Biz nonvascular cryptogams ortam sıcaklığı ve nem oranı ile birlikte gürültülerinden ölçer bir açık kaynak datalogger oluşturmak için basit ve düşük maliyetli bir yöntem mevcut. Biz datalogger donanım tasarımını açıklama ve adım adım montaj talimatları, gerekli açık kaynak günlüğü yazılım listesi, kod datalogger ve Kalibrasyon protokolü çalıştırmak için sağlar.
Yosunlar veya liken, gibi nonvascular cryptogams toplulukların karbon ve azot döngüsü birçok ekosistemleri içinde düzenlenmesi için katkıda bulunan Dünya’nın biyolojik çeşitlilik, önemli bir parçasıdır. Poikilohydric organizmalar olmak, onlar değil, aktif onların iç su içeriği kontrol ve onların metabolizma etkinleştirmek için nemli bir ortam gerekir. Bu nedenle, nonvascular cryptogams su ilişkileri eğitimi onların çeşitlilik desenleri ve ekosistemleri içinde işlevleri anlamak çok önemlidir. Biz BtM datalogger, nonvascular cryptogams su içeriği incelenmesi için bir düşük maliyetli açık kaynak platform mevcut. Datalogger ortam sıcaklığı, nem ve en çok sekiz örneklerinden gürültülerinden aynı anda ölçmek için tasarlanmıştır. Biz bileşenleri ve gerekli kaynak kodunu düzenlemek için detaylı bir protokol gibi baskılı devre kartı (PCB) için bir tasarım sağlar. Tüm bu BtM datalogger Meclisi herhangi bir araştırma grubu, önceki özel bilgi olmayanlar için bile hale getirmektedir. Bu nedenle, burada sunulan tasarım cihaz ekologlar ve alan biyologlar arasında bu tip kullanımı halka sevdirmek yardımcı potansiyeline sahiptir.
Nonvascular cryptogams toplulukların her bir yerde ve karasal ekosistemler1kez ihmal edilmiş bir parçası vardır. Onlar çok farklı küçük ölçekli organizmaların bryophytes ve liken üstün birincil üreticileri olan arasında bir toplam yapılır. Bu iki grubun organizmaların onları benzersiz kılan bir fizyolojik karakteristik paylaşmak: poikilohydry, ya da aktif olarak kendi iç su içeriği denetlemek için yetersizlik. Çevre yeniden nemli olduğunda hücreleri yanıt olarak devam eder ve nem seviyesinin düşük kurudu zaman metabolizma vazgeçti beri bu2fizyolojik süreçlerinin derin etkileri vardır. Sonuç olarak, nonvascular cryptogams kuraklık bu ile başa çıkma yerine çevre–dan soğuk ve sıcak çöl tropik3,4‘ e geniş bir hayatta kalmak bu toplulukların sağlayan2, kaçının.
