Продолжаю серию постов про свои клубничные приключения. В этом хочу рассказать, как дорабатывал систему выращивания клубники, с какими проблемами столкнулся, каких результатов достиг и почему решил остановить проект «Коробка 2.0».
Предыдущие части:
Прошлый пост закончился на том, что я подготовил окружение для выращивания и высадил рассаду. Впереди меня ждут новые доработки и улучшения. С них и начну рассказ.
Технические доработки и нововведения
Автодолив очищенной воды
Воду из обратного осмоса я собирал в отдельную бочку и включал её наполнение вручную. По мере расходования жидкости в баках для полива, раз в несколько дней мне приходилось самостоятельно дозаполнять их. Настало время этот процесс автоматизировать.
Насос от обратного осмоса подключил к реле, после обратноосмотической мембраны поставил по электроклапану на каждый бак.
В баках уже установлены датчики уровня. Когда раствор убывает, автоматически включается насос и открывается нужный клапан.
Автокоррекция питательного раствора
Так, очищенная вода теперь доливается сама, но растения съедают питательные вещества, т.е. падает EC, а так же может меняться pH раствора. Эти показатели уже измеряются для каждого бака, осталось только сделать автодолив концентратов, при отклонении от нормы.
Концентраты раствора A и B нельзя смешивать, в то же время их необходимо подавать в равных пропорциях, это значит, что устройства подачи должны быть достаточно точными и не иметь большого разброса друг относительно друга. Мой выбор пал на перистальтические насосы.
Я предварительно сделал замеры. Погрешность около 5%. Для начала сойдет. Насосы с наименьшим разбросом установил на концентрат раствора, остальные на pH Up и pH Down.
Чтобы концентраты лучше перемешивались, я их подаю в дренажные бачки, откуда они вместе с раствором возвращается в основные баки. Кажется, что перемешивается достаточно хорошо, но есть планы установить перемешиватели.
Подача CO2
Растения быстро выедают углекислоту в замкнутом помещении. Когда я прихожу в контейнер, датчик всегда показывает минимально возможное значение - 400ppm. Уверен, что на деле этот показатель ниже. А CO2 необходим для фотосинтеза. В теплицах часто организуют дополнительную подачу этого газа, чтобы растения лучше росли.
Я заказал электроклапан с манометрами, купил баллон с газом на 20 литров и подключил к системе. Датчик CO2 у меня уже был. Подачу газа сделал только когда у растений день, т.к. ночью в дополнительной подаче нет необходимости. Более того, ночью растения сами выделяют углекислый газ.
Установил максимальный порог - 1200ppm, который и поддерживал. Запуск вентиляции днем сделал редким, чтобы экономить газ. В итоге баллона хватило на полтора месяца. Для собственной безопасности, установил дублирующий датчик с дисплеем, чтобы не отравиться при утечке.
Борьба с датчиками температуры и позорное решение проблемы
Я давно борюсь с тем, что у меня зависают датчики температуры DS18B20. Случается это раз в 1-2 дня. Пробовал различные рекомендации: разместил шину подальше от силовой линии, использовал экранированный кабель с хорошим сечением, добавлял конденсаторы рядом с датчиками и диод Шоттки на конце линии, но безрезультатно.
В качестве ещё одного решения перевел 1-Wire на 5В, вместо 3.3В. GPIO на малинке умеет только в сигналы 3.3В. Чтобы обмениваться данными на уровне 5В, требуется преобразователь логических уровней. Я взял чип TXS0108E. Он на 8 каналов, но мне пока потребуется только один. Собрал на макетке. Дома протестировал — работает.
Установил в контейнере, но проблема осталась. Мне надоело тратить время на второстепенную, пока, задачу, поэтому я решил пойти на радикальные меры. Чтобы восстановить работу датчиков, у них нужно отключить питание на несколько секунд. Я автоматизировал их перезагрузку — повесил питание на свободное реле и сбрасывал, когда датчики зависали.
