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。キットについてのお問い合わせにご利用ください。(必須)題名メッセージ本文チェックを有効にして送信してください。wpmaster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。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。空調ボックスの前面図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。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。ブロック図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ピン割当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。センサー情報BME280秋月電子やスイッチサイエンスなどで購入できます。アドレスは、0x76です。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。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。DS18B20DS18B20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。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。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。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。deg1-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。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。TSL2561TSL2561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。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。wpmasterペルチェから出た空気の温度を測定して、ペルチェへの入力をコントロールします。ボックス内の温度は僅かに分布するので、温度センサーの取り付け位置で、目的の場所の温度をコントロールできます。ペルチェに入力する電源の極性を変えることで、ペルチェで冷却したり、ペルチェで暖房したりできます。最大電力でペルチェで暖房した場合には、ペルチェ素子が100度になるまで温度が上昇します。最大電力でペルチェで冷却した場合には、ペルチェ素子が凍結するほど冷えます。ペルチェ素子の温度が高すぎたり、凍結していたりすると故障の原因になります。そこで、ペルチェ素子に、DS18B20を貼り付けて、温度を測定しています。DS18B20は、1-Wire型のセンサーで、簡単に複数のDS18B20を使うことができます。1-Wireの応答は遅く、高速な計測には向いていません。温度設定値も細かく設定する方が、安定して滑らかにボックス内の温度をコントロールできます。下図は、18度から15度に冷やした場合の温度変化の一例です。急激に冷やしたりすると、PIDパラメータの値によっては、細かな振動が発生して、温度が安定しなくなります。PIDの値を調整して、分刻みで目標温度を設定すると、下図のようになり、温度が安定します。設定した目標温度とも一致します。ペルチェえの投入パワー変動も少なくなり、省エネになります。PIDのゲインを高めても、振動しなくなります。PWM信号入力制御を使っています。エレファインで購入できます。13Aまで出力できるので、6Aのペルチェを2基、駆動できます。RaspberryPiからのPWM信号を使っています。工具類は、キットには含まれていませんので、ご用意ください。金槌ラジオペンチビニールテープ両面テープ糸鋸、または、ジグソーカッターナイフテスターアクリルサンデー(アクリル用接着剤)金切りバサミ平ヤスリ導熱グリスアイテイプランターの加工アイティプランターの天板部分後面にヒートパイプを入れる穴を開けて、ヒートパイプを取り付けます。アイティプランターの加工は、アイティプランターの組立前に行ってください。アイティプランターのLED部分を取り出して、ネジを外します。カバーを外して、LED基板を止めているネジを外します。LED基板を取り外してください。LEDケースの後部に、ヒートパイプ4本を通す穴を開けます。4mm径のドリルで、横一列に穴を空けていき、金切りバサミで穴の間の樹脂を切り取って連結して、ヤスリをかけて滑らかにします。ヒートパイプが通るように、リブ部分も取り去ります。リブの根本近くに穴を開ければ、簡単に折ることができます。ヒートパイプが通るようになれば、LED基板の裏側に銅板を貼ります。絶縁テープで固定してください。次に、銅板の上に、導熱グリスを塗って、ヒートパイプと密着させます。LED基板をケースにネジ止めして固定します。カバーを取付けて、コネクターを接続します。後は、アイティプランターの組み立て方と同じです。アイティプランター附属の取扱説明書をよく読んで組み立ててください。カラーボックスの組立カラーボックスの組立説明書に従います。カラーボックスに附属の裏板は取り付けません。代わりに、背面板をネジ止めで取り付けます。背面板とカラーボックスには、4mmのドリルでネジ穴を開けて、M5X30なべタッピングネジで取り付けます。断熱材の貼り付けカラーボックスの内側に断熱材を貼り付けます。付属の釘で貼り付けてください。断熱材は、上下に貼りつけた後、左右の側面を貼りつけます。隙間ができた場合にはテープ等で隙間をふさいでください。扉が閉まることを確認しながら、断熱材を貼ってください。断熱材は、左右対称です。断熱材は、カッターナイフで簡単に切れます。寸法の微妙な調整は、カッターナイフで切って行ってください。