【自作 水耕栽培始めます】育てるのが苦手なのでガジェットを使ってIotセンサーで半自動化したい!

自分は子供のころからペットや植物を育てるのが苦手で犬を飼ったり鳥を飼ったりしていましたが、途中で放置して逃げてしまったり親に育ててもらったりしてまったくもってペットや植物を資格が無い人間です・・・杉並区で一人暮らししているときに熱帯魚にハマってたくさん飼いましたが買ってから1ヶ月以内に必ず全滅してしまうほどの飼育下手・・・

最近(2015年頃)ではベビーティアーズ(天使の涙)を3ヶ月程度で枯らしてしまって(泣)もう生き物は育てないことにしていました。あと、盆栽にもかなり興味がありますが結局枯らしてしまうのが落ちなので買わないことにしています。

天使の涙が枯れて・・・(T_T)

そんななか、野菜の水耕栽培が簡単という噂があるのでものは試しと挑戦してみることにしました。といっても上記のとおり育て系は苦手なのでなるべく手間をかけないように半自動化していきます。

目次

水耕栽培半自動化のゴール

野菜の水耕栽培は見て楽しく最終的に食べられるのも楽しいですね♪それが半自動でできたらかなり嬉しい。

光は基本自然光で窓際に棚を設置して昼間に太陽の光を浴びさせて育てます。慣れてきたら棚に植物用LEDを設置してみます。

手動作業

最終的なゴールは半自動水耕栽培で、手動でやるのは以下。

  • 液肥と水の補給
  • 種まき
  • 葉が出たら培地へ移動
  • 葉の剪定
  • 収穫

上記5項目が手動になると思います。できればこの5項目も自動でできたら良いのですが、自宅でやるにはちょっと無理かな?もっと広い工場ではロボットアームとかを使ってできそうな気がします。半自動化できたらさらに種まきは自動でしてみたい。もうちょっと考えてみます。

ただ水耕栽培やるだけではつまらないので、ちょっと科学的、というより一応ガジェットサイトなのでガジェット的にセンサーで状態をみつつ、自動で水を循環させたり温度を調節したり水質調査してみます。

今後自動化するもの

ラズパイとリレーをつなげてポンプやヒーターの電源オン・オフを自動的にやる。

ポンプを回し続けてると水があふれることもあるので水位センサーで容器の状態を監視してあふれる前に他の容器にポンプに移動したり、液肥タンクのポンプを停止したりする。

水温をヒーターやファンで調節して水を循環させる。

  • 水中ポンプで水の循環
  • オゾン発生器(緑藻発生を防ぐ効果を期待して使ってみる)
  • 水温調整(ヒーターとファン)
  • 各種センサーで情報取得してポンプ・照明など操作、PH・EC・TDSなどの水質調査
  • 植物用の照明を導入して照度が下がったら自動で点灯させる。

こうやってみると自動化させる項目はあまりないんですね・・・ほぼ手動といってもいいくらいですね・・・スンマセン

まだまだ初期段階でセンサーも温度・湿度・気圧・CO2や水温程度しか取得できていません。(まずはセンサーから取得した数値をグラフ化するのは後ほどIotカテゴリで書いていきます。)

水耕栽培の材料

現状はほぼ手動で水中ポンプで各水耕栽培の容器に水を循環させたり、種を植えたらUSBヒーターで容器を温めたりの電源を手動でオン・オフしています。ズボラなので水を循環させたり水タンクに水を補給するのでさえ忘れがち・・・なのでやはり自動化は必要です。

室内設置で棚に容器を置いて育てる

https://www.ikea.com/jp/ja/catalog/products/80278579/

IKEA - HYLLIS ヒュッリス, シェルフユニット, , 室内・屋外兼用付属のプラスチックカバーを脚先に取り付ければ、床に傷が付きません

上のIKEAのシェルフを3つ買って窓際に設定してみました。

現状の水耕栽培

スクエアボックスを加工して水耕栽培の容器にする

水耕栽培の容器は主に100円ショップのセリアの浅い幅26x奥行き19x高さ8cm(フタ部分)サイズを買ってIKEAの棚1つに3つ並べられます。IKEAの500円くらいのスクエアボックス(KUGGIS クッギス)もセリアとほぼ同じくらいの幅26x奥行き18x高さ8cm(フタ部分)サイズなので棚1列に3つ並べられる。↓

KUGGIS クッギス

IKEA - KUGGIS クッギス, ふた付きボックス, ペンや文房具から、USBメモリー、充電器まで、何でもすっきり整理できますKUGGIS/クッギス ボックスシリーズなら、見せたくないものを整理整頓するのも簡単。大きいものも小さいものも、取り出しやすく収納できますサイズ違いのボックスもぴったりと重ねられるようにデ...