Мини-канализация
Сделал в контейнере небольшую канализацию. Ямобуром вырыл яму на 1.5 метра в глубину. Насверлил в трубе отверстий в нижней части, опустил в яму и обсыпал галькой. Чтобы вода зимой не замерзала, прокинул греющий кабель. Он экономичный и греет только если мороз. В канализацию я выведу сток от обратного осмоса, конденсат от осушителя и буду сливать понемногу рабочий раствор, чтобы обновлять его. Если сделать слив равномерным, рассчитываю, что до 500 литров в сутки можно будет сбрасывать.
Завел шмелей
Мне надоело тратить время на ручное опыление кисточкой. Чтобы пройтись по всем кустам, требуется около 30 минут раз в два дня. Лучший способ автоматизировать этот процесс — завести шмелей, они будут трудиться неустанно!
Шмелей продают в картонных ульях:
Для такого улья у меня слишком маленькое помещение. Вопрос с нехваткой пищи — не проблема, шмелям можно докупить пыльцу. Высокая концентрация особей будет доставлять дискомфорт при обслуживании контейнера. Но и эта проблема решается. В улье отдельные отверстия на вход и на выход. Если сделать автоматическое закрытие выхода за несколько часов до обслуживания, то большинство шмелей останутся в улье. Но это только в планах, а пока, если хочу долго находиться в контейнере, буду закрывать выход насекомым вручную.
Опасно ли находиться рядом со шмелями? Они не агрессивные и сами стараются не нападать, но ребята крайне любопытны и лезут везде. Поэтому, если на тебе окажется шмель и ты его случайно заденешь, то он ужалит. Меня за месяц жалили 3 раза. Но тут дело в высокой плотности насекомых. На больших площадях вероятность значительно меньше.
Вентилятор пришлось обернуть в сетку, т.к. эти шмели об него убиваются.
Ещё возникла проблема с навигацией для шмелей. Когда выключается свет, можно услышать как они осыпаются на пол.
Я начал на ночь оставлять дежурное освещение. Стало получше, но на следующем видео показано как шмель завис у лампы.
Видео
В итоге он нашел дорогу домой, но на это потребовалось больше усилий, чем следовало бы.
Позже я увидел как решают эту проблему взрослые — вешают рядом с ульем лампу со спектром, близким к УФ. Выбор спектра обусловлен особенностью зрения шмелей.
Дневник событий
Главная проблема моей аэропонной установки
С самого начала было понятно, что корни в установке увлажняются неравномерно. Основная причина — неудачное размещение форсунок сверху, с факелом, направленным вниз. Когда я осматривал работу полива, мне показалось, что капельная взвесь равномерно заполняет бокс, но на деле вышло иначе. Угол распыления недостаточно широк и верхней части корней недостает влаги. Это можно попытаться компенсировать длительным поливом, но тогда будет переувлажняться нижняя часть корней. Я попытался найти баланс со временем полива и решил продолжить выращивать посаженные кусты. Но сейчас я думаю, что надо было остановиться уже тогда, пожертвовать кустами и решить проблему основательно.
Слабый старт
С момента посадки прошло 7 недель. Появилась первая ягода. По моим ощущениям, с приличным запозданием. Цветоносы хилые, ягода мелкая.
Есть стойкое ощущение, что кусты плохо развиваются. Ещё и листья крутит. Скорее всего дело в переувлажнении. Решил осмотреть корни — подгнивают. Думаю, причина та же.
Видимо, баланс с поливом нащупал плохо. Решил увеличить интервал между поливами, а для устранения гнили корней добавил в раствор немного перекиси.
Кроме проблемы с развитием, полно неопыленки. Шмелей к этому времени я ещё не завел, а в контейнере появляюсь 1-2 раза в неделю. Тут пока остается только принять.
Дело пошло лучше
Последние исправления помогли и немного позже появилась ягода покрупнее. Гниль начала уходить.
Деплой перед сном
Не долго я радовался тому, что дела начали налаживаться. Вносил правки в код, запустил и ушел. Самое главное — полив. Его работу после запуска системы управления я проверял на слух. Шумят форсунки — значит работает. Но заработали не все. Из-за ошибки в коде половина перестала работать. Я спокойно уехал домой и лёг спать. Когда проснулся утром, увидел в Телеграме уведомления, что проблема с поливом и сразу поехал в контейнер. Меня там ждала следующая картина:
Баг исправил быстро, растения опрыскал с Эпином, в надежде, что восстановятся. В общей сложности, растения без полива и под освещением провели около 10 часов. Два десятка кустов в итоге погибли, остальные оклемались.
