Όνομα Ομάδας : Aquaponics

Εκπαιδευτικοί : Λιάμπα Θεοδούλα, Μωϋσιάδης Βασίλης

Μαθητές Δημοτικού : Γιαννούλα Άννα-Μαρία, Δεμερτζίδης Παύλος, Ζάχος Σπύρος, Καράγαλης Κωνσταντίνος, Κρικέλη Χριστίνα-Παρασκευή, Ντούνας Γεώργιος, Ντρόγκουτας Γεώργιος, Παναγιωτίδης Κυριάκος, Παπαλάμπρος Άγγελος, Ποσναΐδης Ιωάννης, Τραπέζα Βάια, Τσουκαλά Μιχαέλα

Διοργανωτής : Πόλος Εκπαιδευτικής Καινοτομίας Τεχνολογίας Πληροφορίας και Επικοινωνιών Γρεβενών (Π.Ε.Κ.Τ.Π.Ε. Γρεβενών)

Github : https://github.com/pektpegre/aquaponics

 

Συνοπτική Περιγραφή 

Ο όρος πράσινη οικονομία αντιστοιχεί σε ένα μοντέλο παραγωγής και κατανάλωσης, το οποίο περιλαμβάνει την ανταλλαγή, επαναχρησιμοποίηση, επισκευή, ανακαίνιση και ανακύκλωση των υπαρχόντων υλικών και προϊόντων όσο το δυνατόν περισσότερο προκειμένου να παραταθεί ο κύκλος ζωής τους. Στην πράξη, η πράσινη οικονομία υποδηλώνει τη μείωση των αποβλήτων στο ελάχιστο δυνατό επίπεδο. Σκοπός της κατασκευής μας αποτελεί η υλοποίηση μιας πρότυπης μονάδας που έχει ως στόχο την μείωση των αποβλήτων που παράγει, αλλά και την μείωση των εξόδων για την παραγωγή προϊόντων. Παράλληλα η μονάδα έχει στόχο την παραγωγή πράσινης ενέργειας μέσω της ηλιακής και της αιολικής ενέργειας για να καλύψει τις ανάγκες της.

Η κατασκευή μας αποτελεί προσομοίωση μιας μονάδας πρότυπο που περιέχει μία μονάδα ιχθυοκαλλιέργειας, αλλά και μια μονάδα υδροπονικής καλλιέργειας για την παραγωγή λαχανικών. Οι δύο μονάδες έχουν αλληλοεξαρτώμενες εισροές με στόχο τη μείωση του κόστους και την καλύτερη αξιοποίηση των πόρων. Για παράδειγμα τα απόβλητα από τα ψάρια που δημιουργούνται στην μονάδα ιχθυοκαλλιέργειας χρησιμοποιούνται ως θρεπτικά συστατικά για την υδροπονική καλλιέργεια. Παράλληλα, η διαδικασία αυτή βοηθά στο καθαρισμό του νερού το οποίο επιστρέφει στην ιχθυοκαλλιέργεια καθαρό από τα επιβλαβή στοιχεία για τα ψάρια. Επιπλέον, τα υπολείμματα από την παραγωγή των λαχανικών, τα οποία δεν μπορούν να αξιοποιηθούν εμπορικά, χρησιμοποιούνται για τροφή για τα ψάρια της ιχθυοκαλλιέργειας. Τέλος, η υλοποίηση της πρότυπης μονάδας προσπαθεί να έχει μηδενικό αποτύπωμα στις εκπομπές διοξειδίου του άνθρακα στην ατμόσφαιρα κάνοντας χρήση ανανεώσιμων πηγών ενέργειας, όπως είναι η ηλικιακή και η αιολική ενέργεια.

Για την υλοποίηση της πρότασης χρησιμοποιήθηκε μία αντλία νερού η οποία αναλαμβάνει τη μεταφορά του νερού από την ιχθυοκαλλιέργεια στην υδροπονική εγκατάσταση. Με αυτόν τον τρόπο ποτίζονται τα φυτά και λαμβάνουν τα απαραίτητα θρεπτικά συστατικά ενώ στο τέλος το νερό επιστρέφει καθαρό πίσω στην ιχθυοκαλλιέργεια.

Επιπλέον, δημιουργήθηκαν δυο ηλιακοί συλλέκτες για τη συλλογή ηλιακής ενέργειας, αλλά και δυο ανεμογεννήτριες για τη συλλογή αιολικής ενέργειας. Στόχος τους είναι η παραγωγή πράσινης ενέργειας για τη λειτουργία της μονάδας.

