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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
本インキュベータの機器構成について説明いたします。
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。
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。
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。
組立キットの内容について説明いたします。
本キットの組み立て方について説明いたします。
本キットの主な仕様を説明いたします。
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、様々なアプリが利用できます。
本キットの実物展示情報です。
本キットの購入について説明いたします。
お気軽にお問合せください。
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。
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)
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。
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。
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。
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。
秋月電子や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も、秋月電子や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。