Ягода всё равно спеет
Собрал корзинку. Размер и вкус хорошие. Хотя сладости можно было бы и побольше. Я в прошлом посте упоминал, что у меня две линии полива с разной концентрацией раствора. На одной линии EC 1.1, на второй - 0.8. При концентрации 0.8 ягода немного слаще и крупнее.
Отпуск
Собрался в отпуск. Страшно. 17 дней не будет физического доступа к контейнеру. Фаза плодоношения ещё не завершилась, но уже близится к концу. Чтобы ягода не переспевала и не гнила в мое отсутствие, я обрезал все цветоносы и благополучно уехал. В отпуске я следил за параметрами, но ни разу не вмешивался в процесс. Всё прошло хорошо. Когда вернулся, меня ждали живые кусты. Это очень радует. Все идет к тому, что я доведу систему до уровня, когда для её обслуживания можно будет оставлять человека без особой квалификации.
Проблема с концентратом
У меня работает автоподмешивание концентратов раствора, чтобы держать EC на одном уровне. Я уже давно заметил, что в концентрате B (Магний сернокислый, Калий фосфорнокислый, Рексолин APN) со временем начинают появляться сгустки. Главной предполагаемой причиной было взаимодействие с воздухом. В чем я убедился, когда уезжал в отпуск, залив достаточное количество концентрата. Сверху в бутылки воздух поступает свободно и на концентрате образовался налет. Отдельно проводил эксперимент, если стравить воздух из бутылки, то проблема не проявляется. Видимо, придется держать концентраты в емкостях без доступа воздуха.
Сломалась одна линия полива
В Telegram прилетело уведомление из контейнера "Pressure difference for line 2 middle status: too_low, value: 0.005". Оно означает, что на второй линии на средней полке отсутствует разница в давлении до включения форсунок и во время. Т.к. на остальных линиях с разницей давления всё хорошо, значит с самой системой полива всё в порядке. Остается только грешить на клапан. Дополнительно прилетел график, на котором видно, что проблема только на одной линии.
Делать нечего, надо ехать в контейнер. Там я убедился, что проблема в клапане и быстро его заменил. Растения не пострадали. Хорошо, что сделал мониторинг и заранее купил про запас самых важных элементов. Сначала я думал, что клапаны не качественные, но после разборки обнаружил плотное солевое кольцо внутри, которое мешало ходу клапана. После очистки клапан снова заработал. Любопытно, что я больше всего боялся за отложение солей на форсунках, но такой проблемы пока не возникало. Интересно, почему оно образовалось в клапане?
Щёлочь потекла
Пришло уведомление о протечке в контейнере. Ну, думаю, опять конденсат нападал, но надо съездить проверить. Оказалось другое. Спустя месяц работы начал капать pH UP. Прохудилась силиконовая трубка в месте крепления. Я так и не понял, она порвалась от натяжения или дело в щёлочи. Трубка изнутри стала скользкой, на переходнике больше не держится, хотя изначально натягивалась с трудом. Ещё из любопытного, что разъело алюминий на пенофоле. Прихожу, а в контейнере шипит.
Сначала я думал, чем можно заменить силиконовую трубку, но нашел самое простое решение проблемы — избавился от pH UP совсем. Корректировка pH вверх нужна, когда раствор начинает кислить, а в нормальных условия раствор кислить не должен. Это явный признак проблемы. Одна из причин — грибок в растворе. Я ставил автоподнятие pH, когда у меня гнили корни. После устранения проблемы pH перестал падать, а значит и автокорректировка вверх больше не нужна. В таких случаях надо не раствор корректировать, а проблему устранять.
Большой потоп
Видео
Вода в контейнер подается из скважины. Скважина не моя, но я был её единственным пользователем и использовал по своему усмотрению. Однажды, хозяин участка решил завести воду в свой хозблок, сделал там накопительный бак. И мы договорились, что я подключусь к нему. Есть ещё на этом участке работник. Мы обсудили с ним, как всё должно работать. Я ему сообщил, что мне надо на своей стороне выполнить подготовку к переключению. Раньше я из контейнера автоматически включал насос и выключал его, когда бак заполнялся.
