改裝冰箱成為植物生長箱



有些食蟲植物喜歡比較冷涼的環境,所以在台灣這樣炎熱的環境之下,必須提供人工控制的環境,才有辦法栽培那些食蟲植物。對於個人小規模的栽培來說,改裝冰箱成為植物生長箱是最好的解決方法。那麼要如何改裝冰箱呢?

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開始迷上食蟲植物的栽培者,幾乎每個人都會瘋狂收集品種。然而很不幸的是,有不少美麗的食蟲植物是不太適合生長在台灣的氣候,那些食蟲植物通常要求環境必須比較冷涼,所以在台灣這樣炎熱的環境之下要成功的栽培那些特殊的食蟲植物,唯一的做法就是提供一個人工控制的環境。在上一篇「食蟲植物的降溫方法」已經說明了最適合個人小規模控制環境溫度的做法,就是改裝冰箱。以下我將來介紹怎麼自己改裝冰箱來作為植物生長箱。

選購冰箱

首先來談談該要選購什麼樣的冰箱。用來栽培食蟲植物的冰箱,最好的選擇就是使用販賣飲料用的透明門冰箱,因為它的門是透明的,可以方便我們觀察種在裡面的植物的生長狀況。一般家用冰箱並非不可用,只是因為它的門不是透明的,不便於觀察,而且它的門有做置物架,那便會占用冰箱內部的空間。

由於我是第一次使用冰箱來栽培食蟲植物,在之前並沒有改裝的經驗,所以我想就先弄小一點的規模來試驗,以免花掉太多錢。一般我們看到比較小的透明門冰箱是單門的,約一個人高。不過後來發現有更小的,是約為一半高的透明門冰箱。這樣子的冰箱在市面上,較容易買到的廠牌有韓國大宇和大陸海爾這兩個品牌。或許還有別的廠牌,只是在網路上就只看到這兩個廠牌而已,價錢都是差不多,一個9千多元。如果想要買,可以直接在網路商店下單,或是去販售餐飲設備的商店訂購。我個人是認為去實體店面訂購較好,因為可以和對方約定送貨的時間,而且價錢也稍微比網路上便宜一點。

市面上還有更小型的冰箱,那一類的冰箱都是使用冷熱晶片來降溫。不過我不建議使用那麼小的冰箱,因為放不了幾盆食蟲植物,而且那種冰箱的降溫效能不好,比傳統的壓縮機差很多,品質也多半不好,用沒多久就不會冷了。


這是向餐飲設備行訂購來的冰箱,內容量為123公升。

改裝冰箱溫度控制的原理

在實際改裝冰箱之前,先來介紹我們要怎麼去改變冰箱的溫度控制。這一篇文章先介紹恆溫控制的方法,以後再來介紹如何做到日夜溫差的控制。

像這種小型的冰箱,它的溫度控制範圍多半很小,大概是10到0度之間,所以如果要用來栽培植物是一定要去改裝的。有些比較大型的冰箱是採用數位式的溫度控制器,只要那個機種的溫度設定範圍可以達到室溫,那就不需要改裝,直接就可以用了。

改裝冰箱雖然並不是很難,不過若你只需要恆溫控制而不用日夜溫差,其實可以請人直接改裝就好了,在購買前先詢問對方是否有提供改裝的服務,然後要求對方將溫度改成25到27度。若你對於自己動手做很有興趣,那不妨繼續看下去吧!

在以前,我認為改裝冰箱就是必須拆了冰箱,必須直接控制壓縮機的運作。不過後來我發現根本就沒必要這麼做,我只要控制冰箱總電源的開或關就夠了。因為大多數的冰箱其控溫原理很簡單,就只是控溫器測到冰箱的溫度不夠冷了,就啟動壓縮機。當溫度降下來,達到控溫器的設定值時,控溫器就把壓縮機的電源切斷,如此而已。而冰箱平時一直插著電,目的只是讓冰箱裡的控溫器能發揮作用、讓冰箱內部的風扇送風,而且還提供冰箱內燈光所需要的電源,否則壓縮機並不需要通電來維持待機狀態。

