Name: 東京三菱銀行、導管隠花植物の水量を推定する低コストのオープン ソース データロガー (動画) | JoVE Journal
Uploaded: 2019-03-25T14:00:00.000+00:00
Duration: 8 min 25 s
Description: 学ぼう、導管隠花植物の水量を推定する低コストオープンソースデータロガーの構築と校正方法。苔類や地衣類の生態動態と環境条件の関係を現地で長期モニタリングする技術です。

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著者は、サンプリング キャンペーン中に、キャリブレーション テスト中とベレン Estébanez (UAM) を彼女の助けのために用意されているヘルプのマヌエル ・ モリーナ (UAM) とクリスティーナ Ronquillo (MNCN CSIC) に感謝しています。

1. データロガーのアセンブリ
<ol><li>はんだごてとはんだのスプールを準備します。熱にはんだごて待ち、クリーニング スポンジを湿らせてください。</li>
	<li>ピン ヘッダー ストリップを希望の長さにカットし、温度・湿度センサー、マイクロ コント ローラー、および RTC クロックと microSD のブレイク アウト モジュールのソケットに半田付け。<ol>
<li>はんだ付け、はんだごての先端で必要な結合を予熱します。</li>
		<li>線はんだ、十分な接合部を埋めるためから、物質の少量を適用します。</li>
		<li>最後に、はんだごてを削除、ジャンクション温度が下がるまで待ちます。</li>
	</ol>
</li>
	<li>ステップ 1.2、PCB および材料のテーブルで指定されているコンポーネント参照のマーキングを以下のように同じプロシージャを使用して回路基板、構成部品をアセンブリ (アセンブリ スキームの図 1を参照)。<ol>
<li>まず、抵抗をはんだ付けします。その後、演算増幅器、SHT7X センサーおよび RTC クロックと microSD のブレイク アウト モジュール用ソケットをはんだ付けします。</li>
		<li>次に、2 つのトランジ スターをはんだ付けします。ボードはまたピンのヘッダーを使用して今、半田付けする必要があります。最後に、基板にコネクタをはんだ付けします。</li>
	</ol>
</li>
	<li>SHT7X 湿度/温度センサーをリードを強化する pin ヘッダーまたは延長ケーブルにはんだ付けします。</li>
	<li>継続性のテスト、導電率の試験モードのマルチメータを準備します。マルチメータを使用して、ピンの接続間短絡がないことを確認します。<ol>
<li>抜きなさい力の正と負の端子を指定します。また、各はんだ接合部にコンポーネント端子と回路の銅のトラックの間に安定した接続が作成されることを確認します。 注: この手順は非常に重要です。それをスキップしないでください。</li>
	</ol>
</li>
	<li>ドライバーを使用して基板にバッテリーの端子とケーブル クリップを接続します。<ol>
<li>まず、任意の切削工具を使用する導電性のコアを公開するワイヤー両端の 〜 4 mm。次に、適切な端子にそれぞれのケーブルを導入し、プラス ドライバーでネジを締めます。</li>
		<li>確認し、抜きなさい力の特にそれらケーブルの極性を供給します。わずかにケーブルを引いて接続の強さをテストすべてがしっかりと接続されていることを確認します。</li>
	</ol>
</li>
	<li>消費電力をさらに減らすためには、基板から LED ダイオードを切断またははんだでマイコン ボードの電源 LED を削除します。</li>
	<li>最後に、電子機器からの水分を保つために全天候型エンクロージャに BtM ボードをマウントします。<ol>
<li>正と負の端子に接続するか、バッテリー パックを筐体に合います。BtM 基板に接続されてそれを残して、ボックス外湿度/温度センサーをマウントします。</li>
		<li>全天候型の筐体の外側に電気伝導度の測定に必要なクロコダイル クリップのルート 8 のペア。最後に、わに口クリップとクリップのそれぞれのモスの鎖。</li>
	</ol>
</li>
</ol>2. ソフトウェアの読み込み
<ol><li>ダウンロードし、インストール、統合開発環境 (IDE) 1.0.6 ウェブサイト19から。使用マイコンはオープン ソースの物理コンピューティング プラットフォームと独自の IDE が付属します。必要なライブラリのいくつかの既知の互換性問題があるので、適切なバージョンをダウンロードすることが重要です。</li>