Через несколько дней мне позвонили и сказали, что у меня в контейнере из-под двери хлещет вода. Ну, нифига себе, думаю! Оказалось, что рабочий, с которым мы обсуждали детали, просто взял и врезал меня в их новый водопровод. Без моего присутствия, не предупредив, не уточнив, готово ли всё на моей стороне. Как итог, я вычерпал около 200л воды и пол дня приводил всё в порядок. Этих проблем можно было избежать, установив на баке защиту в виде поплавкового отсекателя.
Вторая волна
Началась вторая волна плодоношения. Урожайность значительно выше, чем в первую. Ягода стала ещё крупнее, средний вес - 18-20 гр.
Каждые 2-3 дня я приезжал в контейнер и увозил по несколько лотков клубники. В один день даже собрал больше 5.5 кг за раз. Ягоду уже некуда было девать. Дома все объелись, варенья наварил, родственников накормил, даже объявились желающие покупать. В общей сложности за вторую волну я собрал более 32 кг ягоды с 233 кустов. Думаю, собрал бы ещё килограмм 10, но работы в контейнере были остановлены. Об этом я расскажу в конце поста. Да, кустов осталось 233 из изначально посаженных 336.
Подвижные стеллажи
Идея подвижных стеллажей оказалась непригодной для клубники. Посмотрите на фото:
Если стеллажи держать близко друг к другу, то цветоносы спутываются и последующее раздвижение довольно хлопотно. А в самом начале я очень гордился, что придумал такую классную идею. Даже ввязался в историю, чтобы получить патент на систему подвижных стеллажей для выращивания растений, обращался к юристу по интеллектуальной собственности для исследования баз патентов и оценки самой идеи. Реальность оказалась немного сложнее моих ожиданий. Юрист сказал, что на патент не тянет, но можно попробовать зарегистрироваться в качестве полезной модели. Погрузившись глубже в детали патентования я решил, что большого смысла в этом нет. Во-первых, начал сомневаться в уникальности и особенности идеи, во-вторых, регистрация составных технических решений показалась мне сомнительной, в-третьих, нет гарантии, что такое ресурсоемкое дело, выгорит.
Исследования и эксперименты
Анализ раствора
В аэропонной системе в контейнере крутится 180 литров раствора. За сутки на начальном этапе развития уходило в среднем по 9 литров и раствор периодически нужно доливать. Элементы в растворе расходуются не пропорционально, поэтому соотношение солей, используемое при первоначальном замешивании, не самое оптимальное. На этапе вегетации я отнес раствор в лабораторию, чтобы посмотреть, как перекосилось соотношение элементов относительно изначального.
Раствор крутился в системе 25 дней. Я доливал в него чистую воду и первоначальный концентрат, чтобы EC был на уровне 0.82. Отмечу, что на анализ я относил только отработавший раствор. В идеале я должен был отнести ещё и первоначальный раствор, чтобы знать реальное начальное соотношение, но я его взял из калькулятора, по которому готовил.
Подробности можно почитать в отдельном посте. Тут лишь отмечу, что азот и марганец значительно уплыли вниз и образовался очень странный избыток цинка и меди, вероятно, из-за соединительных элементов в системе полива.
Попытка компенсировать проблему с корнями
Я уже писал, что корни увлажняются неравномерно из-за положения форсунок. Либо снизу заливает, либо сверху подсыхает. Я попытался это исправить, поместив часть растений в субстрат из кокоса и перлита.
Кокос очень хорошо смачивается, а перлит даст больше кислорода корням. Рассчитывал, что таким образом удастся избежать проблемы с подсыхающими верхушками. Попытка провалилась. Часть горшков стала слишком влажной, а некоторым не хватало влаги. На развитии растений это сказалось негативно.
