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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。

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。

チェックを有効にして送信してください。

日長周期、月長周期に対応

LongPeriodSchedule

ITBOXは、今まで、1日、24時間を単位に動作していました。LongPeriodScheduleを使うことで、24時間を超えて、温度プログラムを設定できるようになりました。例えば、20℃一定を30時間、その後、30℃一定を60時間とする周期で温度を制御できました。しかし、アイティプランターの動作は変更できませんでした。また、温度を徐々に変えていここともできませんでした。

そこで、 新機能のLongPeriodControlを開発しました。 LongPeriodScheduleの上位番となりますが、互換性はありません。LongPeriodScheduleでできることは、LongPeriodControlでもできます。

使い方

ここでは、LongPeriodControlの機能や使い方を説明します。

LongPeriodControlのアイコンをクリックすると、LongPeriodControlが起動して、以下のようなメニュー画面になります。

制御項目は、追加して増やすことができます。

開始日と終了日を設定します。これは、長期間栽培の中では、停電などのトラブルで、ITBOXが停止することがあるからです。もし、ITBOXが停止して、再起動すれば、最初からやり直しになって、数カ月分の実験が無駄になってしまうかもしれません。しかし、開始日と終了日を設定しておけば、終了日前に再起動できれば、LongPeriodControlは、続きを実行してくれます。終了日を過ぎれば、最後の設定値のままで動作が継続します。

補間機能

LongPeriodControlは、開始日と終了日の間は、補間を行います。この補間機能により、日長周期、月長周期を作り出せます。

日長周期は、1日24時間内の温度や日射量の変化のことです。これは、cultivationPrgやtempScheduleで設定できます。開始日と終了日の1日の温度や日射量の変化を設定します。丸印が設定点です。設定点が無い時間は、前後の設定点から直線補間を行います。これにより、朝日が登って、周囲が徐々に明るくなり、夕方、徐々に暗くなるといった日射量変化が実現できます。日射量の時間的な変化は、レタスの結球化や開花時期など、植物の状態に影響を与えます。

月長周期は、1ヶ月毎の日射量や温度の変化です。上のグラフの日射量を実現するには、毎月の開始日、終了日を入れてもいいですし、毎年の1月と6月の開始日、終了日を入れても実現できます。

開始日と終了日の間の時間は、開始日設定値と終了日設定値とで直線補間を行います。

開始日の日射量(点灯時間、照度)から始まり、終了日の日射量(点灯時間、照度)に変化していきます。これにより、徐々に短日化したり、徐々に長日化することができます。

設定方法

まず、栽培プログラムと温度プログラムを設定します。栽培プログラムは、アイティプランターの1日の照明制御や給水制御を行うものです。具体的には、点灯時刻、消灯時刻、光強度(PWM値)、ポンプ動作時刻、ポンプ動作時間(秒)が設定できます。温度プログラムは、1日の温度の変化を設定します。

次に、栽培プログラムと温度プログラムを開始日と終了日に対して割り当てます。これにより、1日を超えた動作の設定ができます。

より正確には、開始日の0:0:0から始まり、終了日の0:0:0に終わります。つまり、開始日 2018/09/03 とし、終了日 2018/0904とすると、2018/09/03の1日だけの動作が設定できます。開始日と終了日が同じ場合には何もしません。また、現在日が、終了日よりも進んでいる場合にも、何もしません。動作させるには、終了日は、必ず、現在日よりも進んでいなければなりません。

また、温度や照明時間の補間は、開始日と終了日の間で直線補間されます。開始日と終了日では、温度や照明時間は、設定値と同じですが、開始日と終了日の中間では、保管された値になります。LongPeriodControlによって、補間される値は、設定温度、PID値、点灯時間、消灯時間です。光強度(Duty)は、PWM値(0%から100%)で変わります。点灯時間と消灯時間の間の光強度は、itplanterControl.jsにより、設定値が補間された値に変わります。

cultivationPrgで、Dutyの設定を、

7:00     0
12:00  90
19:00   0

とした場合、補間がなければ、12時にPWM 90%で点灯し、19:00に消灯します。補間があった場合には、7:00から徐々に明るくなり、12時で最大のPWM 90%の明るさになり、その後、徐々に暗くなり、19:00で消灯します。補間があった場合には、従来とは動作が異なるのでご注意ください。