	<li>GitHub のリポジトリ18から必要なライブラリをダウンロード: DS3234、DS3234lib3、PowerSaver、SdFat、Sensirion。</li>
	<li>GitHub のリポジトリ18からデータロガーのメインのソース コードをダウンロードします。</li>
	<li>現在の時刻と日付を設定するのには clock.ino ファイルを開きます。現在の時刻と日付を次の形式を使用して関数RTC.setDateTimeのパラメーターを編集するには。 RTC.setDateTime(DD,MM,YY,hh,mm,ss);日/月/年: hh:mm:ss ここでは、DD は、MM は月、日、YY は年、hh は時間、mm は分、ss は秒。</li>
	<li>その後、BtM 基板、マイコンのプログラミング ポートに USB-シリアル変換アダプター (FTDI ブレイク アウト) を接続し、ボードをコンピューターに接続するミニ USB に USB ケーブルを使用して時計プログラムをアップロードします。最後に、まず IDE で確認し、その後、アップロードを押します。</li>
	<li>IDE で datalog プロジェクトを開き、datalog.ino ファイルを変更します。次の変数を編集するロガーの開始時刻を設定します。 int dayStart = DD hourStart hh minStart を = = mm ここでは、DD は日の番号、測定、および mm の開始時間、開始の分は、hh は。 注: 特定の時間を設定するコードはようになります。 RTC.setDateTime(DD,MM,YY,hh,mm,ss);//日付 17/01/12 12:00</li>
	<li>可変間隔の値を変更する間隔 (単位は秒) の測定を設定します。</li>
</ol>3. 計測プローブのセットアップ
<ol><li>葉状地衣 (図 2), 地衣類、蘚苔類の場合、コミュニティの中央位置にクロコダイル クリップを配置します。地衣は葉状体と、個々 の幹に直接、コケのクリップを添付します。葉状地衣類の場合、葉状体の境界にクリップを配置します。</li>
	<li>Caの最小距離を保ちます。電極間に 5 mm。クリップが測定を開始する前に簡単にデタッチされますしないことを確認します。</li>
</ol>4 電気伝導度測定の校正
<ol><li>試料の乾燥を確実、低空気湿度の日に正午ではをキャリブレーションを実行するには、前に、少なくとも 1 つ、できれば 2 つの乾燥した日。</li>
	<li>健康とよく構造化されたコケや地衣類のコミュニティを選択します。</li>
	<li>データロガーを接続すると、コケや地衣類、このプロトコルのセクション 3 の手順を実行します。</li>
	<li>(データロガー オン) 測定を開始し、記録された値を安定させるために約 3 分間実行する BtM ボードを残し。</li>
	<li>各散水イベントで必要な水の量を見積もるなればテストを実行します。サンプルにクリップを接続し、コンダクタンスが水の添加と上昇していない値に達するまで水を追加します。そのサンプルの最大コンダクタンス値です。キャリブレーションの水まきの手順を確立するこの値が使用されます (手順 4.7.1 参照)。</li>
	<li>電気伝導測定 (サンプルは乾燥) 初期値に戻るまで待ちます。</li>
	<li>小さなスプレーを順番に水を追加します。<ol>
<li>水の最大コンダクタンスを達成するために必要な水の量の 1/10 と同等の量のサンプルを湿らせて (手順 4.5 参照) のサンプル。</li>
		<li>コケや地衣類は完全に水を吸収して、電気伝導度測定が再度水をまく前に安定しているまで待つ (各散水イベント間 〜 1 分)。</li>
		<li>コンダクタンス (飽和) の最大値に達すると、コケや地衣類が完全に水和するまでを繰り返します。 注: 各キャリブレーション テストは 1-2 分にする必要があります waterings の間の間隔によって約 15 分を取る必要があります。</li>
	</ol>
</li>
	<li>校正を終えて、BtM 基板から microSD カードを取るし、データ ファイルをコンピューターにコピーします。 注: ログに記録された値、使用できますベースラインとして実験のため。セットアップは、ちょうど実際の実験を実行する前に、サンプルのコンダクタンスを正しく登録することを確認するこの手順を実行する必要です。</li>
</ol>5. 代替校正実験
<ol><li>完全にコケのコミュニティを水和物または地衣外部の水の過剰が観察されるまで。コミュニティが完全に水和するためには、30 分の潤いコミュニティを保ちます。</li>
	<li>データロガーを接続すると、コケや地衣類、このプロトコルのセクション 3 の手順を実行します。</li>