背面板に断熱材を貼り付けて、ペルチェ冷却ユニットを取り付けます。CPUファンをペルチェに取り付けます。ファンに付いている金具を取ります。ネジを外して、金具を取ります。ヒートパイプとペルチェが接触する部分には、ファンに附属の導熱グリスを塗ります。導熱グリスを塗るのは、断熱材を取り付けてからにしてください。ファンを背面板に取り付けます。ファンはネジ止めします。ネジが入りやすいようにガイド穴をドリルで開けておくと良いでしょう。仮止めが終わったら、一旦、ファンを取り外して、背面板に断熱材を貼りつけて、ファンの穴を空けて、ファンを取り付け直します。ファンから出ている三線は、真ん中が+12Vで、破線模様が付いている線がGNDになります。+12VとGNDを重ねて、接続コネクターで12V分電盤に接続します。裏ペルチェの取付ペルチェユニットに付いている冷却ファンは小さくって、凍結するので、取り外して、前述のファンと取替えます。ファンを取り外すと、白い導熱グリスがでてきます。指で触れないように注意してください。ペルチェは、ヒートシンクに穴を開けて、ペルチェ取付ネジで、背面板にネジ止めします。ペルチェからでているリード線は、赤色が12Vで、黒色がGNDになります。次に、背面板に12Vスイッチング電源をネジで取り付けます。電源ケース横のネジを外して、スライドさせれば蓋が外れます。2ヶ所の穴で背面板にネジ止めしてください。スイッチング電源の配線は、L、NがAC100Vです。+Vが12V、-VがGNDになります。AC100Vを+V、-Vに接続すると電源が燃えて、壊れるのでご注意ください。スイッチング電源に接続するリード線には、Y型圧着端子を付けてください。リード線が外れないように、ハンダを流し込んでおくと良いでしょう。回路取り付けケースに、RaspberryPi3やドライバー回路等を取り付け、配線を行います。回路基板の取付けには、貼付けボスを使います。DC12V分電は背が高いので、ケースに穴を空けて、直接、ネジで取付けます。ファンやペルチェなどの12V電源を供給するベースになります。12VからDCDCコンバータで5Vにして、RaspberryPiに給電します。ペルチェドライバーペルチェには、ドライバーの出力端子から給電します。DIRが0の時は冷房、1の時は暖房になります。回路取り付けケースは、穴を開けて、背面板にネジ止めします。配線RaspberryPi3のGPIOのピン割当を示します。RaspberryPi3のUSB端子側が下になります。逆指ししないようにご注意ください。RaspberryPi3のGPIOには、コネクターを挿します。方向にご注意ください。リボンケーブルの赤色が1番ピンです。リボンケーブルからの配線は、リード線を半田付けします。ショートしないように熱収縮パイプを入れて、半田したところを絶縁します。I2C、1-Wire、ペルチェドライバー制御に使います。I2C、1-Wireは、複数のデバイスを接続できます。GPIOからの配線図を示します。I2Cは、ターミナルを使って接続するようにしています。12V電源は、多くの部品が必要とするので、分電盤で接続するようにします。ユニバーサル基板にドリルで穴を開けて、プッシュターミナルを差し込み、裏側からメッキ線ではんだ付けします。利用時には、+12VとGNDを間違えないように、ご注意ください。12Vの分電盤からの配線を示します。RaspberryPi3の5V電源も、12VからDCDCコンバーターで5Vにして使っています。DCDCコンバーターから5V出力するには、テスターで出力電圧を見ながら、DCDCコンバーターの可変抵抗を回して出力電圧を調整します。ファンやIRライトは連続稼働です。I2CターミナルI2Cは、並列接続できるので、ターミナルにしておくと便利です。ユニバーサル基板にプッシュターミナルを並べて結線します。DS18B20は、1-Wireなので3.3VとGNDだけ使います。センサー類の配線には、4芯シールド線を使います。センサー配線に入っている抵抗は、4.7kΩの1-Wireプルアップ用です。測定できるセンサーです。RPIでの利用方法は、ここを参照してください。J3にハンダを流し込むことを忘れないでください。IRカメラ組立IRリングライトの中央の穴にIRカメラを取付けます。カメラとライトがしっかり接着されるようにホットメルトは多めに使ってください。IRライトの接続コネクターは、赤リード線がGNDで、白リード線が+12Vです。極性を間違えるとIRライトは点灯しないので、ご注意ください。ボックス内組立ボックスに、回路取り付けケースを入れて、その上にアイティプランターを載せます。背面板にヒートパイプを通して、ボックス背面にねじ止めします。ヒートパイプ冷却部取付ヒートパイプを取り付けたアイティプランターをボックス内に入れて、背面板から出ているヒートパイプに冷却部(ヒートパイプファン)を取り付けます。ヒートパイプファンは、2枚のアルミ板の間に4本のヒートパイプを挟み込み、ファンで強制冷却するものです。ファンの電源は、赤線が+12V、黒線がGNDです。12V分電盤に接続してください。4本のヒートパイプが背面板の穴を介して、ヒートパイプファンとアイティプランターのLED部分を連結します。ヒートパイプとアルミの間に、導熱グリスを塗ると冷却効率が良くなります。温湿気圧センサー、照度センサー、IRカメラ、IRライトをアイティプランターに取り付けます。照度センサーは、アイティプランターのLEDライトを受けるようにセンサー側が上になるように取り付けます。温湿気圧センサー、IRカメラ、IRライトは、アイティプランターの支柱に取付けると良いでしょう。センサー類は、取り外ししやすいように、テープで止めておくのが良いでしょう。ITBOX-SHwpmaster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。手引書からの引用です。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。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。22°C~27°Cである。70%前後が適当と考えられる。