如果你對於上面這一段話還是看不懂,那我換另一個方式來說明。來試著想像一下,如果我們用「人力」來控制冰箱的溫度,那就是先在冰箱裡面放一支溫度計,當我們看到冰箱裡面的溫度計所顯示的溫度不夠低時,我們就把冰箱的插頭插到電源上,冰箱就啟動,然後開始降溫。等到我們看到溫度計顯示的溫度已經低於我們的設定,那我們就把冰箱的插頭從電源上拔下來,冰箱就不會再降溫了。過一陣子,冰箱裡的溫度上升,我們再插上插頭,溫度降了,就拔掉插頭。如此反覆下去,冰箱裡的溫度就會維持在我們想要的溫度範圍了。

當然啦!我們怎麼可能天天守在冰箱的旁邊來控制溫度呢?所以以下就是要介紹怎麼做一個可以控制冰箱溫度的溫度控制器,只要把測溫棒放入冰箱,把冰箱的插頭插在溫度控制器上,就可以控制冰箱的溫度了。


做好的溫度控制器外觀,是用一個塑膠盒將所有的零組件安裝起來。


溫度控制器的背面,左邊那條黑色的電線是溫度控制器的電源線,右邊那條灰色電線是冰箱的電源線。

選購溫度控制器

溫度控制器就是這個冰箱改裝當中最為重要的元件,不過在選購上是有點難度,因為溫度控制器的規格非常多,一種型號之下細分幾十種規格,而一個廠牌底下又有好幾種型號的溫度控制器。當然,廠牌也有好壞之分,這好壞的差別就在於可靠性,好的品牌的產品比較不會故障,差的廠牌就比較難講,運氣好可以用很多年,運氣不好則可能用沒幾年就壞了。

我在選購溫度控制器時,是以品牌為導向。因為想要改裝冰箱,目的就是要用來栽培那些比較難種的食蟲植物,而那些食蟲植物的價位也比較高,所以溫度控制器的可靠度便是最主要的考量。我不想為了省錢,買了一個很便宜的溫度控制器,結果在某一天失控,就毀掉辛苦的收集。

我選購的品牌是OMRON,這是日本一個著名的工業自動控制產品的品牌,也有台灣的分公司「台灣歐姆龍」。若你從未接觸過溫度控制器,可以去台灣分公司的網站註冊一個免費帳號,便可以下載型錄和說明書先來研究,然後再來購買。如果你真的想要買的話,請不要直接向台灣分公司購買,因為他們不零售,你應該是去電子零件行訂購。

我買的這個溫度控制器只是陽春機種,就只能控制升溫或是降溫,沒有其它複雜的功能。這樣等級的溫度控制器約要3到4千元,小廠牌的則約一兩千元就有了。

在選購上最重要的是要注意它的規格。買錯規格的話,輕則你必須加買或改買其他的零件去配合那個溫度控制器,重則無法用在你的冰箱。我簡單介紹我所選購的規格,我買的型號是E5CN,在電源上,我選用100到240伏特的交流電,有別的規格是使用24伏特直流電;在控制輸出上,我選擇繼電器輸出,有別的規格是電壓或電流輸出;在安裝上,我選擇端子台的機種而非插板式的機種;在溫度量測方式,則選擇它是直接可接測溫棒的機種,而不是選擇接受電壓或電流訊號的機種。

買了溫度控制器之後,還要記得買測溫棒。測溫棒的規格也很多,不過主要分為兩大類,一種是白金電阻測溫體(Platinum resistance thermometer),另一種則為熱電偶(Thermocouple)。前者測得比較準,後者比較便宜。我當初是選購白金電阻測溫體,一支便要一千多元了,不過我現在認為選購熱電偶就夠好用了,只是熱電偶的規格較多,必須先讀說明書,了解各種規格適合的量測範圍,我認為使用J或K型即可;假如要購買白金電阻測溫體,則選擇Pt100。在電子材料行有販售現成的測溫棒,不過也可以訂做,可以選擇測溫棒的種類、外型、安裝方式及導線長度。