	<li>測定を開始し、記録された値を安定させるために約 3 分間実行する BtM ボードを残します。</li>
	<li>コンダクタンス (乾燥) の最小の値に達するし、コケや地衣類はもはや電気を通すまで待ちます。 注: 各校正は少なくとも 1 時間を持続できるが、期間は非常に種によって異なります。最小コンダクタンス値が達成されるまで、測定値を取得する必要があります。</li>
</ol>

<ol><li>Fontaneto, D., Hortal, J. Microbial Biogeography: Is Everything Small Everywhere. <a target="_blank" href="http://scholar.google.com/scholar?hl=en&safe=off&q=author%3aFontaneto%2C+D+%22Microbial+Ecological+Theory%3A+Current+Perspectives%22">Microbial Ecological Theory: Current Perspectives</a>. Ogilvie, L. A., Hirsch, P. R. , Caister Academic Press. Norfolk, UK. 87-98 (2012).</li>
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<li>Accurate low power temperature/relative humidity data logger. , Available from: 
 <a target="_blank" href="http://www.osbss.com/tutorials/temperature-relative-humidity/">http://www.osbss.com/tutorials/temperature-relative-humidity/</a> (2015).</li>
<li>GitHub - united-ecology/btmboard. , Available from: 
 <a target="_blank" href="https://github.com/united-ecology/btmboard">https://github.com/united-ecology/btmboard</a> (2018).</li>
<li>Arduino - Software. , Available from: 
 <a target="_blank" href="https://www.arduino.cc/en/Main/Software">https://www.arduino.cc/en/Main/Software</a> (2018).</li>
</ol>

著者が明らかに何もありません。

私たちの知る限り、これは水量 poikilohydric 生物のプロキシとして同時に温度・湿度・ コンダクタンスを測定するデータロガーを設計されている最初の時間に基づいてオープン アクセス プラットフォーム。BtM データロガーは、構築する簡単かつコスト効果の高いとも湿度、温度、および最小限の電力を使用してインピー ダンス データの高品質測定を提供します。
単純なアセンブリは、このデータロガーの主な利点の 1 つです。それは、オープン ソース プロジェクトは、データロギング ソフトウェア、使える - BtM データロガーを構築するための非技術的なマニュアルと共に、その構造の詳細なスキームを提供いたします。これにより、メソッドが任意の研究グループやすくエンジニアや専門技術者と動作しない人にも。その上、各データロガーのアセンブリが必要ですちょうど約 1 時間プリント基板回路を使用する場合、約 4 時間研究者によって回路がマウントされている場合。また、BtM データロガーは、コスト効率的です。各ユニットの部品の推定コストは約 100 ユーロで、減らせるかなり低価格さらにいくつかのデータロガーのバッチを組み立てることによって大規模なプロジェクト。
導管隠花植物コミュニティの生理活性に関連するさまざまな側面を測定する装置を実装することを目的としたいくつかの最近の方法論的開発されているが、BtM は重要な知識のギャップを埋めます。Raggioら15は、モニ-ダ、生理と微気候情報を取得監視システムを採用しています。生理活性は、クロロフィル蛍光、広く光合成生物の活動を推定する実験室で使用される方法を介して収集されます。このメソッドは、高精度は、BtM データロガーよりかなり高価です。その上、監視システムは研究グループの自主性を削減民間会社の製品です。