Ayrıca, onlar da nispeten basit yapıları göstermek ve düşük besin gereksinimleri vardır. Bu özellikleri onları microclimatic koşullarına son derece hassas olun. Aslında, nonvascular cryptogams sık sık dünyanın çeşitliliği önemli bir bölümünü oluşturan minyatür ekosistemleri oluşturan damar bitkilerin büyük bir boyut için kullanılamaz bir niş yer kaplamaz. Bryophytes ve liken yalnız neredeyse 40.000 türler arasında (ca. 20.000 bryophytes sensu lato5,6 ve ca. 20.000 liken7) bulunur. Ayrıca, Dünya’nın biyolojik çeşitlilik yaptıkları katkı beri kendi toplumlarına tür mantar, çeşitli florası yaşayan ve mikorizal Mantarlar, epiphytes büyüyen N sabitliyor siyanobakteriler dahil olmak üzere çok sayıda sığınacak bir yer teklif bile büyüktür ve mikro-omurgasızlar, tardigrades, collembola, myriapods, böcekler ve su tutma kapasitesi ve tamponlu koşullar içinde bu minyatür ekosistemler. yararlanmak akarları gibi sayısız
Sigara-vasküler cryptogams toplulukların da biyojeokimyasal karbon döngüsü Yönetmeliği için katkıda bulunur. Kuru ekosistemleri, sözde biyolojik toprak kabuklar onların yüzey%8 40 kadar kapak ve karbon lavabo olarak önemli bir rol oynamaktadır. Son bir daha gözden geçirme biyolojik toprak kabuklar kuru ortamlarda tüm karbon karasal bitki örtüsü ile sabit % 7’si tespit tahmin. Ayrıca, bryophytes veya liken veya her ikisinin birleşimini nerede birincil üreticileri – bazı boreal orman sistemleri veya turba bataklıkları – gibi diğer ekosistemler içinde % 30 ve % 100 toplam net birincil verimlilik10,11 arasında ürettikleri . Onlar da bu organizmalar gibi ılıman ormanlar hakim olmayan ekosistemleri içinde önemlidir. Gerçekten de, orman kat bryophytes yaklaşık % 10 yıllık bir karbon alımını denk vardı orman kat solunum Yeni Zelanda ılıman yağmur ormanlarında. Ayrıca, onlar da bu toplumlarda epiphytes biyolojik azot4küresel miktarı neredeyse % 50 sabitliyor gibi yaşayan siyanobakteriler beri azot fiksasyonu için önemlidir.
Çevreye suda kullanılabilirliği üzerinde fizyolojik faaliyetlerini bağımlılık nedeniyle, her iki çeşitliliği nonvascular cryptogam topluluklar ve ekosistemler onların işlevlerinde güçlü su içerik2üzerinde bağımlı. Aktif onların dokularda su içeriği kontrol edemez beri rolleri karbon denge ve azot fiksasyonu hidrasyon ve kurutulma döngüleri ile birleştiğinde ve bu nedenle, aralığı ve periyodik olarak kuru-ıslak döngüleri bağlıdır, unutmayın. Böylece, su içerik durumunu gerçek zamanlı olarak bu organizmaların işlevleri anlamak için anahtar olduğunu bilerek ekosistemleri içinde cryptogams tarafından gerçekleştirilen.
Rağmen önemini geliştirme yöntemleri su ölçmek için içerik ve fizyolojik faaliyet poikilohydric organizmalarda nispeten yavaş olmuştur. 1991’de Coxson12 doğrudan liken su içeriği ölçmek için bir ilk yaklaşım yaptı. Sonra da vardı böyle bir çalışmanın bir boşluk kadar yeni bir gelişme, çeşitli eserler yöntemleri fizyolojik durumuna nonvascular cryptogams13,14,15yönelik tedbirler yaklaşık sağlandığında, 16. Bununla birlikte, böyle bir bilgiye hala kıt ve dağınık, ve bu çalışmaların çoğunlukla toprak kabuklar4,8tarihinde odaklandık. Ancak, bryophytes ve liken da ılıman, boreal ve Kutup bölgelerinde1, özellikle de birçok diğer ekosistemler içinde ilgili bir rol oynamaktadır ve önemleri toprak topluluklarda sadece aynı zamanda epifitik topluluklar büyüyen için önemlidir ağaç ve kayaların üzerinde saxicolous topluluklar. Araştırma bu eksikliği kısmen kendi ekipman kurmak için araştırma grupları zorlar piyasada bulunan ölçüm dataloggers yokluğu bağlıdır. Nispeten büyük ölçüm ağlar nonvascular performansını temsilcisi veri toplamak için gerekli uygulama maliyetini önemli ölçüde artar bu yüzden bir datalogger geliştirme çoğu ekologlar var mı, belirli bilgi gerektirir cryptogams boyunca çevre ve yaşam alanı gradyan.
