターのLEDが点灯します。

      PIDの設定方法

      室温が常温でない場合や、温度変化が大きい場合には、温度制御に振動が発生したり、目標温度との差が大きい場合があります。そのような場合には、PISsettingで、PIDパラメータを調整します。

      温度に細かな振動が発生している場合には、Kpを小さくします。Kpの最大値は1000です。設定温度とに差がある場合には、Kiを大きくします。Kdは、Kiの1/4に設定してください。

      PIDのオートチューニング

      PIDパラメータの自動設定を行います。現状温度から1度下げてから、2度上昇する時のステップ応答から、CHR法によりPIDのパラメータを計算します。オートチューニング時には、PID制御はできません。5分程度の実行時間がかかります。

       

      ad-hocネットワーク

      大きな企業では、社内LANのセキュリティが厳しく設定されており、ITBOXを社内LANにつなぐことが許されない場合があります。こんな時には、ad-hocネットワークで使うことができます。

      複数のITBOXのRaspberry Piを同じ名前のad-hocネットで起動します。1台のPCから、全てのITBOXにアクセスできるようになります。社内LANには接続しておらず、完全なクローズドネットワークになります。

      社内LANにつながなくても使えるようになりますが、NTPやソフトウエアアップデートなどはできなくなります。

       

      植物バイオのための小型インキュベータ登場

      最近、ゲノム編集技術が発達して、植物のゲノムを修正して、多様な機能を付加した植物が作れるようになってきました。せっかくゲノム編集した植物は、継代栽培して種を増やしたいですね。しかし、ゲノム編集した植物は、屋外で栽培することはできません。必ず、室内栽培しなければなりません。

      従来から、人工気象室とかインキュベータと呼ばれる栽培装置が販売されてきました。人工気象室は、大掛かりな装置であり、広い設置場所が必要ですが、栽培できる株数は多くはありません。また、研究用途に設計されていて、価格も高額なので、大量栽培には向いていません。

      各社からLEDを使った家庭用水耕栽培装置が販売されていますが、温度調整機能を持ったものは稀で、価格も高額です。安価な家庭用水耕栽培装置に温度調整機能を付加すれば、バイオ研究室で植物栽培に使えます

      MITでもOpen AGプロジェクトが提唱され、Food Computersの作り方が公開されています。しかし、このFood Computerは、温めるためのヒーターはありますが、冷却のためのクーラーが付いていません。また、加湿器は付いていますが除湿機はついていません。高温多湿な日本には向いていない仕様となっています。また、部材費だけで20万円ほどします。

      株式会社アイティプランツでは、室内栽培装置アイティプランターに温度調整機能を付加するための温度調整キット(ITB-K60-F)を開発しました。低価格で、小型、積重ね可能で、省スペースな空調ボックスです。量産品の部材を利用して価格を抑えた組み立てキットです。自分で組み立てるので、修理やカスタマイズも容易にできます。株式会社アイティプランツが販売するアイティプランターは、USB接続で栽培プログラムを設定できる唯一のLEDプランターです。

      アイティプランター

      ITBOX-L本体のボックスには、市販のカラーボックスを利用しているため、外観はインテリアと同じです。外部から光が入ってくるのを防ぐために、のぞき窓もありません。ボックス内に配置されたカメラから中の様子を観察します。また、このボックスは、積み重ねができるので、床から天井までボックスを積み重ねることができます。天井までの高さが2mあれば、5台のボックスを積み重ねることができます。

      ITBOX-Lの特徴は、温度を制御して植物を栽培するだけでなく、WiFi でインターネットにつなげて、ブラウザから操作することができることです。コントローラーには、RaspberryPi3を採用し、ペルチェをPID制御します。温度、湿度、気圧センサーや照度センサー、ペルチェ素子の温度を測定するセンサー、赤外線カメラ(オプション)、IRライト(オプション)を搭載し、素早く設定した温度に到達します。温度設定も、分単位で目標温度を設定できます。指定の時刻に写真を自動撮影できます。毎日の温度、湿度などの変化は全て記録されます。

