حوض تغذية السمك و النبات الاتوماتيكي (الاكوابونيك -Aquaponic)

نبذة:

تصميم نظام تغذية للنبات و الأسماك يتم برمجته بواسطة الأردوينو بحيث يتم تزويد الأسماك بكمية الغذاء المطلوب بشكل يومي و كذلك تزويد النبات بكمية الماء المطلوبة

فكرة المشروع

تصميم نظام تغذية للنبات و الأسماك يتم برمجته بواسطة الأردوينو بحيث يتم تزويد الأسماك بكمية الغذاء المطلوب بشكل يومي و كذلك تزويد النبات بكمية الماء المطلوبة حسب نوع النبته و ذلك عن طريق استخدام حساس الرطوبة  moisture sensor أو عن طريق مستشعر الوقت و الزمن

 وربطه بمضخه بحيث يتم تزويد النبات بالماء من نفس حوض السمك.  كمية الماء الزائدة للنبات سوف يتم تصفيتها بواسطة الأحواض الخاصه بالنباتات ويتم اعادة الماء الزائد  إلى الحوض.

الهدف من استخدام ماء حوض السمك في ري النباتات هو احتواء الماء على الاسمدة اللازمة لتغذية النباتات و ذلك من مخرجات الاسماك نفسها.

الخلفية العلمية

الاكوابونيك هو زراعة تكاملية بين النبات والأسماك معا معتمدين على مخلفات الأسماك فى تغذية النبات ومعتمدين على تغذية الأسماك  

ويقوم النبات فى نظام الاكوابونيك بعمل دور الفلتر البيولوجى فى نظام الاكوابونيك حيث أن فضلات الاسماك وبقايا تغذية الاسماك تتخمر وينتج عنها النتريت ثم يتحول بالتخمر الى نترات ثم يتحول الى غاز الأمونيا القاتل الذي يقضى على حياة الاسماك ودور النبات هنا انه يمتص النترات الطبيعية كسماد عضوى له ويحول دون تحوله الى امونيا .

نظام الاكوابونيك سهل التشغيل والإدارة لان نظام الاكوابونيك يعمل بشكل كامل اتوماتيكيا من خلال كنترولر يتحكم فى العمليات اليوميه من ضخ المياه وتقليبها وضخ نسب الاكسجين فى الماء التى يحتاجها الاسماك والنبات .

 

مميزات التربية بنظام الاكوابونيك : ــ

١) استغلال أصغر المساحات للحصول على إنتاج مرضى ذو عائد مادى كبير وهذا مايجعل استخدام الاكوابونيك متميز .

٢) الحصول على منتجات الاكوابونيك من الخضروات صحية وخالية من الكيماويات ( عضوية ) تم تغذيتها طبيعيا .

٣) توفير فرص عمل إضافية بعائد إضافي بخلاف العمل الاساسى لسهولة متابعة نظام الاكوابونيك ويمكن للسيدات العمل به .

٤) استغلال اسطح المنازل والفلل والحدائق المنزلية وتحقيق عائد مادى واعطاء منظر جمالى رائع بتجميلها بالاكوابونيك.

٥) توفير احتياجات البيت من الخضراوات والأسماك بجودة عالية على مدار العام .

٦) التوفير فى استهلاك المياه حيث ان المياه فى الاكوابونيك ثابتة طوال مدة دورة التربية .

٧) توفير جزء كبير من تغذية الأسماك وتوفير جزء كبير من تغذية النباتات بسبب التكامل بين النبات والأسماك فى الاكوابونيك.

 

مكونات نظام الاكوابونيك : ــ

  • حوض تربية الأسماك
  • مضخات المياه بالقدرة المطلوبة على حسب حجم مزرعة الاكوابونيك .
  • مضخات للاوكسجين بالقدرة المطلوبة حسب حجم مزرعة الاكوابونيك .
  • اكواب زراعة النباتات مع البرليت المخصص لزراعة النباتات فى الاكوابونيك .
  • نظام تدفئة و تبريد البيئة

ويفضل عمل نظام الاكوابونيك داخل أماكن مغلقة للتحكم فى درجة الحرارة حيث ان درجة حياة السمك الطبيعية ما بين 25 الى 27 درجة مئوية لتفادى عملية البيات الشتوى للأسماك .

 

انواع النباتات التى يجب زراعتها بنظام الاكوابونيك : ــ

يمكن زراعة المحاصيل الورقية و المحاصيل الثمرية فى نظام الاكوابونيك والمحاصيل الورقية مثل الخس , الشبت , الكزبرة , البقدونس , الكرنب , الجرجير , الفجل .