OMRON溫度控制器,它並不大,為邊長4.8公分的正方形,上面有4個按鈕。


連接在溫度控制器上的測溫棒,這是為白金電阻測溫體Pt100,是訂做的,前端不鏽鋼那一段的長度約為5公分長。

溫度控制器的組裝

當溫度控制器及其他材料都準備完畢之後,便可以開始動工了。我們必須把這些零組件先組裝在一個盒子上,再來接線。這種盒子可以在電子材料行買到,它的用途就是用來安裝電路板或是儀器設備,以作為保護或是絕緣之用。這種盒子有全塑膠或全金屬做的,也有盒子是用塑膠做的,面板則是鋁做的。在這篇文章所用的是鋁製面板的塑膠盒,好處是儀器或零件安裝在鋁板上會比較堅固,不過缺點是在鋁板上挖洞會是比較困難的。所幸有「剪洞器」,要在鋁板上剪出特定形狀的洞就不會太難。


把盒子打開來的樣子,其實裡面的構造很簡單,不過就是一些零組件用電線連接起來而已。


溫度控制器是嵌入在鋁製面板上,再由那個白色的框架把溫度控制器固定住。


插座和開關嵌入另一面鋁製面板,它們本身有彈片可以卡住,只要洞的尺寸剛好,就會卡得很緊。


這是專用在鋁板上開洞用的剪洞器,最大可剪1公釐厚的鋁板。剪洞時很省力,比起用剪刀剪瓦楞紙還容易。

把前後面板所需要的洞挖好之後,就可以安裝溫度控制器和其他的零件。通常儀器會附有安裝工具,開關和插座等零件則有彈片可以卡住面板,或是用螺絲來鎖在面板上。不過假如孔洞挖得太大,那些儀器和零件的安裝就不會很緊,而會鬆動。這種情況是不安全的,補救的方法是用AB膠把零組件強制黏在面板上。

儀器和零組件安裝好之後,就可以開始接線。接線並不難,只要搞清楚溫度控制器上每個端子的功能,還有就是要小心辨認電源線的接法。只要全都接對了,就會正常運作了。

接線時另外需要注意的就是要接得牢靠,而且做好適當的絕緣工作。溫度控制器的背面是端子台,繼電器的底座也是端子台,所以電線需要先夾上端子,再固定到端子台上。如果直接把電線插入端子台,那樣的做法是不可靠的,可能會有鬆脫的疑慮。電源插座和開關的接線也可以使用端子,或是用銲接的方式,只要接得夠牢固就可以了。

溫度控制器上有兩個接點是用來控制冰箱的電源。其實那兩個接點是溫度控制器裡面的開關,當溫度控制器讓開關在「開(On)」的狀態下,那兩個接點就會接通,就可以讓電流通過去,而得以啟動冰箱;如果在「關(Off)」的狀態,那兩個接點就成為斷路,電流過不去,冰箱就關掉了。不過,溫度控制器的那個內部開關所能承受的電流不高,如果直接控制冰箱的電源,就很容易超過負荷而弄壞那個開關。解決的方法就是使用繼電器,讓溫度控制器來啟動繼電器,而繼電器可以用來接通更大的電流,這樣就可以安全地控制需要大電流的設備了。

全部接好之後,把電線整理一下,視情況用束帶綁起來,固定在盒子底部,然後再把盒子組起來,鎖上螺絲,這樣就完成了。等到做到這個步驟,才可以接上電源線來確認溫度控制器是否能正常運作,如果在盒子打開的情況下通電,那會有觸電的危險。