あとIKEAで800円弱の大きめのボックス↓幅26x奥行き35x高さ8cmも1つ買って加工後にニラなどの上に長くなる野菜を育ててみようと思います。

KUGGIS クッギス 大

IKEA - KUGGIS クッギス, ふた付きボックス, 紙や文房具、メディアアクセサリーなどの収納に最適BILLY/ビリー 書棚(奥行き28cm)、BESTÅ/ベストー 収納(奥行き40cm)にぴったりサイズ違いのボックスもぴったりと重ねられるようにデザインされていますKUGGIS/クッギス ボックスシリーズなら、...

IKEAのスクエアボックス 加工前↓

スクエアボックス 加工前

それと、高さが12cm弱あるセリアのスクエアボックスで種を発芽するまで入れておきました。

下の方でスクエアボックスを加工する様子を書いていきます。↓

ハイポニカがいいみたい

ハイポニカという液肥が水耕栽培ではメジャーなようなので買ってみました。2液混合するタイプで1000円ほどとかなり安い。2つあれば1年は使えそう。

液肥タンクとしてスタックストーのバケツ

液肥タンクはスタックストー(洗濯物入れなどで愛用しています。)というグニャグニャするバケツを2重に重ねて光が入らないようにする。最初は白を買いましたが緑藻が発生したために黒を買って2重にしています。これだと光が入りにくい。

スタックストー 白

白いスタックストーだと光が透けて緑藻が発生する↓それとペットボトルを切ってろ過装置も自作で作ったが、もっと幅広いろ過装置でないと水が流れすぎて溢れてうまくいかないので現在は保留してろ過せずそのままタンク(スタックストー)に流してます。

緑藻発生(泣)ちょい汚らしいので画像を小さくしました。

スタックストー 緑藻

黒だと光が入りにくく緑藻が発生しないみたい。

スタックストー 2重

スタックストーのフタは以前からウチにあった透明でしたがスプレーで黒く塗って緑藻発生しにくいようにしました。今後はオゾン発生器で液肥にオゾンを混ぜて殺菌作用で緑藻が発生しにくいようにしてみます。

スタックストー フタ

フタを加工してチューブや水中ポンプの電源が入れられるように切り欠きを入れた。黒も売ってます↓

デスクヒーターは2・3月は液肥タンク内の水を温めて水を循環させるために使いました。4月になってからは夜でも水温が16~17度前後になってきたので昼間水を循環させる分には20度以上になるので使わなくなってきた。

こちら↑12V2AのACアダプターを使うようにDCプラグで接続するようになっていたので、ACアダプターを使わずソーラー発電した12Vバッテリーから送電できる♪

水中ポンプ

こちらのポンプはパワー不足で下の液肥タンクから一番上の棚(約1M)まで水を吸い上げることができないので・・・左右の容器に水を分配するために使います。

上のポンプよりこっち↓のほうがパワーが上でした。これで液肥タンクから一番上の棚に置いた容器まで水を吸い上げて循環させます。220L/時間と書いてあってなかなかパワーがあるようです。

種を発芽させるためのUSBヒーター

ヒーターは2月の寒い時期に種植えしたので容器の下に敷いておくために買いました。熱くならずほんのり暖かくなるので普通に容器に入れておくより種が早く芽が出るような気がしました。

もっと種植えした場合はヒーターが足りなくなると思って買いましたが・・・水耕栽培の容器を作るのが面倒なので苗を増やせずこちら↓はあまり使ってません。

以上、こういう部品を組み合わせて自作水耕栽培やってます。

液肥タンクからポンプであげて容器から容器へオーバーフロー排水で循環

オーバーフローは通常は水槽の下にパイプを刺して排水するようですが、棚に穴をあけるのが面倒なので、容器の横に穴を開けて3Dプリンターで作ったバルブを取り付けて、そこにチューブをつけて下の容器に排水するようにしました。

