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。

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。

       

      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。

       

       

       

       

      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。