Design and manufacturing of a bio multimeter for plant growth and soil analysis data adquisition

Hoy en día, la educación avanza lentamente hacia el aprendizaje basado en la investigación, que incita a los estudiantes a formular preguntas sobre un tema e indagar hasta a encontrar las respuestas. Para fomentarlo, se diseñará y fabricará una herramienta para asistir en las clases de biología de colegios en Colorado. Permitirá a los estudiantes realizar sus propios experimentos al aire libre. El objetivo fundamental de estos experimentos es determinar cómo algunos factores ambientales, como el pH del suelo, el contenido de nitrógeno, fósforo y potasio en el suelo, afectan el crecimiento de las plantas.
El primer aspecto de diseño a considerar es el hecho de que los componentes electrónicos deben estar aislados de la interfaz de usuario para garantizar que se cumpla la protección IP63. Para lograrlo, una tapa aislante fue diseñada para ser apoyada y atornillada en una moldura impresa en 3D. La tapa en sí se cortaría con láser a partir de una lámina de acrílico debido a sus buenas propiedades. Otro diseño a tener en cuenta es la carcasa de la cámara Raspberry Pi, que se utilizará para hacer fotografías de las disoluciones sólidas basadas en agua de pH y NPK. Con ello obtener el valor de las diferentes propiedades comparando el color de la disolución con las tarjetas de comparación. Para comparar ambos colores, se desarrollará un script Phyton. Se debe tomar una imagen de la disolución, por lo que se diseñó una carcasa para la cámara, impresa en 3D para fijar la cámara en su lugar.
Los datos serán recolectados, utilizando diferentes sensores, y calibrados por el microcontrolador (Arduino). La información se enviará al SBC (Raspberry Pi), que se procesará junto con la comparación de colores de las imágenes y se enviará a la plataforma Google Cloud IoT de forma inalámbrica.

Nowadays education is slowly moving towards inquiry-based learning which encourages students to ask themselves questions about a topic and, furthermore, find the answers to those questions. To implement it, a tool to assist in biology classes in schools of Colorado is to be designed and manufactured. It will allow students to conduct their own field experiments. The fundamental objective of these experiments is to determine how some environmental factors, such as, soil pH, Nitrogen, Phosphorus, and Potassium soil content, affect plant growth.
The first design aspect to consider is the fact that the electronics must be insulated from the user interface to ensure the protection IP63 is satisfied. To achieve that, a lid was designed to be supported and screwed onto a 3D printed trim. The lid itself was to be laser cut out of an Acrylic sheet due to its good properties.Another design consideration involves the Raspberry Pi Camera, which will be used to take pictures of the pH and NPK solutions to obtain the value of the different properties by comparing the color against the test strips. To compare both colors, a Phyton script will be developed. An image of the water-based solution needs to be taken, so a 3D printed camera case was designed to hold the camera in place.
The data will be gathered, using different sensors, and calibrated by the microcontroller (Arduino). The information will be sent to the SBC (Raspberry Pi), which will be processed along with the color comparison of the images and uploaded to the Google Cloud IoT Platform wirelessly.