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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。

 

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。

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。

 

 

 

 

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)

 

ITBOXをより冷やす

ITBOXをより冷やすためのテクニックをアップします。

ITBOXのLED光源からの熱が庫内の冷却の妨げとなります。特に、アイティプランターのLEDをPWM50%以上で使う場合、発熱量が多くなります。シロイヌナズナ、タバコ類、藻類やミドリムシなど、強光を必要としない品種では、アイティプランターのLEDの照度が低くなるよう、PWM 45%程度でご利用ください。

LEDの照度が必要な場合で、庫内温度を20℃近くに冷やしたい場合には、LED光源からの熱の流入を防ぐことが重要です。ITBOX-Sの場合、LEDの発熱は、ライト天板に蓄熱します。この熱を空冷してやることで、より冷やすことができます。具体的には、ファンやサーキュレータでITBOX-Sに風を当てることです。ペルチェのPWMが約10%ほど低下して、その分、より冷やせるようになります。

ファンでアイティプランターのLEDを冷やすこともできます。まず、アイティプランターの天板の中心から12cm四方をくり抜きます。その穴に、12cm薄型ファンを埋め込みます。ファンがLED基盤の発熱を放出するので、LEDの発熱の影響が少なくなります。12cmより小さなファンでは冷却効果が高まりません。

夏場(室温28℃)でも、照度5,000Luxで庫内温度20℃にしたい場合、天板に12cmの冷却ファンを取付けてみてください。

アイティプランターの天板にドリルで、多数の穴を開けて、12cmファンを置いておいても冷却効果があります。

 

 

ブラウザからの利用方法

本キットの WiFiアクセスポイント設定の後 、ブラウザからRaspberryPi3にアクセスするとメニューが表示されます。

coderタグをクリックするとアプリが使える画面になります。

このアプリは、前身のiTelepassに温度制御アプリを追加したものです。基本構成は、iTelepassのホームページをご覧ください。iTelepassのCPUはIntel Edisonなので、RaspberryPi3とは異なりますが、アプリは同じです。まずは、iTelepassの説明をよく読んでください。

ITBOX App 説明

コンソールアプリ

/home/pi/src/ITBOX   にソフトウエアが入っています。tempController.js

ペルチェによる温度制御を行うアプリです。start.shで実行できます。デフォルトでは、systemdで自動起動されます。停止したい時は、sudo systemctl stop tempControllerとしてください。停止するまでに少し時間がかかります。 このアプリは多機能です。内部で、以下のセンサー情報を取得しています。 https://raspberrypi2.local:8091/app/servercheck からコントロールできます。

setTemp.sh

tempControllerに、設定温度を知らせます。具体的には、home/coder/coder-dist/coder-base/config/saveTempController.txtに、targetTemp 20.0のようにファイルに書くと反映されます。 https://raspberrypi2.local:8091/app/tempcontroller から温度設定できます。

BME280.py

温度、湿度、気圧を測定するセンサーです。ボックス内の温度を測定しています。また、気圧から絶対湿度や露点を計算します。 BME280.pyが動作するには、sudo pigpiod を実行してください。 https://raspberrypi2.local:8091/app/bme280 からセンサー情報を見ることができます。

DS18B20.py

ペルチェ表面付近の温度を測定する1-Wire型の温度センサーです。1-Wireは応答に時間がかかります。 https://raspberrypi2.local:8091/app/ds18b20 からセンサー情報を見ることができます。

TSL2561.py

照度を測定します。TSL2561.pyの中で実行しているquick2wire-python-api/TSL2561.example.pyを実行すれば、さらに詳しい情報が出てきます。 https://raspberrypi2.local:8091/app/tsl2561 からセンサー情報を見ることができます。

peltierCtl.py

ペルチェ制御を行います。peltierCtl.py PWM-Power Dir です。PWM-Powerは、0から1000までの整数で、Dirは0なら冷却、1なら暖房になります。 tempControllerが内部で利用しています。設定したままで忘れたりすると高温になったり、凍結したりして危険なのでブラウザからは使えません。