و المحاصيل الثمرية مثل الطماطم , الفراولة , الخيار , الباذنجان , البسلة , الفاصوليا , اللوبيا , الفلفل

 

طريقة عمل نظام الاكوابونيك : ــ

يتم تجهيز النظام كامل من حوض تربية الأسماك واكواب زراعة النباتات واختبار عملها بشكل جيد وعمل جميع المضخات من مياه واوكسجين , ثم يتم ملىء حوض تربية الأسماك بالمياه وتركها لمدة كافية . وضع الاسماك ثم تشغيل مضخة الاوكسجين ووضع اكياس زراعة الأسماك ساعة بدون فتحها لتأقلم درجة حرارة المياه الموجودة بالحوض مع مياه الزراعة ثم فتح الأكياس وترك الأسماك تخرج بحرية دون تدخل منك وبعد مرور 3 أيام من وضع الأسماك يتم وضع شتلات النباتات فى المكان المخصص لها وتشغيل النظام بشكل كامل

التغذية فى نظام الاكوابونيك : ــ

يوجد نوعان من العلف علف طاقى وعلف غاطس يمكن استخدامهم فى نظام الاكوابونيك ويفضل للمبتدئين استخدام العلف الطافى لسهولة متابعة الأسماك اعطاء أعلاف على قدر الاستهلاك ويتم تقديم الأعلاف بنسبة من الوزن ويتم حسابها كل 15 يوم ويوجد طريقة سهلة لحساب كمية العلف يتم وضع العلف الطافى فى بداية عمر الأسماك بنسبة 10 % من الوزن ويتم متابعة تانكات الأسماك لمعرفة المدة التى يستهلك فيها الاسماك العلف من المفترض ان يتناول الأسماك العلف فى مدة نصف ساعة اذا التهم السمك العلف فى مدة اقل من ذلك يتم زيادتها تدريجيا فى المرة القادمة وإذا ظل العلف لأكثر من نصف ساعة لمدة تجاوزت الساعة مثلا او اكثر فيتم تقليل كمية العلف فى الوجبة القادمة

المشاكل الشائعة التى تواجه المبتدئين فى الاكوابونيك : ــ

انسداد الوصلات الموجودة بين أنابيب زراعة النباتات وأحواض تربية الأسماك نتيجة زيادة فضلات الاسماك

الحل :

زيادة كثافة النباتات المزروعة فى الاكوابونيك كونها فى هذه الحالة عددها قليل عن عدد الاسماك .

او غسل الوصلات بتيار ماء شديد مرة كل أسبوع مع زيادة عدد ساعات تشغيل طلمبات ضخ المياه ووقف التغذية عن الاسماك لمدة 24 ساعة إذا حدث اخضرار غامق للون المياه

 

متطلبات المشروع

 

المواد الخام

  1. أكرليك مقاس 10 مم  لتصميم حوض الأسماك
  2. سيليكون مقاوم للماء لتثبيت أجزاء الحوض
  3. PLA   لطباعة أحواض النباتات

 

الإلكترونيات

  1. أردوينو أونو
  2. حساس moisture sensor
  3. محرك Dc خطوي
  4. Relay
  5. أسلاك توصيل
  6. مضخة ماء مع الأهواز الخاصة بها
  7. شاشة LCD (اختياري)
  8. شريط LED  (لإضاءة حوض الأسماك و إضاءة أكواب النبات)
  9. مقاومات متنوعة
  10. مقاومة متغيرة  ( اختياري)
  11. مستشعر الزمن و الوقت

 

البرامج و الأجهزة

  1. برنامج Fusion 360  لتصميم الثلاثي الأبعاد
  2. برامج Cura , Pursa control   لطباعة التصاميم ثلاثية الأبعاد
  3. لابتوب للتصميم
  4. أجهزة اللحام
  5. الطابعة ثلاثية الأبعاد
  6. آلة القص بالليزر

 

متطلبات أخرى

  1. اكل سمك
  2. نباتات داخلية و نباتات مائية
  3. أحجار زينة لحوض السمك
  4. أشرطة لاصقة
  5. أشرطة لاصقة للأسلاك الكهربائية
  6. أدوات صيانة الجوال للاستخدامها أثناء العمل على الالكترونيات
  7. غراء سوبر غلو

 

الرسم المبدئي

في البداية تم عمل تصور مبدئي لشكل المشروع و مكوناته.

تصميم حوض السمك

تم تصميم الحوض يدويا  باستخدام أكرليك سمك 10 مم بالمقاسات التالية   عرض 60 سم للضلع الأطول وارتفاع 30

بالنسبة للجانبين الأيمن و الأيسر من الحوض تم قصها بواسطة الة الليزر

تصميم صندوق غذاء السمك

تم تصميم صندوق غذاء السمك على شكل مكعب بالابعاد 10 سم من جميع الأوجه يتخلله فتحه اسطوانية حسب القطر المناسب (4 سم)  لتمرير الدوامة اللولبية بداخله حتى يتم ربطها بمحرك Dc , و برمجتها للاستدارة لمدة زمنية معينة يتم تحديدها من قبلنا بحيث تقوم بالدوران مره كل 24 ساعة

 

فيديو طريقة التصميم:

 

طريقة تصميم الدوامة اللولبية:

الإلكترونيات والبرمجة لصندوق تغذية الأسماك

 

مرفق في الصور طريقة التوصيل.