Η κίνηση των κινητήρων για την αντλία νερού αλλά και για τους κινητήρες που απαιτούνται για τους δύο ηλιακούς συλλέκτες και τις δύο ανεμογεννήτριες δίνονται από δύο Micro:bit τα οποία είναι συνδεδεμένα σε δύο πλακέτες της Waveshare. Επιπλέον, οι κατάλληλες εντολές δίνονται μέσω ενός τρίτου Micro:bit το οποίο επικοινωνεί με τα υπόλοιπα μέσω bluetooth.

Τέλος κατασκευαστηκε και ένα αυτόνομο ηλεκτρικό όχημα για τη χρήση του σε διάφορες εργασίες εντός της μονάδας. Για το όχημα χρησιμοποιήθηκε ένα Micro:bit μαζί με το BBC:MOVE Mini Buggy Kit V2 της Kitronik.

Απαραίτητα υλικά κατασκευής

• 4x BBC Micro:bit V2 Board (Bulk) 19.90 (79.60)
• 2x Waveshare Driver Breakout for micro:bit 23.50 (47.00)
• 1x Mini Water Pump Submersible 3-5V DC – Vertical 2.40 (2.40)
• 3x Silicone Tube Transparent 6x8mm 1,20 (3,60)
• 2x Hobby Motor 5V DC with Gear 1.20 (2.40)
• 2x Servo Micro 1.5kg.cm Plastic Gears (Feetech FS90) 3.90 (7.80)
• 1x MicroSwitch Micro SPDT ON-(ON) – Long Lever 18mm 0.20 (0.20)
• 1x BBC:MOVE Mini Buggy Kit V2 34.90 (34.90)
• 1x BBC:MOVE Mini Bumper Add-On V2 2.40 (2.40)
• 1x Διάφορα αναλώσιμα ηλεκτρονικά (καλώδια, μπαταρίες, κ.α.) 40.00 (40.00)
• 1x Διάφορα αναλώσιμα για την κατασκευή (Φελιζόλ Fibran, μπογιές, κ.α.) 40.00 (40.00)

Συνολικό κόστος κατασκευής : 260,30 ευρώ

Στάδια Κατασκευής και προγραμματισμού

Πριν ξεκινήσει η κατασκευή της μακέτας δημιουργήθηκε ένα τρισδιάστατο μοντέλο στο TinkerCAD με σκοπό την καλύτερη επιλογή για την διάταξη της. Το τρισδιάστατο αρχείο υπάρχει στον φάκελο 3D-model.

Στην συνέχεια οι μαθητές κατασκεύασαν τη μακέτα πάνω στην οποία τοποθετήθηκαν όλα τα στοιχεία της πρότυπης μονάδας. Για την κατασκευή της χρησιμοποιήθηκε ως βάση φελιζόλ ενώ τα κομμάτια κολλήθηκαν μεταξύ τους με ξυλόκολλα.

   

Από την μία πλευρά της μακέτας δημιουργήθηκε η δεξαμενή για την μονάδα της ιχθυοκαλλιέργειας. Μετά την ολοκλήρωση της και κατά την δοκιμή της με νερό παρουσιάστηκε πρόβλημα διαρροής καθώς η ξυλόκολλα άρχισε να διαλύεται. Για την στεγανοποίηση της δεξαμενής χρησιμοποιήθηκε σιλικόνη.

  

Από την άλλη πλευρά της μακέτας κατασκευάστηκε η υδροπονική καλλιέργεια στην οποία φυτεύτηκαν φακές σε βαμβάκι.

  

Στην δεξαμενή της ιχθυοκαλλιέργειας τοποθετήθηκε μία αντλία νερού η οποία μεταφέρει το νερό προς την υδροπονική καλλιέργεια. Το νερό αυτό επιστρέφει με σωλήνα από την άλλη πλευρά της καλλιέργειας πίσω προς την δεξαμενή της ιχθυοκαλλέργειας.

Αντλία νερού στην δεξαμενή της ιχθυκαλλιέργειας	Έξοδος του νερού από την υδροπονική καλλιέργεια

Στη συνέχεια η μακέτα χρωματίστηκε και κατασκευάστηκαν διακοσμητικά δέντρα και λουλούδια καθώς και χορτάρι χρησιμοποιώντας χρωματιστό χαρτί αλλά και γκοφρέ χαρτί. Ο χρωματισμός της μακέτας έγινε με τέμπερα η οποία όμως διαλύεται σε σημεία που πέφτει νερό. Για αυτόν τον λόγο προτείνεται η χρήση ακρυλικής μπογιάς.

