Development and testing of the domestic hydroponic greenhouse Linfa

Linfa by Robonica is a smart domestic hydroponic greenhouse, it is internet connected and can autonomously grow many different plants varieties thanks to the control sw. The present work consisted in finding a solution for some aspects of the device. A solution for power supply has been investigated, compatible with the unavoidable presence of water. A water level monitoring system was needed, for the estimation of the amount of water present in the tank. A ventilation system was required, able to carry out both management of the heat dissipated by electronics, and cultivation ambient conditioning. Finally, the work included the design of a system capable of feeding plants with nutrients. As a result, the solution found for power supply has been demonstrated to be safe in terms of water tightness, as well as in terms of operating temperature. Maximum temperature reached in adapter’s compartment considering the worst case scenario ensures a margin around 20% with respect to critical temperature for shut-down. The water monitoring system revealed a good success rate in water level estimation: more than 92% of the logs of the magnetometer have been successfully addressed to one of the five levels in which the water reservoir filling has been discretized. Moreover, such system resulted to be able to detect a wrong positioning of water tank with 25% of advantage with respect to the critical offset which causes malfunctioning of Linfa. The ventilation system allows for the cooling of electronics, preventing any decrease of components lifetime: a margin greater than 10% with respect to the maximum allowed temperature has been ensured. Furthermore, such architecture allows to estimate ambient temperature and humidity, thus bypassing the issue related to the absence of sensors inside the cultivation ambient. Also, ventilation system can execute activities required for optimal growth of the plants, e.g. air recirculation/replacement. A nutrients supply system able to dispense nutrients with 0.2 mL accuracy has been designed; this system is controlled by the sw, which defines the amount of nutrients to be dispensed, as well as the moment in which dispensing them.

Linfa è una serra domestica intelligente per coltivazione idroponica. È connessa a internet e può crescere autonomamente diverse specie di piante. Lo studio ha avuto per oggetto lo sviluppo di soluzioni per alcuni aspetti del dispositivo. È stata cercata una soluzione per l’alimentazione di Linfa, compatibile con l’inevitabile presenza di acqua. La soluzione trovata si è dimostrata sicura sia in termini di isolamento dall’acqua, che in termini di massime temperature raggiunte. Nel caso più sfavorevole è stato garantito un margine del 20% rispetto alla temperatura critica per lo shut-down. L’applicazione ha richiesto una soluzione per il monitoraggio del livello di acqua all’interno del serbatoio. Il sistema sviluppato ha dimostrato un buon tasso di successo: più del 92% delle letture del magnetometro sono state ricondotte con successo a uno dei 5 diversi livelli in cui il riempimento del serbatoio di Linfa è stato discretizzato. Inoltre, lo stesso sistema è in grado di rilevare un malposizionamento del serbatoio, con un anticipo del 25% rispetto alla distanza critica che causa il malfunzionamento di Linfa. È stato studiato un sistema di ventilazione, sia per la gestione del calore dissipato dall’elettronica, che per il condizionamento dell’ambiente di coltivazione. La soluzione progettata garantisce il raffreddamento dell’elettronica, prevenendo riduzioni di vita utile dei componenti: è stato garantito un margine maggiore del 10% rispetto alla massima temperatura ammessa. Inoltre, il sistema sviluppato rende possibile la stima della temperatura e dell’umidità dell’ambiente di coltivazione: in questo modo, dunque, è stato superato il problema relativo all’assenza di sensoristica all’interno della camera di coltivazione. Lo stesso sistema di ventilazione è in grado di eseguire alcune attività indispensabili per la crescita ottimale delle piante: ricircolo e ricambio di aria. Infine, è stato studiato un sistema in grado di erogare i nutrienti necessari per la crescita delle piante. La soluzione sviluppata consente di dosare la quantità desiderata di nutrienti (con accuratezza 0.2 mL), nel momento desiderato; entrambe le variabili decise dal sw di controllo.