اختبار عمل الصندوق:

كود البرمجة:

 

#include<Stepper.h>
const float stepper_rev = 32;
const float Gear_ratio = 64;
const float step_rev = stepper_rev * Gear_ratio ;
int StepsRequired ;
int LED = 13 ;

Stepper myStepper (stepper_rev, 4, 6, 5, 7);

void setup ()
{
  Serial.begin (9600);
  pinMode (LED, OUTPUT);
}

void loop ()
{

  digitalWrite (LED, HIGH);
  Serial.println (" Clockwise Rotation");
  StepsRequired = -step_rev;
  myStepper.setSpeed(600);
  myStepper.step(StepsRequired);
  delay(5000);
  digitalWrite(LED, LOW);
    delay(5000);
  digitalWrite(LED, HIGH);


}



تصميم أحواض النباتات

يمكن تصميم الأحواض وإخراج شكلها النهائي بأي طريقة تناسب الشخص المستخدم.  و لكن يجب مراعاة أن تحتوي الأحواض على فتحات صغيرة في الاسفل بحيث تسمح للماء الزائد عن حاجة النبات بالخروج. حيث أن كمية المياه الزائدة تتسبب في موت النبات أو تعفن الجذور.

من أفضل النماذج التي يمكن محاكاتها هي  الموجودة في الصورة بالأسفل SELF-WATERING PLANTER

قمت بتصميم مجموعة من الأشكال و النماذج المتنوعة بغرض الاختبار ,  و يمكن الاستفادة من أي نموذج طالما أنه مصمم بالشكل المطلوب.

 

فيديو طريقة التصميم:

توصيل الإلكترونيات والبرمجة لأحواض النباتات

سوف يتم ضخ الماء من حوض السمك إلى أحواض النباتات عن طريق المضخة الموجودة داخل حوض السمك.  سيتم  ربطها برمجيا مع المضخة بحيث يتم استخدام الـ Relay مع المضخة حتى نستطيع برمجتها بالأردوينو و إذا تم تزويد النباتات بكمية الماء المناسبة يتم إيقاف ضخ الماء مباشرة.

 

كود البرمجة:

#include <DS3231.h>
 
 
int Relay = 8;
 
DS3231  rtc(SDA, SCL);
Time t;
 
const int OnHour = 20;
const int OnMin = 30;
const int OffHour = 20;
const int OffMin = 11;
 
 
void setup() {
  Serial.begin(115200);
  rtc.begin();
  pinMode(Relay, OUTPUT);
  digitalWrite(Relay, LOW);
}
 
void loop() {
  t = rtc.getTime();
  Serial.print(t.hour);
  Serial.print(" hour(s), ");
  Serial.print(t.min);
  Serial.print(" minute(s)");
  Serial.println(" ");
  delay (1000);
 
  if(t.hour == OnHour && t.min == OnMin){
	digitalWrite(Relay,HIGH);
	Serial.println("LIGHT ON");
	}
	
	else if(t.hour == OffHour && t.min == OffMin){
  	digitalWrite(Relay,LOW);

  	Serial.println("LIGHT OFF");
	}
}

نتائج المشروع

بعد اختبار المشروع لعدة مرات على مدى فترة التجربة هنا أهم الملاحظات:

  1.  النظام التكاملي بين الأسماك و النباتات يعمل بشكل رائع ,  لاحظنا تمدد جذور النباتات داخل الحوض و قيام الأسماك بالتغذي عليها,
  2. نمو النباتات بشكل منتظم و تكاثرها بشكل صحي.
  3. تكاثر بعض الأسماك في الحوض
  4. بهذه الطريقة يمكن تقليم النبتات و الحصول على نباتات جديدة.
  5. إضاءة الـ LED   البيضاء بجانب وظيفتها العملية أعطت بعد جمالي للحوض خصوصا في إضاءة الغرفة المنخفضة
  6. أكواب النباتات التي تم اختيارها و طباعتها أدت الغرض المطلوب منها بكفاءة جيدة جدا

 

أهم التحديات

  1. عند تصميم حوض السمك للمرة الأولى واجهتنا مشكلة تسرب الماء من الحوض حتى عند استخدام السليكون المقاوم للماء.
  2. قمنا بإعادة تصميم الحوض و تدعيم جوانبه أكثر .   النظام سوف يكون أفضل بكثير في حال استخدام الأحواض الزجاجية ..  ولكن تم الاستغناء عنها لارتفاع التكلفة
  3. صندوق تغذية الأسماك من الأفضل استبدال المحرك الخطوي بمحرك أقوى حتى يتم تدوير الطعام و إنزاله داخل الحوض بشكل أفضل و أكثر تنظيم

المراجع - Credit

مع خالص الشكر لـ:

لدعمهم و تبنيهم فكرة المشروع وإتاحة المعمل و أدواته لإنجاح المشروع

الكاتب: Jafar Alobaid
كاتب
قارئ
محبوب

المشاركات (2)

أضف مشاركة