Project

Vertical Farm - project

Onze Vertical Farm is de ideale omgeving om onderzoek te doen naar planten of het klimaat. Je kan hier meerdere groepswerken per klas uithalen, aangezien je de leerlingen een hypothese kan laten stellen over een variabele die je kan kiezen. Hierna kunnen ze met behulp de echte Arduino-code hun experiment opstellen.

Deze Vertical Farm is in twee variante uitvoeringen beschikbaar: enerzijds is er één met een houten behuizing, anderzijds is er één met een metalen behuizing. De metalen omhuizing is onze nieuwste additie aan dit project, en deze volledig afgewerkte versie is eenvoudiger in zijn gebruiksgemak. Tevens is er een printplaat bij die het connecteren van de sensoren en LED's veel eenvoudiger maakt.

STEM Vertical Farm back bouwpakket
STEM Vertical Farm front bouwpakket
STEM Vertical Farm front bouwpakket
STEM Vertical Farm front bouwpakket

Vertical Farm – een mini STEM-labo

Kort samengevat is onze Vertical Farm een mini STEM-labo waarin je veel verschillende experimenten kan doen van de eerste tot en met de derde graad, voor meerdere jaren. Het kan gebruikt worden voor een heel resum aan projecten, van zeer eenvoudige tot zeer ingewikkelde experimenten: je kan de Vertical Farm zeer eenvoudig gebruiken om het groeien van kleine plantjes te versnellen, door het optimaliseren van alle parameters. Meer ingewikkeld is het zelfs mogelijk om de CO2, afkomstig van de gisting van het brouwen van bier, gestuurd (max- of min-waarde) toe te voegen en te kijken welke effecten dit geeft op de planten. Dit kan door één van de vrije poorten te gebruiken en er een ventiel op aan te sluiten dat gestuurd wordt door de Arduino. Zo is het ook mogelijk om uit te zoeken welke planten enkel overdag CO2 opnemen en welke planten enkel in de nacht CO2 opnemen.

Hoe werkt dit mini-labo?

De Vertical Farm is een bouwpakket dat je zelf nog in elkaar moet steken. Het “brein” van dit project is een Arduino Nano. Rond deze microcontroller kunnen er verschillende sensoren op hetzelfde moment aangesloten worden. Zo bevatte onze test een bodemvochtigheidssensor, CO-sensor, digitale temperatuursensor, lichtsensor, CO2-sensor en een luchtvochtigheidssensor. Sommige van deze sensoren zitten op één enkele printplaat, andere zijn afkomstig uit een 37-delige sensorenkit waarmee je nog vele andere experimenten kunt doen (ook met een micro:bit). De Arduino en CO2-sensor kan je de rest van het jaar ook gebruiken als CO2-meter in het klaslokaal. De enige verandering die je moet doen, is onze CO2-meter bestellen zonder sensor en opbouwen. Bij aankoop van de Vertical Farm voorzien wij ook telkens een voorbeeldcode voor de serre en afhankelijk van het aantal ook een voorbeeldcode voor andere projectjes.

De data die de sensoren verzamelen, kan weggeschreven worden op een SD-kaartje. Na een op voorhand bepaalde periode kan de data op de SD-kaart ingeladen worden in Excel. Hierna kunnen de leerlingen grafieken maken of berekeningen uitvoeren afhankelijk van hun hypothese. Hierbij is het dan ook belangrijk dat ze kunnen beslissen of eventuele verdere experimenten met andere omstandigheden of variabelen nodig zijn. Zo kunnen ze hun uiteindelijke conclusie nemen. Let op: planten zijn niet altijd te voorspellen en kunnen wel eens totaal andere resultaten geven dan verwacht.

STEM grafiek 1 Vertical Farm
STEM grafiek 2 Vertical Farm
#

Werking - PCB

Voor dit project hebben we speciaal een aangepaste PCB laten ontwerpen. Op deze PCB kan je een Arduino Nano zetten. Deze Arduino zal dan alle onderdelen aansturen en de gegevens van de sensoren verwerken. De gegevens kunnen dan weggeschreven worden op een SD-kaart voor verdere verwerking tot grafieken of tabellen. Je kan ervoor kiezen een Arduino met bluetooth of wifi functionaliteit te gebruiken en de Vertical Farm zo draadloos aan te sturen.

Werking - Horticulture LED

Speciaal gekozen golflengten (455 nm, 635 nm en 730 nm) verhogen de fotosynthese, waardoor de ontwikkeling en groei van de plant wordt geoptimaliseerd. Samen met de golflengte 520 nm (groen) kan je onderzoeken hoe planten reageren op de afzondelijke goflengtes. Met een uitzonderlijk klein formaat en een laag stroomverbruik is de LED de toekomstige keuze voor vertical farming. De intensiteit van de afzonderlijke kleuren in te regelen met behulp van de bijhorende Arduino.