上のグラフは、15時点灯、15時30分にPWM90%、16時に消灯の実行結果です。直線的に、照度が変化していることがわかります。

従来と同じような動作にするには、

6:59     0
7:00     90
12:00  90
18:59   90
19:00   0

とします。これで、7時から19時まで、PWM 90%で点灯します。itplanterControl.jsの更新が10分毎なので、最大10分の誤差が生じます。

温度は、開始日の温度設定から、終了日の温度設定へと、徐々に変化していきます。また、開始日の栽培プログラムから終了日の栽培プログラムへと徐々に変化していきます。また、アイティプランターのLEDの明るさは、1日を通して、10分毎に、徐々に変化します。10分毎に変化するというのは、~/Node/itplanterControlで、10分毎に、アイティプランターの設定を書き換えているからです。

これにより、春夏秋冬の温度や日照時間、夏至、冬至を再現できます。温度プログラムと栽培プログラムが分離しているので、夏至の日長周期で、冬場の温度環境を再現するようなこともできます。

Raspberry Piの設定

アイティプランターの照度の補間変化は、 longPeriodControlが行っています。longPeriodControlは、Raspberry Piで実行しているJavaScriptです。

pi@ITBOX-SW:~/src/ITBOX $ cat /etc/systemd/system/longPeriodControl.service
[Unit]
Decription=The longPeriodCOntroller

[Service]
Type=simple
Environment=LANG=C
ExecStart=/home/pi/src/ITBOX/longPeriodControl.js
ExecStop=/bin/kill -WINCH ${MAINPID}
KillSignal=SIGINT
PrivateTmp=true
Restart = always

[Install]
WantedBy=multi-user.targe

アイティプランターの照度の補間変化を行わない場合には、以下のオプションを設定してください。

ExecStart=/home/pi/src/ITBOX/longPeriodControl.js -ni

システムの仕組み

coderのLongPeriodControlで設定した情報は、

/home/coder/coder-dist/coder-base/LongPeriodControl/saveLongPeriodControl.txt

に書き込まれます。このファイルが書き換わった時に、常駐デーモンの longPeriodControl.js がファイルを読み込み、以下の2種類のファイルを更新します。

(1)栽培プログラム設定用のファイル( /home/coder/coder-dist/coder-base/config/saveITPController.txt )を書き換えます。

このファイルが書き換わると、常駐デーモンのitplanterControl.js が、情報をアイティプランターに送信します。

(2)温度プログマム設定用のファイル( /home/coder/coder-dist/coder-base/config/saveTempController.txt )を書き換えます。

このファイルが書き換わると、常駐デーモンのtempController.jsが、温度制御を更新します。

上記、2種類のデーモンが動作しているかどうかは、CoderのserverCheckで見ることができます。

roorから始まる1行(プロセス)が表示されていない場合には、常駐デーモンが停止しています。Startボタンを押すと開始され、プロセスが表示されます。どうしても、動作しない場合には、ITBOXを再起動してみてください。

 

 

 

 

組立て方

組立に必要な工具類

工具類は、キットには含まれていませんので、ご用意ください。

  1. ドライバー
  2. 精密ドライバー
  3. 半田ゴテ、ハンダ
  4. 電動ドリル
  5. ホットメルト
  6. ニッパー
  7. 金槌
  8. ラジオペンチ
  9. ビニールテープ
  10. 両面テープ
  11. 糸鋸、または、ジグソー
  12. カッターナイフ
  13. テスター
  14. アクリルサンデー(アクリル用接着剤)
  15. 金切りバサミ
  16. 平ヤスリ
  17. 導熱グリス