Bu yazıda, biz bir datalogger ortam sıcaklığı ve nem oranı ile aynı anda nonvascular cryptogamic organizmalar gürültülerinden ölçme yeteneğine sahip oluşturmak için basit ve düşük maliyetli bir yöntem mevcut. Bu özerk nispeten uzun bir süre (iki ay) için kaydetmek için programlanmış ve sert açık alan koşullara dayanacak şekilde sağlam. Basitliği nedeniyle ekologlar ve dataloggers veya uzman personel eksikliği bu araştırma grupları, geliştirilmesinde özel eğitim olmadan alan biyologlar için yararlı bir araç olacaktır. Bu nedenle, bu datalogger bu tür bir aygıtı kullanımı halka sevdirmek yardımcı potansiyeline sahiptir.
Düşük güç ve düşük maliyetli datalogger en çok sekiz farklı kaynaklardan gürültülerinden ölçmek ve çevre sıcaklık ve bağıl nem aynı anda kaydetmek mümkün geliştirdik. Cihazın Coxson’ın tasarım12 ‘ den sonra tasarlamış ve uygulamıştır bir açık kaynak platformu (Malzemeler tablo). Amacı derleme ve güç verimliliği kolaylığı öncelik vermek için ve uzun vadeli teçhizatları bakımını kolaylaştırmak için oldu. Tasarım bir makale Açık kaynak bina bilim Sensörler (OSBSS)17tarafından türetilmiştir. Bu tasarım cryptogams ve daha kompakt ve kolay üretmek yapım empedans okumak için ekleyerek ek devresi tarafından güncellenmiştir.
Sonuç BtM Kurulu (Bryolichen sıcaklık nem kurulu), bir açık kaynak baskılı devre board18. Her yönetim kurulu yüksek enerji tasarruflu mikroişlemci (Tablo reçetesi) tarafından denetlenir. Çevre sıcaklık ve bağıl nem veri precalibrated gelir ve düşük güç tüketimini bir yana, bir yeterli fiyat-performans oranı vardır bir sıcaklık ve nem sensörü toplanmış bulunuyoruz.
Yönetim kurulu bir dijital iletişim protokolü (Standart SPI seri) ölçüm döngüsü yönetmek için kullanır. Her gemide monte gerçek zamanlı saat (DS3234) doğru zamanlama sağlar. Enerji tüketimini azaltmak için işlemci çoğu zaman bekleme modunda kalır. Her zaman veri toplanması gereken, gerçek zamanlı saat işlemci etkinleştirir ve günlüğe kaydetme işlemi tetikler. Gerçek zamanlı saat doğru tarih ve saat her veri çalışmasının kaydetmek için de kullanılır.
Sekiz moss ve/veya liken kadar örnekleri bir BtM yönetim kurulu kullanarak paralel olarak kaydedilebilir. Deneme ayarlandığında iki timsah klip elektrot problar her yosun/liken örneğine uygulanır. Sonra bir gerilim bölücü elektroda ve bilinen değer (Bu durumda 330 KΩ) direnç başvuruyla arasında kullanılır. Bu direnç değeri ayarlama seçilen ve cryptogams önceki ölçüler üzerinde temel. Bir büyüklük sırasında başvuru değeri (100-1000 KΩ) etrafında bir çözünürlük sağlar. Gerilim düşümü arabelleğe alınmış ve analog bağlantı noktalarını (A0 – A7) kullanarak mikroişlemci ile okuyun18. Gerilim aşağıdaki formül uygulanarak hesaplanır.
VI (ADCi x VCC) = / 1023
ADCi ham burada ADC (Analog / sayısal dönüştürücü) kanal değer, VCC güç Besleme gerilimi (3,3 V Bu durumda), ve 1023 ADC çıkış aralığı. Elde edilen gerilim VI sonra Ohm Kanunu ile birlikte direnç (Ri, Ω) ve her yosun örneğinin gürültülerinden (G, S) hesaplamak için kullanılır.