#
#

Werking - DFRobot

Voor dit project hebben we ervoor gekozen de aansluitingen compatibel te maken met DFRobot. DFRobot is een open-source hardware- en roboticawinkel die zich toelegt op het aanbieden van innovatieve elektronische objecten waaronder sensoren. Wij bieden buiten deze Vertical Farm ook een set van 37 sensoren aan waarvan de meeste sensoren ook op de Vertical Farm passen. Voor elk van deze sensoren bestaat er een handleiding voor Arduino. Voor een aantal van deze sensoren bestaat er ook een handleiding voor de micro:bit.

Nieuwste aanwinst: metalen variant – pre-order

Zoals eerder vermeld, is er de afgelopen weken hard gewerkt aan een nieuwe versie van deze Vertical Farm. In onze nieuwe metalen variant hebben we gebruik gemaakt van op maat gemaakte printplaten en professionele LED's. Deze nieuwe versie is ten vroegste leverbaar vanaf november en kan reeds in pre-order besteld worden.

STEM Vertical Farm at night bouwpakket
Vertical Farm front

Welke variant moet ik nu kiezen?

Maar welke versie is nu het meest geschikt om aan te schaffen? Dit hangt van verschillende factoren af. Een bijkomende troef van de metalen variant is dat deze ook bijkomend geïsoleerd is, en dat er geen warmte-invloeden of andere externe factoren de resultaten zullen beïnvloeden. Het gebruiksgemak is eveneens verhoogd en dit heeft als grote voordeel dat er voornamelijk enkele parameters dienen te worden bepaald, waarna het experiment zich daarna spreekwoordelijk volledig vanzelf kan voltrekken. Bij de houten variant is de invloed door externe factoren groter (voornamelijk omgevingstemperatuur), waardoor de meetresultaten niet 100 procent eenduidig kunnen worden geïnterpreteerd.

Echter, als piloot- of testproject binnen een school kan de houten variant een eerste stap vormen om dit project te verkennen en uit te proberen. De metalen variant is een meer duurzame variant dewelke voor langere periode kan instaan voor langdurige experimenten over de jaren heen.

Eindtermen

Eerste graad

6.23

De leerlingen analyseren energieomzettingen in levende en niet-levende systemen.

6.32

De leerlingen leggen het belang van fotosynthese uit inclusief de stofomzettingen, energieomzettingen en stofuitwisselingen.

6.33

De leerlingen leggen uit dat organismen met bepaalde kenmerken, in een welbepaalde omgeving, meer waarschijnlijk dan andere organismen zullen overleven en zich voortplanten.

6.41

De leerlingen realiseren het technisch systeem op basis van een ontwerp.

6.43

De leerlingen gebruiken met de nodige nauwkeurigheid de gepaste meetinstrumenten, meetmethoden en hulpmiddelen om metingen, observaties, experimenten en terreinstudies uit te voeren.

6.45

De leerlingen trekken conclusies op basis van grafieken, tabellen, determineertabellen en diagrammen.

6.46

De leerlingen gebruiken aangereikte en zelf ontwikkelde modellen in wiskundige, natuurwetenschappelijke, technologische en STEM contexten om te visualiseren, te beschrijven en te verklaren.

6.47

De leerlingen passen stapsgewijs de wetenschappelijke methode toe om een probleem te onderzoeken.

6.48

De leerlingen doorlopen een probleemoplossend proces waarbij kennis en vaardigheden uit meerdere STEM-disciplines geïntegreerd worden aangewend.

6.50

De leerlingen beargumenteren keuzes die ze maken om een wiskundig, natuurwetenschappelijk, technologisch of STEM-probleem op te lossen.

Projecteigenschappen

Niveau
Gemakkelijk/Moeilijk
Leeftijd
12-18j
Tijdsduur
Meerdere weken
Categorie
Klimaat, biologie, informatica...
Kostprijs
€445
Ontworpen door
Phyx en Lowie
Inhoud
  • Lasercut omhulsel
  • Arduino
  • PCB en 19V adapter
  • CO2-sensor
  • DHT11 temperatuur sensor
  • LED's en connectoren

Tweede graad

6.41

De leerlingen leggen het begrip homeostase uit aan de hand van de waterhuishouding in planten.

6.46

De leerlingen analyseren materie- en energiestromen in een ecosysteem.

6.47

De leerlingen gebruiken met de nodige nauwkeurigheid meetinstrumenten en hulpmiddelen om te observeren, te meten, te experimenteren en te onderzoeken in wiskundige, natuurwetenschappelijk, technologische en STEM-contexten.

6.48

De leerlingen werken op een veilige en duurzame manier met materialen, chemische stoffen en technische en biologische systemen.

6.49

De leerlingen gebruiken op een gepaste manier meetwaarden, grootheden en eenheden in wiskundige, natuurwetenschappelijke, technologische en STEM-contexten.

6.50

De leerlingen onderzoeken verbanden tussen grootheden op kwantitatieve wijze.

6.51

De leerlingen gebruiken verhoudingen van en evenredigheden tussen massa’s, volumes en stofhoeveelheden om dichtheden, molaire grootheden en concentraties te beschrijven

6.53

De leerlingen passen een wetenschappelijke methode toe om kennis te ontwikkelen en om vragen te beantwoorden.

6.54

De leerlingen analyseren natuurlijke en technische systemen aan de hand van verschillende STEM-concepten.