アイテイプランターの加工

アイティプランターの天板部分後面にヒートパイプを入れる穴を開けて、ヒートパイプを取り付けます。アイティプランターの加工は、アイティプランターの組立前に行ってください。

先ず、アイティプランターのLED部分を取り出して、ネジを外します。

カバーを外して、LED基板を止めているネジを外します。

LED基板を取り外してください。

LEDケースの後部に、ヒートパイプ4本を通す穴を開けます。4mm径のドリルで、横一列に穴を空けていき、金切りバサミで穴の間の樹脂を切り取って連結して、ヤスリをかけて滑らかにします。

ヒートパイプが通るように、リブ部分も取り去ります。リブの根本近くに穴を開ければ、簡単に折ることができます。

ヒートパイプが通るようになれば、LED基板の裏側に銅板を貼ります。絶縁テープで固定してください。

次に、銅板の上に、導熱グリスを塗って、ヒートパイプと密着させます。

 

LED基板をケースにネジ止めして固定します。

カバーを取付けて、コネクターを接続します。

後は、アイティプランターの組み立て方と同じです。アイティプランター附属の取扱説明書をよく読んで組み立ててください。

カラーボックスの組立

カラーボックスの組立説明書に従います。ただし、カラーボックスに附属の裏板は取り付けません。代わりに、背面板をネジ止めで取り付けます。背面板とカラーボックスには、4mmのドリルでネジ穴を開けて、M5X30なべタッピングネジで取り付けます。

断熱材の貼り付け

カラーボックスの内側に断熱材を貼り付けます。付属の釘で貼り付けてください。

断熱材は、上下に貼りつけた後、左右の側面を貼りつけます。もし、隙間ができた場合にはテープ等で隙間をふさいでください。また、扉が閉まることを確認しながら、断熱材を貼ってください。

断熱材は、左右対称です。また、断熱材は、カッターナイフで簡単に切れます。寸法の微妙な調整は、カッターナイフで切って行ってください。

背面板の組立

背面板に断熱材を貼り付けて、ペルチェ冷却ユニットを取り付けます。また、CPUファンをペルチェに取り付けます。

ファンに付いている金具を取ります。ネジを外して、金具を取ります。ヒートパイプとペルチェが接触する部分には、ファンに附属の導熱グリスを塗ります。導熱グリスを塗るのは、断熱材を取り付けてからにしてください。

ファンを背面板に取り付けます。 

ファンはネジ止めします。ネジが入りやすいようにガイド穴をドリルで開けておくと良いでしょう。

仮止めが終わったら、一旦、ファンを取り外して、背面板に断熱材を貼りつけて、ファンの穴を空けて、ファンを取り付け直します。ファンから出ている三線は、真ん中が+12Vで、破線模様が付いている線がGNDになります。

ファンのコネクターは切断して、左右のファンの +12VとGNDを重ねて、接続コネクターで12V分電盤に接続します。裏

 

ペルチェの取付

ペルチェユニットに付いている冷却ファンは小さくって、凍結するので、取り外して、前述のファンと取替えます。ファンを取り外すと、白い導熱グリスがでてきます。指で触れないように注意してください。

ペルチェは、ヒートシンクに穴を開けて、ペルチェ取付ネジで、背面板にネジ止めします。

ペルチェからでているリード線は、赤色が12Vで、黒色がGNDになります。

次に、背面板に12Vスイッチング電源をネジで取り付けます。電源ケース横のネジを外して、スライドさせれば蓋が外れます。

2ヶ所の穴で背面板にネジ止めしてください。

スイッチング電源の配線は、L、NがAC100Vです。+Vが12V、-VがGNDになります。AC100Vを+V、-Vに接続すると電源が燃えて、壊れるのでご注意ください。なお、スイッチング電源に接続するリード線には、Y型圧着端子を付けてください。リード線が外れないように、ハンダを流し込んでおくと良いでしょう。

 