RI (VCC x RL) = / VI – RL
G = 1 / RI
Burada, RL direnç başvuru (330 KΩ bu durumda) değeridir. Bunu doğrudan direnç ve gürültülerinden değerleri kaydedebilirsiniz böylece Mikrodenetleyici’nın yerleşik yazılım bu denklemler içerir.
Yönetim Kurulu da ortam sıcaklığı ve nem sensörleri kullanarak toplar. Sonra her bir veri noktası bir microSD kart üzerinde bir günlük dosyasına yazılır. Bir microSD TransFlash koparma kurulu her BtM tahtada bu amaç için monte edilmiştir. Son olarak, microSD kart deneyden sonra el ile toplanabilir. Tüm veri noktalarını daha ayrıntılı bir çözümleme için bilgisayara aktarılabilir.
Bilgimizi, bu bir datalogger sıcaklık, nem ve gürültülerinden aynı anda poikilohydric organizmalar su içeriği bir proxy olarak ölçmek için tasarlanmış ilk kez bir açık erişim platformu üzerinde temel alır. BtM datalogger inşa etmek kolay ve düşük maliyetli ve yüksek kalite ölçümleri Hava nem, sıcaklık ve en az güç kullanarak empedans veri sağlar.
Basit montaj bu datalogger ana avantajlarından biri olduğunu. Bir açık kaynak projesi olarak veri günlüğü yazılım ve detaylı bir düzeni ile birlikte kullanıma hazır BtM datalogger oluşturmak için nontechnical manuel yapısını sağlar. Bu yöntem herhangi bir araştırma grubu, o bir mühendis ya da uzman teknisyenleri ile işe yaramazsa için bile hale getirmektedir. Ayrıca, araştırmacılar tarafından devre bağlanmışsa her datalogger Meclisi basılı kurulu devre kullanılırsa, bir saat ve yaklaşık 4 saat hemen gerektirir. Ayrıca, BtM datalogger son derece maliyet-etkin. Her birimi bileşenleri tahmini maliyeti yaklaşık 100 Euro, azaltılmış olabilir oldukça düşük bir fiyat olduğunu birkaç dataloggers toplu halde montaj tarafından büyük ölçekli projelerde daha da.
Farklı yönleriyle nonvascular cryptogam topluluklar fizyolojik faaliyete ilgili ölçen cihazlar uygulamaya yönelik birkaç metodolojik gelişmeler rağmen BtM bir önemli bilgi boşluğu doldurur. Raggio vd. 15 Moni-Da, fizyolojik ve microclimatic bilgisini alır bir izleme sistemi kullanır. Fizyolojik etkinlik klorofil bir Floresan, laboratuvarda fotosentetik canlılar aktivitesini tahmin etmek için kullanılan bir yöntem toplanır. Bu yöntem son derece hassas olmakla birlikte, önemli ölçüde daha BtM datalogger daha pahalı. Ayrıca, izleme sistemi geri araştırma grubu özerklik keser bir özel şirket ürün var.
Son zamanlarda yayınlanan iki diğer yöntemleri de nonvascular cryptogams su içeriği tahmin etme üzerinde temel alır. İlk termal ölçümleri (bir çift-sonda ısı nabız (DPHP) yöntemi) temel alır. Her ne kadar umut verici sonuçlar son zamanlarda genç vd tarafından gösterilmiştir 16, herhangi bir belirli düzen içinde kağıt eksikliği özel bilgi son derece zorlu montaj yapar. Son olarak, Weber vd. 14 BtM datalogger çok benzer (BWP), biocrust ıslaklık prob adı verilen bir sensör sundu. Ancak, onlar herhangi bir düzeni datalogger bir uzman yardımı olmadan inşa olasılığı yavaşlattığını, inşaat için vermeyin. Biz bu sorunu sadece inşaat düzeni aynı zamanda devre kartını datalogger montajı sağlayarak üstesinden. İlginçtir, BtM biocrusts, izole bireyler veya minderler, sadece bakır alaşımlı elektrot pins (için biocrusts) (liken veya Kara yosunları bireyler/yastıkları için) timsah klip değiştirerek ölçmek için kolayca değiştirilebilir. Gerekirse, timsahlar yalnızca bir bölümünü, iki ölçüm probu türleri arasında doğrudan karşılaştırmalar sağlayan değiştirilebilir.