最近公開されている他の 2 つの方法また、導管の隠花植物の水分含有量の推定に基づいています。最初は、熱測定 (デュアル プローブの熱パルス (DPHP) メソッド) に基づいています。有望な結果は、最近若いらにより示されているが16用紙の任意の特定のスキームの欠如は、非常にチャレンジングな専門的な知識がなくても組立をなります。最後に、ウェーバーら14は、BtM データロガーに非常に類似している biocrust 水分プローブ (BWP) と呼ばれるセンサーを発表しました。しかし、専門家の援助なしでデータロガーの構築の可能性を妨げているその建設のためのスキームを提供しません。私たちは、建設方式のみならず、データロガーを組み立てるための回路基板も提供することによってこの問題を克服します。興味深いことに、銅合金電極ピン (biocrusts) のために (地衣類や蘚苔類個人/クッション) のわに口クリップを変えるだけで biocrusts、孤立した個人、または、クッションを測定する BtM を簡単に変更できます。必要に応じて、ワニの一部だけ置き換えることができます、2 つの測定プローブの種類間の直接比較を許可します。
結果を解釈するとき活動と含水率との関係必要があります慎重に、対処する BtM が光合成に直接計測できないので。光合成と活動は、導管隠花植物の乾燥 poikilohydric 生物は代謝の中止で、ウェットの 1 つはアクティブなので密接に関連します。しかし、にもかかわらず、よく水和生物の代謝活性が高い - と従って、光合成活性が高い - が期待できる光合成活性の程度を水内容から直接推論できません。
重要なステップ: 組み立てやすさ、にもかかわらずセンサーをマウントするとき、研究者によって慎重に対処すべきプロトコルのいくつかの重要なステップがあります。まず、プロトコルで強調、短い回路、はんだ付けする場合、最悪のケースになる可能性深刻な損害マイクロ コント ローラーを生成する非常に簡単です。マルチメータと自分の存在をチェックし、バッテリーを接続する前にそれらを削除する非常に重要です。それは大幅にプロセスを簡素化し、この問題を克服するために最適なオプションがありますので指定されたプリント基板の設計を使用してお勧めします。第二に、すべてのバージョンの IDE がこのデータロガーに必要なライブラリと互換性があります。適切な問題の 1 つの互換性を避けるために (1.0.6) をダウンロードすることが重要です。第三に、電池の極性に注意してくださいすることが重要です。極性反転は、ハードウェアに深刻な損傷で起因できます。第四、校正は重要なステップであります。BtM データロガーは、高解像度、隠花植物が乾燥したために濡れている状態から行く瞬間と一致するように設計されています。これはずっと前にサンプルが水で飽和コンダクタンス値を飽和させることを意味します。しかし、手での調査は、他の値を高い精度を必要とする場合変更できます。この参照から一桁を超えて措置には、変更する抵抗と再校正プロセス (下記参照) が必要です。環境温度測定の精度に影響を与えることができます、キャリブレーションを行う際、この要因を考慮して推奨します。これを行うには、キャリブレーションは、低温測定精度と安定性 (温度効果のための Coxson12を参照) で変更を確認するべき。
変更: BtM の部品のほとんどは固定されていますが、いくつか簡単な変更できますフィールドに resoldering なし。最も簡単な修正は、他のプローブや計測システムのわに口クリップを置き換えることです。たとえば、わに口クリップ、ウェーバーらの提案したなど、2 つのピンとプローブの代わりに14を使用することができます。
電池を変更することができない必要な周波数範囲内でできる、リモート環境で BtM データロガーを長時間電源に太陽電池パネルで電池を補完することができます。
コンダクタンスを測定する採用基準抵抗を変更するより高い解像度のランクは、上位または下位の値を簡単に変更できます。変更された場合、我々 は高い正確な残量をお勧めします。また、ソース コードの 330 KΩ の抵抗値のためにプログラムは、右辺値変数は新しい対応する値 (datalog.ino) に割り当てる必要があります。
結論: 導管隠花植物のコミュニティは非常に多様な再生数異なる重要な生態学的な役割をので非生物的環境との関係を理解することは重要な問題。BtM データロガーこれらの関係の知識の前進を助けるいくつかのアプリケーションがあります。たとえば、これらの生物が炭素シンクまたは炭素源として行動している条件についての洞察を深めることに役立ちます。これら 2 つのロール間の変動は、温度と水分3、しかし、大量のデータを記述し、世界規模でその関係の変化を理解する必要など、強く非生物的条件に関連付けられます。低コストで簡単に実装できる機器に依存している場合にのみが密なセンサ ネットワークが必要です。