電子回路の配線

回路取り付けケースに、RaspberryPi3やドライバー回路等を取り付け、配線を行います。

回路基板の取付けには、貼付けボスを使います。

DC12V分電は背が高いので、ケースに穴を空けて、直接、ネジで取付けます。

ファンやペルチェなどの12V電源を供給するベースになります。また、12VからDCDCコンバータで5Vにして、RaspberryPiに給電します。

ペルチェドライバー

ペルチェには、ドライバーの出力端子から給電します。DIRが0の時は冷房、1の時は暖房になります。回路取り付けケースは、穴を開けて、背面板にネジ止めします。

配線

RaspberryPi3のGPIOのピン割当を示します。RaspberryPi3のUSB端子側が下になります。逆指ししないようにご注意ください。

RaspberryPi3のGPIOには、コネクターを挿します。方向にご注意ください。リボンケーブルの赤色が1番ピンです。リボンケーブルからの配線は、リード線を半田付けします。ショートしないように熱収縮パイプを入れて、半田したところを絶縁します。

I2C、1-Wire、ペルチェドライバー制御に使います。I2C、1-Wireは、複数のデバイスを接続できます。

GPIOからの配線図を示します。I2Cは、ターミナルを使って接続するようにしています。

12V電源は、多くの部品が必要とするので、分電盤で接続するようにします。ユニバーサル基板にドリルで穴を開けて、プッシュターミナルを差し込み、裏側からメッキ線ではんだ付けします。利用時には、+12VとGNDを間違えないように、ご注意ください。

12Vの分電盤からの配線を示します。RaspberryPi3の5V電源も、12VからDCDCコンバーターで5Vにして使っています。DCDCコンバーターから5V出力するには、テスターで出力電圧を見ながら、DCDCコンバーターの可変抵抗を回して出力電圧を調整します。

 

ファンやIRライトは連続稼働です。

I2Cターミナル

I2Cは、並列接続できるので、ターミナルにしておくと便利です。

ユニバーサル基板にプッシュターミナルを並べて結線します。DS18B20は、1-Wireなので3.3VとGNDだけ使います。

なお、センサー類の配線には、4芯シールド線を使います。センサー配線に入っている抵抗は、4.7kΩの1-Wireプルアップ用です。

BME280

BME280は、温度、湿度、気圧が測定できるセンサーです。RPIでの利用方法は、ここを参照してください。J3にハンダを流し込むことを忘れないでください。

IRカメラ組立

IRリングライトの中央の穴にIRカメラを取付けます。カメラとライトがしっかり接着されるようにホットメルトは多めに使ってください。IRライトの接続コネクターは、赤リード線がGNDで、白リード線が+12Vです。極性を間違えるとIRライトは点灯しないので、ご注意ください。

ボックス内組立

ボックスに、回路取り付けケースを入れて、その上にアイティプランターを載せます。背面板にヒートパイプを通して、ボックス背面にねじ止めします。

ヒートパイプ冷却部取付

ヒートパイプを取り付けたアイティプランターをボックス内に入れて、背面板から出ているヒートパイプに冷却部(ヒートパイプファン)を取り付けます。ヒートパイプファンは、2枚のアルミ板の間に4本のヒートパイプを挟み込み、ファンで強制冷却するものです。

ファンの電源は、赤線が+12V、黒線がGNDです。12V分電盤に接続してください。

4本のヒートパイプが背面板の穴を介して、ヒートパイプファンとアイティプランターのLED部分を連結します。

ヒートパイプとアルミの間に、導熱グリスを塗ると冷却効率が良くなります。

センサー類取付

温湿気圧センサー、照度センサー、IRカメラ、IRライトをアイティプランターに取り付けます。照度センサーは、アイティプランターのLEDライトを受けるようにセンサー側が上になるように取り付けます。温湿気圧センサー、IRカメラ、IRライトは、アイティプランターの支柱に取付けると良いでしょう。センサー類は、取り外ししやすいように、テープで止めておくのが良いでしょう。