BtM doğrudan fotosentez ölçmek değil çünkü sonuçlarını yorumlarken, etkinlik ve su içeriği arasındaki ilişkiyi dikkatle, ele alınması gerekir. Yakından fotosentez ve etkinlik nonvascular cryptogams kuru poikilohydric organizmanın metabolik kes ve ıslak bir etkin ilgilidir. Düz-se bile daha yüksek metabolik aktivite – ve böylece, daha yüksek bir fotosentetik etkinlik – iyi sulu bir organizmada beklenebilir ancak, fotosentetik etkinlik derecesini doğrudan su içerikten anlaşılmaktadır olabilir olamaz.
Kritik adımlar:
Montaj kolaylığı rağmen dikkatle araştırmacılar tarafından ne zaman sensörü montaj ele alınması gereken protokol bazı önemli adımlar vardır. İlk olarak, iletişim kuralında vurguladığım gibi oldukça kısa lehimleme zaman, hangi, en kötü durumda, Mikrodenetleyici için ciddi zarar neden olabilir devreleri üretmek kolaydır. Kendi için bir multimetre ile denetleme ve pilleri bağlanmadan önce bunları kaldırmak için çok önemli. Bu önemli ölçüde işlemini basitleştirir ve bu sorunun üstesinden gelmek için en iyi seçenek olabilir sağlanan PCB tasarım kullanmanızı öneririz. İkinci olarak, Bütün IDE sürümlerinde bu datalogger için gerekli kütüphaneleri ile uyumlu. Bir (1.0.6) herhangi bir uyumluluk önlemek için sorunları uygun indirmek önemlidir. Üçüncü olarak, pilleri polarite fark önemlidir. Polarite ters ciddi zararlar için donanım neden olabilir. Dördüncü olarak, kalibrasyon kritik bir adımdır. BtM datalogger daha yüksek çözünürlük cryptogam devlet ıslak kuru gider an ile çakışacak şekilde tasarlanmıştır. Bu kadar örnek suya doymuş önce gürültülerinden değerleri emdirmek anlamına gelir. Ancak, eldeki çalışma diğer değerleri yüksek bir doğruluk gerektiriyorsa, değiştirilebilir. Ölçülerin ötesinde bir büyüklük sırasında bu başvurudan değiştirilecek direnç ve ayarlamayı işlemi (aşağıya bakın) gerektirir. Çevre sıcaklık ölçümleri doğruluğunu etkileyebilir gibi ayarlama zaman bu faktör dikkate alarak öneririz. Bunu yapmak için kalibrasyon (bkz Coxson12 sıcaklık etkileri için) ölçüm hassasiyeti ve istikrar değişiklikleri denetlemek için düşük sıcaklıklarda yapılmalıdır.
Değişiklikler:
BtM bileşenlerinin çoğu sabit olsa da, bazı kolayca alanını resoldering olmadan değiştirilebilir. En basit değişiklik timsah klipleri diğer sonda veya ölçüm sistemleri değiştirmektir. Örneğin, timsah klipleri yerine, Weber ve ark. önerilen bir iki iğne ile probe 14, kullanılabilir.
Nerede pilleri değiştirme içinde gerekli frekans mümkün olmayabilir, uzak ortamlarda piller uzun süre BtM datalogger iktidara bir güneş paneli ile tamamlayıcı.
Gürültülerinden ölçmek için istihdam başvuru dirençler değiştirerek, daha yüksek çözünürlük sırası kolayca için daha yüksek veya düşük değerleri değiştirilebilir. Değişikliğin yapılması durumunda, biz çok hassas bir ayarlamayı öneririz. Ayrıca, kaynak kodunda 330 KΩ direnç değeri için programlanmıştır, RValue değişken yeni karşılık gelen değeri (datalog.ino) için atanmış olması gerekir.