      また、付属のアプリは、全て、ソースコード付きです。必要に応じて改変が可能なので、研究機関には最適です。コントローラーの内容は、iTelepassと同等です。アイティプランターの制御もできます。LEDライトの設定、アイティプランター内のセンサー情報の収集カメラ撮影などです。

      紹介ムービーをごらんください。

      植物インキュベータの比較

      市販されている植物インキュベータとの比較表があります。

      組織培養

      本インキュベータの組織培養での利用方法について説明いたします。

      機器構成

      本インキュベータの機器構成について説明いたします。

      温度調整性能

      本インキュベータの温度調整機能について説明いたします。

      LED放熱対策

      温度調整の妨げとなるLED ライトの放熱対策について説明いたします。

      ペルチェ凍結防止対策

      最大パワーで連続的に冷却するとペルチェが凍結することがあります。ペルチェ凍結防止策について説明いたします。

      組立キット内容

      組立キットの内容について説明いたします。

      組立て方

      本キットの組み立て方について説明いたします。

      装置仕様

      本キットの主な仕様を説明いたします。

      アクセスポイントへの接続方法

      本キットの導入時のWiFiアクセスポイントへの接続方法について説明します。

      ブラウザからの利用方法

      ブラウザから、様々なアプリが利用できます。

      展示会情報

      本キットの実物展示情報です。

      購入方法

      本キットの購入について説明いたします。

      お問い合わせ

      お気軽にお問合せください。

      NEW

      新しく、試験管培養用の空調キット(ITB-S)を開発しました。アイティプランターに直接、温度調整機能を付け加えられるので、非常に低価格です。こちらをご覧ください。

       

       

       

       

      植物栽培インキュベータの比較

      代表的な植物インキュベータとの比較を示します。サイズが類似しているものを集めました。アイティプランツ社のITBOXは、水耕栽培装置が付いていますが、他社の製品にはありません。また、センサーやカメラの記録やインターネット接続機能があるものはITBOXだけです。価格も低価格なことがわかります。

      比較表 (クリックしてPDFを表示します)

       

      機器構成

      空調ボックスと室内栽培装置アイティプランターを使った機器構成を説明いたします。

      空調ボックス側面図

      市販の扉付きカラーボックスの内側に断熱材を貼り付けてアイティプランターを置きます。アイティプランターのLEDからは熱が発生するので、空調ボックス外に放熱するためにヒートパイプを使います。

      背面に取り付けたペルチェ素子で、空調ボックス内の温度をコントロールします。アイティプランターの底面には、RaspberryPi3やPWMコントローラーが入っています。コントローラーは後背面に取付けることもできます。

      次に、空調ボックスに付いているセンサーについて説明いたします。温湿気圧センサーにはBME280を使っています。照度センサはTSL2561です。DS18B20でペルチェ素子の温度を測定しています。IRカメラは、Raspberry Pi 用 赤外線カメラモジュール Pi NoIRを使っています。この赤外線カメラは、アイティプランターのLEDが点灯している時はカラー写真が撮影できます。アイティプランターのLEDが消灯して、IRライトだけが点灯している時には、白黒写真になります。反射光量センサーや水位センサーは、アイティプランター内蔵のものです。

      空調ボックスのセンサー類

      空調ボックスの前面から見た図です。アイティプランターがボックスの中心に設置されています。

      空調ボックスの前面図

      1台のアイティプランターが入るボックスの大きさは、40cmと60cmの2種類があります。40cmボックスはコンパクトですが、空いているスペースが少なく拡張性に劣ります。60cmボックスには十分なスペースがあるので、プラズマクラスターを配置することができます。また、必要に応じて湿度調整機能やCO2調整機能などを付加することができます。

