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ITBOX-SH販売開始

今まで、温度調整ユニットと湿度調整ユニットは、独立していましたが、温度湿度調整ユニットとして、両者を一つにしました。ITBOX-SHは、ITBOX-Sに湿度制御機能が付いたものになります。2つのペルチェを独立制御して、それぞれで温度制御と湿度制御を行います。ペルチェによる湿度制御は除湿だけなので、加湿には超音波加湿器を使います。除湿時の温度低下をフィルムヒーターで補います。コントローラはRaspberry Pi 3Bまたは、Raspberry Pi4Bです。WiFi接続で、ブラウザから設定や監視が可能です。有線イーサーネットでも接続可能です。

PWM制御可能なデバイスは、(1)温度調整用ペルチェ、(2)除湿用ペルチェ、(3)加湿用超音波加湿器、(4)加熱用ヒーターの4種類です。

標準仕様では基板やファンがむき出しですが、背面にプロテクトガードを取付けることもできます。

湿度50%RHに設定しておけば、ハダニやカビなどの病害虫対策になります。(ハダニやカビは、温度20~30℃、湿度60~80%を好みますが、湿度が60%RH以下では、干からびて死滅します。)

湿度調整可能範囲は、温度26度の時、湿度35%RHから100%RHです。±5.0%RH以内での制御が可能です。

温度や湿度の設定も容易です。開始時間と設定温度、設定湿度を入力するだけです。補間機能で連続的に変化させることもできます。

なお、植物は、土壌湿度70%が最適と言われています。これは、根圏の水分量であり、空気中の湿度とは関係ありません。

標準構成のITBOX-SHの価格は、CPUがRaspberry Pi 3B+の場合、162,250円(税込、送料別)の予定です。ここで販売しています。

温湿度制御が可能なインキュベータとしては低価格に設定されています。

ITBOX-SHの外寸法は、W30cm, D30cm, H32cm(後部ペルチェ除く)、庫内寸法は、W24cm, D24cm, H25cmになります。

また、実験目的により、様々なオプションが適用可能です。監視用カメラや各種センサの追加、ソフトウエアの改修などにも対応いたします。

オプションで、フィルムヒーターをPTCヒーターに変更できます。PTCヒーターを使えば、庫内温度を60度まで上げることができます。卵の孵化(37.5度)や、生まれたての雛の育成、細菌の培養(35度±1度)、鶏肉からのキャンピロバクター分離(42度)など、40度近くの温度が必要な場合には、PTCヒーターをご利用下さい。なお、PTCヒーターを使う場合、最大消費電力が増えるので、ACアダプターは、180Wのものになります。

詳しくは、ここから、お問い合わせください。

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。

 

ITBOX-SH

アイティプランターに取り付けるITBOX-Sの新型を開発しました。ユーザー様のご要望は、「しいたけの通年栽培」とのことでした。

果たして、しいたけ栽培に光は必要なのでしょうか? 最適な温度や湿度は?

    【しいたけ】

    • 栽培期間:10月~5月
    • 収穫期間:10月~5月
    • 栽培適温:20~25℃

シイタケ栽培の手引

以下は、熊本県林業研究指導所発行の手引書からの引用です。

4.胞子

(1)形成温度
・ 多量に形成される温度は15°C~26°Cである。
・ ほとんど形成されない温度は0°C以下と34°C以上である。
(2)発芽条件
・ 培養基上:培養液中では、適温の場合、よく発芽するが蒸留水中では発芽しない。
・ 氷中:2時間ではほとんど影響しないが24時間では50~60%くらい発芽率が落ちる。 ・ 低温:-17.7°Cに2時間おくと、乾燥状態では発芽が10~15%に落ちるが、培養液中では発芽しない。
・ 日光:乾燥状態で、直射日光にさらされた場合、10分間で発芽障害が起こり、3時間で発芽不能になる。
・ 高温:乾燥状態で80°Cで10分間、70°Cで4時間で死滅するが、60°Cでは5時間でも全く影響はない。

  • ・  水中温度:50°Cで30分、40°Cでは4時間で発芽不能、30°Cでは4時間後にも著しい発芽障害は起こらない。
  • ・  適温:18°Cで24時間以内に発芽するが、22°C~26°Cが適温とみなされる。