Coder アプリ

基本的には、itelepassと同じです。itelepass02がIntel Edisonを使っていたのに対して、ITBOXではRaspberryPi3を使っています。 アイティプランター1台に対するコントロールだけを行います。

TempController

https://raspberrypi2.local:8091/app/tempcontroller
ITBOXの温度スケジュールの設定を行います。現在の温度から急激に冷やすとペルチェが凍結することがあります。ペルチェが凍結すると冷却ファンが回らなくなり、故障の原因になります。そこで、過冷却が25分続くと、1分間、温めて解凍を行なっています。 解凍処理の間は、温度が上昇します。室温によっては、設定温度到達までに時間がかかります。

tempSchedule

https://raspberrypi2.local:8091/app/tempschedule
ITBOXの温度設定を行います。センサー情報が表示されます。現在の温度から急激に冷やすとペルチェが凍結することがあります。 ペルチェが凍結すると冷却ファンが回らなくなり、故障の原因になります。そこで、過冷却が25分続くと、1分間、温めて解凍を行なっています。 解凍処理の間は、温度が上昇します。早く設定温度にするには、保冷パックをアイティプランターの養液にに入れて、予冷して設定温度に近づけてください。 30分毎に温度設定を行い、補間ボタンを押すと、数分毎に補間されます。

monitoring

https://raspberrypi2.local:8091/app/monitor
ITBOXのセンサー情報を時系列グラフで表示します。温度と湿度、PWM(ペルチェのパワー)とペルチェ温度、絶対湿度と露点、ペルチェ温度と露点がグラフ表示されます。データが多くなるために、1時間毎に、ファイルに書き出されます。

BOXstatus

https://raspberrypi2.local:8091/app/boxstatus
ITBOXの現在の状態を表示します。

serverChack

ITBOXで常時、起動して動作しているデーモンアプリを表示します。起動していない場合には、restartボタンを押してください。


ITBOXの扉を開くと、内部温度が急激に変化するのでご注意ください。
60cmBOXにはオプションでプラズマクラスターが搭載できます。 40cmBOXはスペースが無いのでプラズマクラスターは入りません。
ITBOXからアイティプランターを取り出すときには、後部のヒートパイプ冷却ファンの固定ネジを外して、ヒートパイプの固定をなくしてください。
アイティプランターの下部のアクリルケースに電子回路が入っています。RaspberryPIのUSBを使う場合などは、アクリルケースをひっくり返してください。配線が多いので、線を切らないようにご注意ください。


PID設定方法

tempControllerの動作中でも、PIDパラメータを変更できます。


https://raspberrypi2.local:8091/app/pidsetting

saveTempController.txtに、
setPID Kp 0.1 Ki 0.01 Kd K_d 0.01
のように、PIDのパラメータを書き込みます。tempScheduleを実行するとsetPIDは消えます。 PIDの最適値が決まったら、/home/pi/src/ITBOX/start.sh を書き換えて、
sudo /home/pi/src/ITBOX/tempController.js $1 -kp P値 -Ki I値 -Kd D値 とすれば反映されます。
sudo systemctl restart tempController
で温度コントローラが再起動します。

shell

sshでログインできる以外にも、shellアプリでコンソール画面が開けます。Open Terminalのタグをクリックすれば、新しいコンソール画面が開いていきます。root権限で開きますので、入力は慎重に行ってください。su piと打って、piで操作するのが安全です。

株式会社アイティプランツ  2016/12

お問合せ先
support@itplants.com
TEL 080-3835-0260 (担当 坂口)

プロテクトガード

ITBOXの背面は、ファンや電子回路がむき出しです。ちょっとした実験のアクセスは良いのですが、うっかり、ファンに指を入れたり、何かにぶっつけたりすると故障の原因となります。

そこで、プロテクトガードを試作して見ました。アルミパンチングメタル では、重量が重すぎるので、複合素材を使って見ました。

見た目は、すっきりとしました。

ファンと電子回路を覆っています。

横から見ると、ちょっと後ろに突き出しすぎですね。

今回は、メタルロックという金属用の接着剤で作ってみました。板を曲げることなく、L字アングルで接続しています。軽くて、丈夫なものができました。

ITBOXのオプションが増えました。