絵が・・・ちょっと下手すぎて分かりづらいかもしれませんが、以下のように水が循環していきます。水色の太い線がチューブ。

まずは一番下の液肥タンクから水中ポンプで一番上の容器まで水を組み上げて水を貯めていきます。上の容器がバルブの水位まで上がったら水が溢れてチューブから下の容器に流れていくといった具合。これだと水中ポンプ一つで3つの容器の水を循環することができる。

オーバーフロー排水

容器(スクエアボックス)を加工する

サイドオーバーフロー用のバルブを3Dプリンターで作る

バルブは以下のようになっていて、右半分が容器内に入って、白いネジの上部分まで水位が上がると水が中に流れて左下のチューブに水が流れる。水位はネジで調整可能にした。

バルブ

容器に取り付けていく様子をちらっとみていきましょう。

セリアのスクエアボックスにバルブの穴をあける

大活躍しているこちらの穴あけグラインダーでバルブの穴を開けます。穴あけの加工作業がけっこうたいへんでついサボりがちになる。

セリアのスクエアボックスはこんなふうに↓適当ですがバルブのネジが入るくらいに穴をあけました。

バルブ 穴あけ

ある程度余裕で入るのを確認したらシールを巻いてコーキングして取り付けます。

バルブ 穴 取り付け

IKEAスクエアボックスの加工

セリアのと違ってIIKEAのスクエアボックスは硬いのでバッテリー駆動のドリルでは力不足でインパクトドライバーにドリルをつけて加工しました。 加工後の様子↓ のこぎり穴あけドリル・プラスチックカッターで加工しました。

スクエアボックス 加工後

加工は切り屑だらけになって面倒なのであまりやりたくはないけど、作らないと水耕栽培できないので意を決して加工してみた。道具は以下。

それと、この前Banggoodで4ドル弱と激安で買った穴あけドリル、コレ↓かなり切れてホルソーより穴あけが簡単。ただ安いだけあって最高20mmまでしか開かないのが難点。

バルブ取り付け

バルブの取り付けは水道管と同じようにネジ部分にシールを巻いて水漏れしないようにコーキングをつけました。↓以下はコーキングつけすぎ・・・

バルブ コーキング

取り付け完成↓3Dプリンターでサポートなしで出力したので飛び出たノズルの完成度が低いのですが水がもれなければ問題ありません。ノズルにチューブを取り付けてクランプで固定します。

バルブ 取り付け

失敗したバルブ

最初に3Dプリンターで作ったバルブ↓なんか水が出ないなぁ、と思っていたらコーキングで詰まってたのと水の通り道が狭すぎて排水できなかったので、もっと太いバルブを3Dデータで作って取り替えた。

ある程度水が通る部分の壁の厚みがないと3Dプリンターのフィラメントで出力したバルブで水漏れするのでこの大きさだとこれ以上水の通り道を広げると水漏れする。

失敗したバルブ

バルブの3Dデータ

こちらが最終的にうまくいったバルブ。水道の配管やホースのジョイントなどで使うサイズのバルブで肉厚なので水漏れしないし水が通る穴も10mm弱あるので水がちゃんと流れるが、ちょっと大きすぎるので穴の直径を変えないでサイズを小さくしたのが最終的に今使っているバルブ。

バルブ 穴 バルブ

↓左側が容器内、右側が容器の外で内側がメスのネジ、外側がオスのネジでねじってはめる。ネジ部分にシールテープでシールしてさらに容器と接する部分にも水がもれないようにコーキングを塗って水漏れを防ぎます。

バルブ 白 テスト ネジ

バルブの3Dデータは以下からダウンロードできます。以下画像の上が水道のバルブと同じ太さだと思います。下が改造してより小さく穴を大きめにしたもの。右のネジは容器内の水位を調整するために使います。(ネジは使わなくてもポットの下に少しだけ水が付くと思うのでいらないかなぁ?)

バルブ 3Dデータ

3D design 'Drainage' created by Bey.jp with Tinkercad.

いずれももとの3Dデータを改造してくっつけたり削ったりしただけなのであまり良いものとは言えません。あしからずご了承くださいませ。

こちらなどのホースアダプターを改造して作らせていただきました。ありがとうございますm(_ _)m

This adapter connects normal North Americal male garden-hose style threads to a weird 5/8" UNF 18TPI thread socket. An 11/16" o-ring will fit snugly in the soc...