5.菌糸

(1)発育適温
発育温度は 5°C~32°C、適温は 22°C~27°Cである。

(2)水分
原木の含水率(乾量基準)が 30%以下または 100%以上の場合は発育不能、最適含 水率は 53%~73%。

(3)湿度
ほだ木内の菌糸の発育は、空中湿度 70%前後が適当と考えられる。

(4)PH:水素イオンの濃度
3.8 以下、8 以上は発育不適、5 前後が適当である。

(5)生存期間
・ 乾燥すると死滅する。
・ 寒天培養基に発育した菌糸は-5°Cで7週間。
・ のこくず培養基に発育した菌糸は、-5°Cで7週間。
・ ほだ木内の菌糸は-20°Cで10時間後でも発育に影響はない。

6.子実体

(1)発生条件
温度:5°C~26°Cで発生。品種により異なる。 水分:菌糸の発育の場合より多く水分が必要で、含水率 (乾量基準)83%以上が適当。 光線:暗黒では発生しない。弱い光が必要である。

(2)成長条件
温度:適湿であれば、10°Cでは 7 日、17°Cでは 4~6 日で成熟する。 湿度:80~90%が適当。 光線:うす暗くても成長するが色や形が悪くなる。明るさが必要。

ということなので、温度設定は22度一定で、湿度は70%ほどを狙います。照度は、部屋の明るさ程度の2000Luxでいいでしょう。12時間照明にしてみます。

ITBOX-SHの設定

温度 22度一定
湿度 65%以上、75%以下
照度     2,000Lux (7:00から19:00までの12時間照明)

ITBOX-SHの新しいところ

今までのITBOX-Sでは、Raspberry Pi Model3を使っていました。ようやくRaspberry Pi Zero HWが入手できたので、より小型のRaspberry Pi Zero WHを採用しました。これにより、従来のITBOXでは、アイティプランターの下のケース内に配置されていた制御回路がITBOXの背面に取り付けることができるようになり、よりコンパクトになりました。

SIgnal Pin No
SDA 3
SCL 5
1-Wire 7
3.3V 1
Dir 19
PWM 20
Moist 11
  • 大容量電源採用

最大消費電力が増えたために、大容量電源を採用しました。12V30Aまで取れます。これ1つでITBOX-SM2台を稼働させることができます。

ITBOX-Sは、養液タンクに水をいれて、ポンプで循環させておけば、庫内湿度は55%ほどになりますが、外部温度や空気中の水分量によっても変化します。湿度が高いほうが良さそうなので、今回は、実験的に加湿器を付けてみます。湿度が55%RH以下になったらONして、湿度が75%RH以上になったらOFFにします。どの程度の効果があるかは、実験してみることにします。

超音波振動素子が、壊れるかもしれませんが、500円以下で替えるものなので、壊れたら取り替えることにします。価格は安いのですが、輸送に時間がかかり、なかなか届きません。多めに購入しておきましょう。

制作過程

20mm厚の断熱材にペルチェファンを通す穴を開けます。両面テープで、アルミシートを貼り付けます。

アルミシートは、LED光源の拡散作用もあります。

裏側から、ファンを入れる円型をくり抜きます。

ペルチェユニットは、4cm四方をくり抜いた2mm厚のアクリル板にペルチェをはめ込み、2mm厚の銅板でサンドイッチして、CPUクーラーで挟み込んだ構造になっています。それぞれの面には導熱グリスが塗ってあります。

ベニア板に11cm四方の穴を開けて、ペルチェファンを取り付けて、隙間をシリコンで埋めます。

Raspberry Pi Zero WHにヘッダーピンを介してユニバーサル基板を差し込みます。基板には、I2C、1-Wire、Peltier制御、5V電源のソケットがあります。I2Cソケットには、温湿センサーのBME280、照度センサーのTSL2561が付きます。1-Wireには、DS18B20が付き、ペルチェ温度を測定します。USBには、OTG変換ケーブルを介して、アイティプランターと接続します。OTGなので、USBメモリーを付けても使えます。

なお、Raspberry Pi Zero WHの GPIOは、SDカードが付いている側が1番、2番です。

基板の取付は、背面のベニア板を加工して使います。

スペーサーを介して、基板をネジ止めしていきます。主な基板は、Raspberry Pi Zero WHとペルチェドライバー(Cytron 13A 5-25V シングルDCモータコントローラ)です。

Cytron 13A 5-25V シングルDCモータコントローラは、最大で13Aの電流を出力できます。

今回の12Aペルチェを十分にコントロールできます。但し、この基盤についているネジのコネクターでは、12Aもの大電流が流れた場合に、接触抵抗で発熱することがあります。ネジ式コネクターは使わずに、配線ははんだ付けしてあります。

