水下生物氧气自循环探测装置系列实验（一）

项目作者：陈辰

此项目是围绕“”气候行动“”主题所构思出来的一个作品，共耗时约15h左右完成。

一、项目背景

       随着人类的发展，市场逐渐工业化，生活水平有了很大的提高。但是，在另一方面，对环境造成了很大的污染。全球气候变暖，就是其中之一。全球变暖会导致冰川消融，据统计，2010年以来，格陵兰的冰川表面消融面积屡屡打破纪录，而且冰川消融的规模越来越离谱。世界各地的表层和亚表层海水温度都在上升，海洋变暖和陆冰融化导致海平面继续以惊人的速度上升：地中海每年上升2.5毫米，全球每年上升3.1毫米。海平面的上升又导致了陆地面积的减小，据统计， 如果按目前的气温增高速度，到2100年海平面将升高1.4米，全球10%的人口将因此失去家园。海平面升高，不仅将吞没马尔代夫和图瓦卢等国，甚至连伦敦、纽约等国际大都市也都处在被淹没的边缘。于是，我想到可以在水下、太空中以及海平面上殖民，但都需要利用氧气的自循环。所以决定探究在水下生物生存的可能性，制作了此装置，以便于记录在水下氧气、二氧化碳、温湿度的数据。

二、探究过程，确定想要解决的问题

三、方案设计

水下洋气自循环探测装置的设计主要在于RGB灯带、DHT11温湿度传感器、I2C氧气浓度传感器、CCS811空气质量传感器、OBLOQ物联网模块。

1.    RGB灯带：灯带分为三种切换模式，有关闭、打开、彩虹灯。模拟室内灯光对植物进行补光，调控灯光的颜色，成为一种艺术品。

2.    DHT11温湿度传感器：检测装置在水下的温度与湿度值。

3.    12C氧气浓度传感器：检测装置在水下的氧气浓度值。

4.    CCS811空气质量传感器：检测装置在水下的二氧化碳值。

5.    OBLOQ物联网模块：将监测到的温度、湿度、氧气浓度、二氧化碳值上传至物联网平台，实时观测其数据；在平台上直接下达指令，控制灯带。

·        注：如果处在一个氧含量低于18%的环境，则会缺氧；

·        有益于健康的环境    CO2浓度<350ppm

·        健康的环境           CO2浓度<350~1000ppm

·        不利于健康的环境    CO2浓度2000~5000ppm

      有害于健康的环境   CO2浓度>5000ppm

四、草图设计

总体海底世界设计构思：

具体氧气自循环测试装置构思：

不同植物测试光合作用能力设计：

五、创作过程

六、测试

测试思路：使用控制变量法，来进行测试，其中变量有灯光与呼吸。

容器尺寸：8×8×3.14×33=6631.68（ml）

实验计划测试三组相对变量：有无植物、开关灯、有无呼吸，记录相应时间内管子内气体环境的变化。
其中不开灯、呼吸4次后、有一盆绿萝的数据记录如下：
氧气浓度变化，在呼吸时瞬间降低，停止呼吸后缓慢上升：

二氧化碳浓度值：呼吸时瞬间上升，停止呼吸后，缓慢波动下降：

湿度值：呼吸时逐步上升：

温度值：基本没有变化

测试结果分析：

1.  在不呼吸的时候，开灯时的二氧化碳浓度大于不开灯时的二氧化碳浓度；（可能是光合作用的效果，可能是气密性问题）

2.  在呼吸的时候，开灯时二氧化碳浓度上升的并不大；（原因可能同上）

3.  在刚开始测似时候，呼吸后湿度上升明显；（呼吸时，湿度上升到一定值后，就不会再上升，且呼吸不会产生温度的变化）

七、问题记录

1.  装置需要做气密性验证，且每次测试后很难保证容器内的气体指标和之前一样；

2.人类呼吸时，要注意呼吸次数，以免大脑缺氧；

3.若装置在水下，通信和环境都会发生变化；

4.因为物联网冲突问题，后面主控板换成了掌控；

5.由于各种原因，最终也没有测出一颗绿萝需要花多久才能将一个人4次呼吸全部转化。

八、作者来介绍作品

参考资料：

1、     https://www.sohu.com/a/321553123_100022754

2、     https://baijiahao.baidu.com/s?id=1711680399741809124&wfr=spider&for=pc

3、     https://zhidao.baidu.com/question/595055616.html?fr=iks&word=%B5%BA%B9%FA%CF%FB%CA%A7&ie=gbk

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