液肥を循環させるためのチューブ

液肥タンクと容器を循環させるためにチューブを接続して循環しています。内径8mm 外径10mmのチューブを買いました。

それとチューブとノズルを固定するためのクランプも買いました。これは硬いのでペンチで広げてハサミこむ。これがないとノズルとチューブのすき間から水がこぼれ落ちるときがありました。クランプを使ってもノズルの出来が悪いと水漏れしたときがあるので薄いノズル部分をボンドで穴埋めして防いだ。

このように↓適当・・・にコーキングで防水してチューブをはめてクランプではずれないようにして下の容器に水を循環させた。これだったら棚と容器の底に穴を開けてくっつける必要がないので手軽にオーバーフロー排水できます。

バルブ 白

コーキングが適当すぎるので次回から真面目にコーキングするためにヘラも買いました。↓

スクエアボックスのフタに穴を開ける

スクエアボックスに水耕栽培のポット(鉢)を植えるための穴を開けていきます。穴は35mmの穴をホルソーという穴開け工具を使いました。

水耕栽培 穴

この2つと以下の安いコード式インパクトを使って穴を開けた。

チューブを固定するクリップ

スクエアボックスのフタ部分にはポットの穴の他にチューブを入れる切り欠きも開けてい行きます。上の容器から来たチューブはフタ部分の切り欠きに刺すのですが、ただ入れるだけではチューブが外れてしまって水浸しになりそうなのでクリップで挟んでチューブが容器から外れないようにしました。

クリップも3Dプリンターで作りました。どなたかのポテチのクリップを改造して作りました。

チューブクリップ

3D design 'チューブ クリップ' created by Bey.jp with Tinkercad.

苗床のポット(鉢)を3Dプリンターで作る

苗床は最初はポットとスポンジセットのものを買いました。

次に四角いスポンジでこちらのほうが安いので買ってみました。

やはり丸いポットだと四角いのでうまくスポンジがはまらないので3Dプリンターで四角いポットを作りました。

丸いポットもいちいち買うのもなんなので、3Dプリンターで作ってみました。左側が自作のポットです。こちらもサポート材なしで作ったのでポットの底のほうがフィラメントが空中を舞うのでちゃんと固まらない場合が多いのですが使えれば問題なし。

四角いスポンジに合うように四角いポットも作ってみた。↓右手前の2つ。

鉢 四角

ポットの3Dデータはこちら。上下逆に3Dプリントすると上のほうがちょっと弱くなりますが、サポート材なしでプリントできます。

鉢 3Dデータ

3D design '水耕栽培 鉢' created by Bey.jp with Tinkercad.

これでサイドオーバーフロー循環の仕組みができあがりました。

まずは完全手動で小松菜を育てる

小松菜は2月ごろから育てられて比較的強いというので2月頃にまずは小松菜から育ててみました。

最初なのでこの本のとおりにやってみましたが、途中からかなり省略してます。

1/16 種植え

種の上にトイレットペーパーを敷くようなのでやってみました。でもなくても行けそうで掃除が大変なので今はトイレットペーパーは上に敷いてません。

種上

種はスポンジ1個につき2つ入れて暗所に置いておくと発芽します。発芽したら外にだして豆腐の空きパックなどに入れてもう少し大きくなるまで様子をみて定植していきます。

1/24 発芽

発芽したので外に出します。

発芽

1/26 日光に出す

発芽したものから順に日光に出すと葉が緑色になる。しばらくこの状態で毎日水をあげながらもう少し大きくなるまで待つ。

発芽 日光

1/30 新しく種植え

今回はトイレットペーパーを被せないでやってみたが普通に発芽した。小松菜は14度とかなり寒くても発芽する。

トイレットペーパーなし

2/5 たくさん芽が出たけど、放置したので一部枯れた・・・

たくさんの芽がすくすく育ちましたが、水耕栽培の容器をまだ加工していない時だったのでそのまま水もやらずに放置してたら枯れて(左下)きてしまいました(泣)

目が出た 一部枯れる

2/10 枯れてない苗を自作水耕栽培の容器に定植してみる

左下の苗は水をあげなかったせいで枯れてきてますが、真ん中・右側はすくすく育ってきたので定植してみる。

目が出た 一部枯れる 2

こんな↓感じに定植した。まだチューブ設置前で水は循環していない時。

定植

水耕栽培の容器の構造変更

最初のやり方は以下のように本に書いてあった方法に近いやり方でポットの底面にダスター(紙のようなふきん)、その下に水切りネットを敷くようになっていました。本では100円ショップの水切りトレーを使うようでしたが、容器はスクエアボックスを使いますので水切りネットの下には100円ショップで買った水切りトレーを敷いてその下に3Dプリンターでプリントした台を置きました。