側面の断熱材

アイティプランターの背面には、ペルチェの付いた断熱材が付きます。他の三方と上下にも断熱材を取り付けます。どれも、断熱材にアルミシートを貼り付けて、ヒートシュリンクフィルムで覆います。正面部分には、小さな覗き穴を開けておきます。ヒートシュリンクフィルムが二重窓の役割を果たしてくれます。

Raspberry Pi Mdel3とRaspberry Pi Zero WHの違い

ソフトウエアは、ほぼ、互換性がありました。但し、nodeが互換性がなく入替えました。ここに詳しく書いてあります。Raspberry Pi Model3と比較すると、少し動作が遅い気がしますが、大きな支障はありません。

 

正面写真

 

背面写真

12Vに接続するコネクターです。12Aもの電流が流れても大丈夫なコネクターになっています。赤色線がDC12Vで、白色線がGNDです。

背面の写真です。温度センサーと照度センサーがつながっています・この温度センサーで内部温度を検出しています。アイティプランター内部に入れてください。テープで壁面に固定して構いません。センサーには表裏があります。小さな部品が付いている方が表になります。照度は、照度センサーの取り付け位置で変化します。照度を測定したい場所に取り付けてください。温度も、温度センサーの位置で変化します。温度を測定したい場所に取り付けてください。通常は、壁面中央に取り付けておけばいいでしょう。なお、センサーが水に浸かったりすることがないようにご注意ください。

アイティプランターの電源は常に接続しておいてください。また、USBケーブルは、アイティプランターをコントロールするのに必要です。常に接続しておいてください。

ポンプのケーブルは、ポンプ動作が不要な場合には外しておきます。植物栽培で水やりが必要な場合には、ポンプケーブルをアイティプランターのコネクターに接続してください。

Raspberry Pi Zero WHからは、micro B端子USBとminiHDMI端子がでています。USB端子にマウスとキーボード、min iHDMI端子にディスプレィを接続すると、デスクトップ画面になり、普通のLinux PCのように使うことができます。

2018年2月4日現在、まだ、超音波加湿器は届いていません。。。

2月6日に、超音波加湿器が届きました。結構な勢いで、蒸気が出ます。PWMでコントロールして、湿度制御ができないか試してみました。作成した回路は次のとおりです。電源が12Vを使っているので、DCDCコンバータで5Vを作っています。超音波加湿器の消費電流が800mAなので、1A出力可能な三端子レギュレターを使っています。

DRV777というICでもドライブできますが、3.3V->5V変換が必要なので面倒です。TBD620003Aなら、入力3.3Vで駆動できます。

取り敢えず、PWM 20%で試してみました。

見る見るうちに、湿度が高くなっていきます。上手く行けそうな気がしてきました。ところが、湿度85%RHを超えたところで、急に湿度が0%RHになりました。

どうやら、BME280センサーが壊れたみたいです。仕様では、100%RHまで測定できるはずなのですが、どうしたことでしょうか?

アイティプランターの内部は狭いので、加湿器が少し動くだけで、湿気だらけになってしまうようです。BME280の空気取込口に水蒸気が入り込んでショートした可能性があります。加湿には、超音波加湿器を使うのではなく、アイティプランターの養液タンクに水を張って、蒸発に任せるほうが良さそうです。

もっと、厳密に湿度制御できるまで、超音波加湿器による加湿制御は保留にします。

壊れたBME280を取り替えて修理しました。別にテスト装置を作成して、湿度制御ができるかどうか見てみました。詳細は、こちらにあります。結論から言うと、湿度制御は非常に難しいです。超音波加湿器を動かすと、急激に湿度が上がって、その後、なかなか湿度が低くなりません。アイティプランターの中に加湿器を入れるよりも、養液タンクに薄く水を張っておくほうがいいでしょう。

WiFi接続方法

WiFiルーターに接続する方法は、他のITBOXと同じですが、手順を書いておきます。

FirefoxやGoogle Chromeなどのモダンなブラウザを使います。IEは使わないほうがよいでしょう。

http://itbox-s.local にアクセスします。

最初の行にある、https://itbox-s.local:8091  をクリックします。

パスワードを入力して、Let’s Coderをクリックします。画面が切り替わるまで、少し時間がかかります。

通常は、Moniteringを使って、温度制御状況を確認します。

グラフが表示されるまで、少し時間がかかります。他のアプリの使用方法は、こちらを御覧ください。