溫度控制器的接線並不難,右排那兩個端子接的是溫度控制器的電源,左排下方3個端子是接測溫棒,左排上方那兩個端子則接到繼電器上。


電源線的連接也不困難,只要搞清楚每一條線的電性是什麼,不要接錯就好了。


用來接通大電流用的繼電器,讓它直接來接通冰箱所需要的電源。


這種繼電器是插座式的,因為它的底座是端子台,要接線時會比較容易。


在蓋上盒蓋之前,再次檢查電線有沒有接錯,並把電線整理好。

溫度控制器的設定

做好控制器之後,接上電源,溫度控制器就會啟動,不過這個時候還不可以使用,因為出廠的設定值並不一定符合我們的需求。要修改設定值請參閱說明書來進行。首先要設定感溫棒的種類,要設定正確才能測到正確的溫度。接著要設定溫度控制器要怎麼控制溫度,由於我們是要做降溫控制,所以就設定成溫度高於設定值時讓溫度控制器的控制狀態為「開(On)」。然後,在溫度控制的控制策略選擇On/Off控制,而不要選擇PID或其他的控制方式。雖然PID之類的控制策略可以讓冰箱的溫度變動更小,然而它會讓冰箱的壓縮機頻繁啟動,會縮短壓縮機的壽命。
另外有一個重要的設定是「遲滯(Hysteresis)」。在說明什麼是遲滯之前,我們先來假想一個溫度控制上的情況。假設我們讓溫度控制在27度,啟動溫度控制器之後,溫度控制器測到冰箱內的溫度比設定值高,它就啟動冰箱,冰箱就開始降溫。當溫度降到27度附近的時候,問題就出來了。由於溫度的量測會受到環境溫度不均勻及雜訊的影響,所以溫度的量測會有跳動的現象,例如可能現在測到溫度為27.0度,下一秒回到27.1度,再下一秒又跳到27.0度,往往得來回跳動幾次,溫度控制器才會顯示出平穩的數值。這樣的量測結果也就造成溫度控制器頻繁地開關冰箱的電源,這就會縮短電器設備的壽命。在降溫的過程還好,因為冰箱降溫的過程較快,所以溫度很快就能通過設定值,溫度控制器便能「果斷地」切斷冰箱的電源,然而當冰箱受到外界的熱而開始升溫時,由於升溫的速度很慢,所以在到達設定值時,就更容易遇到量測值來回跳動的現象,因而頻繁開關冰箱。

為了解決這個問題,溫度控制器都可以讓我們設定遲滯的範圍。假設我們設定遲滯1度,這樣,當冰箱在升溫時,它必須升溫到28度,溫度控制器才會啟動冰箱的電源,直到冰箱降到27度,才切斷電源,這樣就解決了溫度到達設定點附近會頻繁啟動冰箱的問題了。這個設定有點像是要溫度控制器不要那麼「敏感」。至於該要設定遲滯多少度,則要看實際運作的情況。遲滯設定越大,則冰箱溫度變動越大,可能一小時內就有10度的溫差,對植物不好;遲滯設定較小,則冰箱溫度變動較小,但是冰箱就會比較頻繁運作,有損冰箱的壽命。較好的設定方法是找一個可以記錄最高和最低溫度的電子溫度計,然後測試幾種遲滯設定值,只要溫度變動為5度以內就可以了,但不需要控制到溫度變動在一兩度之內。在我的冰箱設定中,我是設定遲滯為1度。

冰箱內部設備的架設

完成溫度控制器的組裝及設定之後,冰箱就可以依你的設定控制在固定的溫度了。接著,我們就要在冰箱裡面架設燈具。由於我所選用的冰箱較小,所以就產生一個麻煩的問題,那就是該要架設什麼樣的燈具。目前最好的燈具是T5燈,因為它是目前家用燈具之中最省電的,詳細可參考之前寫過的文章「使用高效能的T5燈管來栽培食蟲植物」。不過如果想要放到我的冰箱裡,只能選擇8瓦的規格,才夠短得放得進去。8瓦的T5燈比較少見,通常是作為櫥櫃燈之用,似乎只能在網路上訂購。

原先我是想要自己組裝LED燈具用在冰箱裡,所以四處調查資料,也試做一個來用看看。依據前人的研究,指出植物行光合作用只需要紅光和藍光,所以使用紅光和藍光的LED來組成燈具,最大的好處就是可以省電,因為不需要把電力浪費在產生對植物沒有幫助的波長的光。

不過後來我試做LED燈具的效果並不好,大概是光線不夠亮的關係。另外,當我對LED了解越多,也就了解到越多的問題。首先是LED燈具的架設需要裝很多個LED,我估計一層的栽培架就要用到100個LED,所以在製作上就很費工。另一個問題是供應LED的電源並沒想像中的簡單,我之前採用電阻來限制通過LED的電流,雖然它的成本很低,但是它的效能不好。如果要採用效能較好的零件,則成本又會貴上許多。最後一個問題就是LED並沒想像中省電,市面上標榜LED很省電,全都是誇大不實的廣告!最近消費者文教基金會發佈一篇檢測報告「LED燈比較省電?測試評比」,結論便指出市面上現有的LED燈具既不夠亮又太貴,LED燈具要達到真正有實用價值,還需要等好幾年。

因此,LED燈具的DIY便暫停了。在目前仍未找到適合的燈具之下,我使用8瓦的Philips省電燈泡應急一下,用來照射一些食蟲植物。雖然不甚滿意,不過看起來運作良好,食蟲植物已經會變紅了,表示這樣的光照強足已經足夠了。