   

Για την κατασκευή των ανεμογεννητριών χρησιμοποιήθηκαν ξυλάκια και ειδική κόλλα για ξύλο. Πάνω στις ξύλινες κατασκευές προσαρμόστηκαν οι κινητήρες DC ενώ δημιουργήθηκαν και οι βάσεις για να σταθεροποιηθούν τα αντικείμενα. Επιπλέον, για την κίνηση των κινητήρων χρησιμοποιήθηκαν δύο Micro:bit μαζί με την πλακέτα της Waveshare.

Ομοίως, για την κατασκευή των ηλιακών συλλεκτών χρησιμοποιήθηκαν ξυλάκια και δημιουργήθηκε ειδική βάση στην οποία τοποθετήθηκε ένας κινητήρας Servo. Κάθε κινητήρας Servo συνδέθηκε μέσω της πλακέτας της Waveshare με ένα Micro:bit.

 

Τα δύο αυτά Micro:bit είναι τοποθετημένα έτσι ώστε το ένα να βλέπει ανατολικά (δεξιά) και το άλλο να βλέπει προς τα δυτικά (αριστερά). Η λογική του προγραμματισμού για την κίνηση των δύο ηλιακών συλλεκτών χρησιμοποιεί τον αισθητήρα φωτεινότητας από τα δύο Micro:bit, τα οποία μεταδίδουν την απαιτούμενη πληροφορία το ένα στο άλλο. Όταν ο φωτισμός – ήλιος είναι υψηλός στον έναν αισθητήρα και χαμηλός στον άλλο, οι ηλιακοί συλλέκτες στρέφονται προς την κατεύθυνση του συγκεκριμένου αισθητήρα.

Τα ίδια Micro:bit είναι υπεύθυνα ώστε να δώσουν κίνηση στις ανεμογεννήτριες. Συγκεκριμένα, σε κάθε ένα από αυτά τα Micro:bit ήταν συνδεδεμένος ένας κινητήρας DC για την κίνηση των ανεμογεννητριών και ένας κινητήρας Servo για την κίνηση των ηλιακών συλλεκτών. Επιπλέον, σε ένα από αυτά τα δύο Micro:bit είναι συνδεδεμένη και η αντλία νερού.

Ο κώδικας για το Micro:bit που βλέπει προς τα ανατολικά (δεξιά) είναι το αρχείο microbit-solar-wind-east.hex ενώ ο κώδικας του Micro:bit που βλέπει προς τα δυτικά (αριστερά) είναι το αρχείο microbit-solar-wind-west.hex.

Ένα τρίτο Micro:bit ήταν υπεύθυνο να στέλνει κάποιες εντολές προς τα άλλα δύο. Για παράδειγμα, όταν πατιέται το κουμπί Α από το Micro:bit στέλνεται εντολή προς ένα άλλο Micro:bit για να ενεργοποιήσει την αντλία νερού για 20 δευτερόλεπτα. Με αυτόν τον τρόπο μπορούμε να ποτίσουμε την υδροπονική μας καλλιέργεια με νερό που προέρχεται από την ιχθυοκαλλιέργεια και στην συνέχεια να επιστρέψει καθαρό προς αυτήν. Επιπλέον, πατώντας το κουμπί Β μπορούμε να σταματήσουμε άμεσα αν χρειαστεί την αντλία νερού. Τέλος, πάνω σε αυτό το Micro:bit έχουμε τοποθετήσει έναν διακόπτη στον οποίο έχει προσαρμοστεί μία κατασκευή με χαρτί, με στόχο να ανιχνεύσει όταν φυσάει αέρας στην περιοχή και να στέλνει εντολή προς τα άλλα δύο Micro:bit για την ενεργοποίηση των ανεμογεννητριών. Δηλαδή, όταν “υπάρχει” αέρας, ο διακόπτης πατιέται και οι ανεμογεννήτριες ξεκινάνε την κίνησή τους.

Τέλος, κατασκευάστηκε ένα “ηλεκτρικό όχημα” με χρήση ενός Micro:bit και του BBC:MOVE Mini Buggy Kit V2, ενώ χρησιμοποιήθηκε πρόγραμμα έτσι ώστε ο χειρισμός του να γίνεται εξ αποστάσεως μέσω bluetooth από εφαρμογή που εγκαταστάθηκε σε tablet.