Органика в аэропонике
В советской книге "Аэропоника в теплицах", И.Г. Мураш, 1964 г. упоминалось, что у них в аэропонике очень хорошо зашел настой коровяка. Я решил тоже попробовать, сначала коровяк, но позже перешел на вермикофе. Начал с небольших доз и смотрел за результатом. К сожалению, не было возможности сделать контрольную и экспериментальную группу с одинаковыми условиями, поэтому добавил органику на все растения. Купил концентрат, прогнал через фильтр. Жду, как будет вести себя в системе.
Органику добавил — хорошо. Но растения не питаются коровьим навозом. Требуются организмы, способные разложить её на доступные для растений элементы. Я в биологии не силен, у меня нет понимания, живут ли в моем растворе такие микроорганизмы. В книге "Гидропоника для всех" У.Тексье упоминал, что для органической гидропоники использовал триходерму. Попробовал добавить немного в раствор. Вероятно, она сможет работать на стенках каналов и в фильтрах. Особенно в дренажном фильтре. В нем я использую аквариумную губку, которая как раз и работает биофильтром.
Спустя время заметил, что форсунки стали работать хуже, разбираю, а там зеленый налёт.
Причем налет образуется и после фильтра в 5 микрон. Занялся поиском причин. Есть такое понятие — биопленка. Микроорганизмы образуют колонии на стенках трубок. Со временем наросты отваливаются и создают серьезную проблему для форсунок. В гидропонике это мало заметно и проявляется значительно позже, а в аэропонике, кажется, это большая проблема. Пока не знаю как с этим бороться. Можно будет попробовать установить более мелкий фильтр, не пропускающий микроорганизмы после себя. Думаю, 0.2-0.5 микрон должно хватить. Добавил задачу в бэклог для проверки гипотезы.
Конец Коробки 2.0
Я поспешил с масштабированием, собрал установку на 336 кустов. Технология ещё очень далека от совершенства, а большие объемы требуют ресурсов на поддержание существования. Я стал заложником собственных трудов и мне не хватает времени на развитие и эксперименты.
Потоп, о котором я писал выше, имел последствия. Влажность воздуха в контейнере была слишком высокой и даже осушитель с ней не справлялся. Вышел из строя модуль реле и ещё один был на грани, контакты окислились. В этот момент я и принял решение об остановке проекта. Зачем я буду сейчас прилагать усилия и пытаться спасти то, что есть? Я уже получил результат, не удовлетворяющий своим ожиданиям. Урожайность ниже, чем я хочу, растения развиваются плохо. Стараться только ради ягоды, которую ещё можно получить с этих кустов? Тогда будет трудно двигаться дальше. И я принял решение законсервировать контейнер. Но идеи получить идеальную клубнику не оставил, сосредоточусь на отработке технологии, а объемы подождут. Сначала я соберу дома маленькую установку, на которой отработаю грамотное увлажнение корней. А уже после переоборудую контейнер под лабораторию, в которой буду на небольших объемах проводить честные эксперименты с контрольной группой, чтобы улучшать результат. Так что скоро будет Коробка 2.1!
Итоги и планы
В общей сложности выжило 233 куста из 336. А из выживших далеко не все были в хорошем состоянии. Основная часть растений пострадала из-за способа полива. Именно на этом я планирую сосредоточиться в ближайшее время. Пока не будет здоровых корней, об остальных доработках можно не думать. У меня есть мнение, что загадка решения проблемы кроется в самом растении — очень капризна земляника садовая в плане орошения. Я пробовал выращивать томаты на аэропонике, и там корни получились шикарными.
Ещё у меня сейчас в стадии проработки интереснейший проект с аэропоникой для третьей стороны. Детали раскрывать не хочется до его утверждения. Но позже обязательно расскажу о нем в своем телеграм-канале. Кстати, подписывайтесь. Там я веду нечто вроде дневника своих аэропонных приключений.
И напоследок хочу вбросить желание. Если вы как-то связаны с сити-фермерством, производством растительной продукции, особенно в области гидропоники и аэропоники, приглашайте меня к себе на экскурсию. Быть может, будем друг другу полезны. Так же я открыт для идей и предложений. Если есть что-то интересное — пишите.
До новых встреч. Мне ещё будет о чем рассказать.
Telegram-канал проекта: https://t.me/cyberdacha
Telegram для связи: https://t.me/shurik2533
Автор: Александр Дмитриев