除了燈具之外,還需要在裡面加裝一個小風扇來送風,這樣溫度才會均勻,而不會有局部高溫或低溫的問題。這種風扇只是電腦散熱用的風扇,可以買靜音型的機種就不會有明顯的噪音。

另外,還需要注意溫度控制器的測溫棒必須放置在適當的位置,它必須要固定好,而且放在通風的地方,這樣才能反映出冰箱內當前的溫度,才能做出正確的控制。而電源線進入冰箱的方式,我只讓電源線從冰箱的門縫進入而已。我不建議你對冰箱打洞來放電源線,因為冰箱的外殼裡面有些地方埋有散熱管路,如果破壞了散熱管,冷媒就流失,冰箱就壞了。


目前臨時架設的裝置,有LED燈、省電燈泡和一個風扇。


使用普通的電腦用散熱風扇就可以了,不過必須再為它買一個12伏特的變壓器供它使用。


試作的LED光源。


電線從冰箱上方的門縫進入。由於冷空氣較重,所以冰箱裡的冷空氣並不會從這個縫隙流失。

栽培成果

這個冰箱約在一個月前開始放入植物。由於燈具不足的關係,所以目前只放入急需要涼爽環境的植物。一開始我放入的植物有毛氈苔Drosera capensisDrosera hamiltonii和土瓶草Cephalotus follicularis,不過當時我對冰箱的溫度設定不當,溫度較低而且變動太大,結果原先就生長不好的Drosera capensis和土瓶草死傷慘重。之後我把省電燈泡放進去,設定較適當的溫度,再把剩餘存活的Drosera capensis挑出來換盆,也重買一盆土瓶草,現在就看得出來有比較好的生長效果了。等到未來把燈具架設齊全,便可以再採購新的食蟲植物。


Drosera hamiltonii在前一陣子剛被換過新的栽培介質,所以外觀看起來還是狼狽不堪的樣子,但其實它已經開始展開新的葉子。


新買的土瓶草只接受側面的光線,不過有受光的那一面就開始變紅了。


倖存下來的Drosera capensis開始抽出新芽。

後記

我之所以會做這樣的自動控制,是正好在讀研究所的時候,因為研究上的需要而必須要學會這些技術。那時候我的研究題目是利用電腦來控制醱酵槽,使得細菌的培養效果可以更好。在我讀研究所之前,完全沒碰過這樣的裝置,而且在大學時修電腦相關的課程也沒學得很好,老師出寫程式的作業我幾乎都不會寫。誰知道在幾年之後,我就必須寫程式,也必須學習怎麼把電腦和儀器連結起來。

不過我承認,對於從未接觸過這一方面的人來說,真的是會不知道該如何著手。當初我在自學自動控制時,是實驗室已經有了一些基礎,我有學長和老師可以請教,之後再自己讀儀器的說明書和相關的書籍,漸漸才了解這方面的知識。等到我做出來的東西比前人做的還要複雜,就沒得請教,只能靠自己來了。

我寫這一篇教學,並非是要寫出一篇詳細到任何人只要按圖索驥就能做得出來的文章,因為若要寫到那樣,篇幅會更長,而另一方面,我也無法保證你能夠買到和我所買的是一模一樣的零組件。寫這一篇的目的,是讓你了解自己做溫度控制器是怎麼一回事,只要你看得懂這篇文章所寫的內容,或許就能讓你有勇氣去嘗試。如果你並非理工背景,平時也欠缺DIY的經驗,或許可以請具有電機背景的親朋好友來協助。如果你因為這篇文章而開始改造冰箱,那恭喜你,你對食蟲植物的狂熱又向前邁進一步了。
名稱

Books,2,Dionaea,1,Dormancy,9,Drosera,15,Events,24,Fertilization,6,Growing,44,Humidity,7,Instrument,18,Knowledge,4,Life,7,Light,12,Medium,11,Nepenthes,18,Photography,3,Propagation,6,Roridula,1,Science,5,Suggestion,12,Temperature,3,Utricularia,3,Visit,5,Water,6,
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漫步在食蟲植物的奇幻異境: 改裝冰箱成為植物生長箱
改裝冰箱成為植物生長箱
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