水切りネット

容器にはポットの下にダスターや水切りネットを敷いてポットの下のほうのスポンジに水が付いている状態にするようです。

3Dプリンタで作った台

3Dプリンタで作った水切りトレーを支える台(右側の白い筒)

根が下のほうに伸びてきて水を吸うようになるのですが・・・以下のようにダスターに根が絡みついて水を循環するときやゴミが溜まりそうなのでダスターと水切りネットは取り外しました。

ダスター

ダスターや水切りネット・水切りトレー、3Dプリンタの台をすべて取り除いて以下のように変更してみました。小松菜の場合のみかもしれませんがちゃんと根っこが水中に伸びて育ちました。

ポットの底に水位があがるようにバルブを調整しておけばスポンジがいつも湿った状態になります。

現在の水耕栽培

容器の中にある材料はポットだけにしました。これでちゃんと小松菜以外にも野菜が育てばよりシンプルに水耕栽培ができそう。

3/12 緑藻(緑コケ)発生(泣)

最初は黒いスクエアボックスを使っていましたが、やはりホワイトのほうが清潔感があってよさそうなのでセリアの白いスクエアボックスを導入したら・・・緑藻が発生!!

セリアのスクエアボックスは薄いので容器が少し透けて光が入ってくるので緑藻が発生した。黒いのは発生してないか?あまり発生していないようです。

なので白いスクエアボックスは表面をスプレーで黒く塗りました。100円で黒いのを買えばいいのですが、バルブをつけたりフタに穴を開けたりする加工が面倒なので黒くして使います。

ちょい汚らしいので画像を小さくしておきました。興味ありましたらクリックして御覧ください。

緑コケ

イケアのスクエアボックスのほうは容器に厚みがあるので光があまりはいらずポットやチューブの穴のすき間から光が入ってきますが、それほど緑藻が発生しないのでそのまま使います。

緑コケ IKEA

3/24~28 すくすく育つ

↓左右の定植した苗は育ってきてますが、真ん中の豆腐パックに入れた苗は水をやり忘れて・・・枯れ気味。

すくすく育つ 枯れてきた?

定植したのはかなり頑丈に茎が太くなってちょっとやそっとでは枯れそうになくなった。

すくすく育つ 強力に根を下ろす

3段にしてチューブで液肥循環するようにした。

すくすく育つ

3/21ごろ

パクチーの種を植えて10日後くらいに芽が出たが水やりサボってたら葉先が黒ずんで枯れてしまった・・・(泣)

すくすく育つ パクチー枯れ気味

4/10 現在

現在はこのようになっています↓まだ小松菜しかちゃんと育っていない状態です。種はいくつか植えましたが定植するまでは弱くちょっと水やりをサボると枯れてしまう。難しいです。

現状の水耕栽培

現在は1~3日に1回手動で水耕栽培の容器に水を循環させるUSBの水中ポンプに電源を入れて水を循環させています。

Eペーパー壊れたかな?

Banggoodから送られてきた7.5インチのEペーパーディスプレイにセンサーで取得した温度・湿度・飽差などの環境数値を表示しようとして、3Dプリンターで枠を作って強力磁石で棚にとりつけたところ・・・↓

Eペーパー7.5インチ

磁力でおかしくなってしまった(泣)

Eペーパー7.5インチ 壊れた

このEペーパーは磁力で色を変えるようなので近くに磁石があるとうまく動かないようです。

枠の4隅に↓磁石をはめ込んでいた。

Eペーパー7.5インチ 壊れた 裏

磁石を取ってしばらく通電させたら一瞬治ったようですがまたちょっと磁力をあてたら壊れた・・・治るかな?治し方知っている方いらっしゃいましたら教えてくださると喜びます。

最初はこのように↓くっきりと表示されていた。が、表示するまでが遅い10数秒かかるのであまり実用的ではない。

以下の7.5インチEペーパーとラズパイを使って表示させていました

室内で水耕栽培していきます

最後、まとまりがなくなってしまいましたが現状の水耕栽培でした。これから半自動化していきます。

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