Sonuç:
Nonvascular cryptogam topluluklar son derece çeşitlidir ve abiyotik çevre ile ilişkilerini anlamak çok önemli bir konudur bu yüzden çok sayıda farklı anahtar ekolojik rolü oynamak. BtM datalogger peşin yardımcı olacak çeşitli uygulamalar bu ilişkileri hakkında bilgisi yok. Örneğin, bu anlayışlar karbon lavabo veya karbon kaynakları olarak bu organizmaların nerede hareket durumları hakkında derinleştirmek yardımcı olacaktır. Sıcaklık ve nem3ama büyük miktarda veri tanımlamak ve bu ilişki bir küresel ölçekte varyasyonları anlamak için gerekli gibi bu iki roller arasında dalgalanmaları şiddetle abiyotik koşulları ile ilgili. Bu düşük maliyetli ve uygulamak kolay ekipmanları güveniyorsanız mümkündür yoğun algılayıcı ağlar gerektirir.
Özet olarak, bu aygıt ekolojik araştırma grupları için yararlı bir araçtır ve, tasarlamak ve oluşturmak bir datalogger teknik kısıtlamaları üstesinden gelir. Bu iki faktör kombinasyonu dataloggers popularization için kullan nonvascular cryptogams in situsu ilişkileri ölçmek için neden olabilir. Bu, buna karşılık, orta ve uzun vadeli izleme ağlarının kurulması artırabilir. Bu ağlar gelişmekte olan nonvascular cryptogams cevaben ekosistem işlemleri (örneğin, besin döngüsü, topluluk derleme) rolünü belirlemek için yerel ve bölgesel çevresel faktörler de değerlendirilmesi için gerekli ve onların büyük olasılıkla yanıt iklim ve antropik faktörler küresel değişikliği ile ilişkili değişiklikler ışığında.
The authors have nothing to disclose.
Yazarlar Manuel Molina (UAM) ve Cristina Ronquillo (MNCN-CSIC) kalibrasyon testler sırasında ve Belén Estébanez (UAM) için onun yardımını örnekleme kampanyaları sırasında sağlanan yardım için müteşekkir.
BtMboard circuit (PCB) | 1 | ||
Arduino Pro Mini 328 3.3 V (APM) | Arduino | 1 | |
FTDI Basic Breakout | SparkFun | 1 | |
MiniUSB to USB cable adapter | 1 | ||
TLC274 operational amplifier | Texas Instruments | 2 | |
2.54 mm breakout pin strip | 1 | ||
330 KOhm resistor | 8 | ||
330 Ohm resistor | 2 | ||
10 KOhm resistor | 1 | ||
2N3904 Transistor | 2 | ||
Bornier connector, 2×1 5.08 mm | 9 | ||
1.5 V AA battery | 3 | ||
3xAA battery holder with switch | 1 | ||
Sensirion SHT71 | Sensirion | 1 | |
DS3234 RTC Breakout (clock) | SparkFun | 1 | |
CR1225 3 V Coin-cell battery | 1 | ||
MicroSD Transflash breakout | SparkFun | 1 | |
Crocodile clip connector | 16 | ||
Weatherproof enclosure box | 1 | ||
12 AWG stranded cable spool | 1 | ||
Cutting pliers | 1 | ||
30 W soldering iron | 1 | ||
Solder wire spool | 1 | ||
Arduino IDE 1.0.6 | Arduino | 1 | |
Arduino library DS3234 | Arduino | 1 | |
Arduino library DS3234lib3 | Arduino | 1 | |
Arduino library Powersaver | Arduino | 1 | |
Arduino library SdFat | Arduino | 1 | |
Arduino library Sensirion | Arduino | 1 |