      高さ178cm、幅79cmのカラーボックスを使えば、最大、6台のアイティプランターが1つのボックスに入ります。この場合、空調設定は、3段、4段と積み重ねることができます。積み重ねると、狭い研究室の設置面積を効率よく利用できます。

      ブロック図

      メイン制御回路である、RaspberryPi3に接続されている機器のブロック図を示します。インターフェースは、I2C、1-Wire、USBになります。IRライトは、IRカメラと一体にしてあります。

      RaspberryPi3ピン割当

      RaspberryPi3のGPIOのピン割当図を示します。RLはリレーに割当るもので、使われていません。SDA、SCLがI2Cです。w1が1-Wire、DIRとPWMがペルチェ制御用です。

      センサー情報

      BME280

      秋月電子スイッチサイエンスなどで購入できます。I2Cで通信します。アドレスは、0x76です。詳しい説明は、BME280搭載 温湿度・気圧センサモジュールの使い方にあります。

      基盤に直接、リード線を半田付けできるので、ヘッダーピンはつけなくても構いません。

      J3のジャンパも接続しなくても、0X76で認識されます。1番ピンを3.3V、2番ピンをGNDに、4番ピンwoSDA、6番pinをSCLにsetuzokusureba,I2C通信ができます。

      コマンドは、/home/pi/src/ITBOX/BME280.py です。実行すると、

      pi@raspberrypi2:~/src/ITBOX $ ./BME280.py
      hum 51.83 press 1017.5 tmp 21.80

      のように表示されます。tempController.jsでも、このコマンドを使って、温湿度、気圧を取得しています。

      DS18B20

      DS18B20は、1-Wireの温度センサーです。秋月電子で購入できます。DS18B20をペルチェの放熱板に接触させて、ペルチェ温度を測定しています。

      ピン配置は、真ん中がデータ線です。両側が電源線で、3番ピンが+です。1番ピント3番ピンを間違えて電源を入れると、燃えてしまうので注意が必要です。また、2番のデータピンには、4.7kΩの抵抗を介して3.3Vを与えます。そうしないとデータが読めません。

      /home/pi/src/ITBOX/DS18B20.pyで、データが読めます。

      pi@raspberrypi2:~/src/ITBOX $ ./DS18B20.py
      2017/01/26 11:06:13 28-0000086d63fb 20.375 deg  28-0000086d3bde 21.062 deg

       

      1-Wireは、並列接続すれば、複数のセンサーを同時に利用できます。但し、1-Wireデバイスは、通信速度が遅いので、データ取得までに、少し間が空きます。

      TSL2561

      TSL2561も、秋月電子スイッチサイエンスで購入できます。CdSセルのようなシンプルな光センサとは異なり、より正確に明るさを調べることができます。可視光だけでなく赤外線光についても計測でき、人間の目に近い応答をします。 I2Cでデータを取得できます。アドレスは0x39です。

      これも、GND、SCL、SDA、VCC(3.3V)に接続すれば動作します。

      /home/pi/src/ITBOX/TSL2561.py

      pi@raspberrypi2:~/src/ITBOX $ ./TSL2561.py
      Lux: 54277

      pi@raspberrypi2:~/src/ITBOX $ ./quick2wire-python-api/TSL2561.example.py
      0a
      34 0c
      fa 78
      Full:     78fa
      Infrared: 0c34
      Visible:  6cc6
      0a
      IR: 418
      Full: 4185
      Visible: 3766
      Visible, calculated: 3767
      Lux: 54248

      ペルチェ起動モジュール

      ペルチェ素子の起動には、MD13S DCブラシモータードライバー 30V 13A PWM信号入力制御を使っています。DIRピンが出力の極性切り替え、つまり、冷却と暖房の切り替え、PWMが出力パワーになります。連続出力電流が13Aあるので、最大6Aのペルチェ素子が2基、駆動できます。入力電源は12Vです。最大72Wになります。