要約すると、このデバイス生態研究グループのための便利なツールです, 設計およびデータロガーを構築の技術的な制約を克服する.これら 2 つの要因の組み合わせは、隠花植物の導管上皮内の水分を測定するデータロガーの使用の普及につながる可能性があります。これは順番に、中・長期的な監視ネットワークの確立を高めることができます。これらのネットワークの開発はローカルおよび地域の環境要因だけでなく生態系プロセス (例えば、栄養素の循環、コミュニティ アセンブリ) 内での役割を確認するに導管隠花植物の応答の評価に不可欠な地球変動に関する気候と人間の変化を踏まえ最も可能性の高い応答。

導管隠花植物のコミュニティは、ユビキタスと陸上生態系1のしばしば無視される部分です。彼らはその中に蘚苔類・地衣類は顕著な一次生産者非常に異なる小型生物の集合体から成っています。有機体のこれらの 2 つのグループは、彼らがユニークな生理学的特性を共有: poikilohydry、またはその内部の水分を積極的に制御することができません。これ以来、生理学的なプロセスのための深遠な意味代謝停止するときに細胞が乾燥して低レベルの湿度と再開に対応環境が高温多湿で再び2。結果として、導管隠花植物避けるため干ばつ対処することではなく2、寒さとホット砂漠から熱帯3,4までの環境の広い範囲で生き残るためにこれらのコミュニティを可能にします。
その上、また比較的単純な構造を示す、低栄養の要件があります。これらの特性はように微気候条件に非常に敏感。実際には、導管隠花植物しばしば世界の多様性の重要な部分を構成するミニチュア生態系を形成より大きいサイズの維管束植物に利用されるニッチ領域を占有します。蘚苔類・地衣類だけで、ほぼ 40,000 種 (約20,000 蘚苔sensu の lato5,6と約20,000 地衣類7) があります。さらに、地球の生物多様性への貢献はそれぞれの地域社会が自由生存と菌根菌, 着生植物として成長 N 岡城シアノ バクテリアの多様な動植物を含む菌の種の広大な数のためのシェルターを提供していますのでさらに大きく、と無数のマイクロ-無脊椎動物の生き物, 保水容量とバッファーの条件これらのミニチュア生態系.内を利用するダニ、昆虫、多足類トビムシ クマムシなどの
非血管系隠花植物のコミュニティはまた物質の炭素循環の調節に貢献します。乾燥生態系におけるいわゆる生物的な土壌痂皮は彼らの表面の8の 40% までをカバーし、炭素吸収源として主要な役割を果たします。最近のレビューでは、乾燥した環境の生物的な土壌クラストは、陸生植物によって固定すべての炭素の 7% を固定可能性がありますと推定されます。以外にも、彼らは 30% から 100% の純総生産量の10、11 生成、蘚苔類や地衣類または両方の組み合わせが一次生産者 - いくつかの寒帯の森林システムまたは泥炭湿原 - のような他の生態系の.また、これらの生物が温帯林など、支配される生態系で重要です。確かに、林床蘚苔類は約 10% の年間の炭素吸収量相当床呼吸ニュージーランドの温帯雨林の森します。さらに、彼らは、これらのコミュニティにおける着生植物生物学的窒素4地球規模の量のほぼ 50% を遠ざけているか可能性があります、ラン藻から窒素固定のために重要も。
生理学的活動の周囲の環境の水の可用性依存、ため導管隠花植物コミュニティおよび生態系の機能の多様性、水コンテンツ2に強く依存します。注意してください、以来、彼らは積極的に彼らの組織内の水分量を制御できない、炭素収支と窒素固定における役割水和と乾燥のサイクルと結合されている、したがって、間隔および乾湿サイクルの周期性によって異なります。したがって、リアルタイムでこれらの生物の水コンテンツの状態は機能を理解するためのキーを知ることは、生態系における隠花植物によって実行されます。
その重要性、開発にもかかわらず水を測定する方法のコンテンツおよび生理活性 poikilohydric 生物ずっと比較的遅い。1991 年に Coxson12は地衣の含水率を直接測定するための最初のアプローチをしました。その後、ギャップがあった研究のこの種の最近の発展までいくつかの作品は、導管隠花植物13,14,15の生理学的状態の対策を近似するためのメソッドを提供しているとき 16。それにもかかわらず、そのような知識はまだ不足している、散乱とこれらの作品は主に土壌クラスト4,8に注目します。ただし、温帯、寒帯と極域1で特に他の多くの生態系に関連する役割を果たします蘚苔・地衣類とその重要性は着生群落成長のためにも土壌のコミュニティではないです。木や岩の上の saxicolous のコミュニティ。研究の欠如は、独自の装置を構築する研究グループを強制的に市販計測データロガーの不在を部分的にリンクされています。それは非血管性の性能に関する代表的なデータを収集するために必要な比較的大規模な測定ネットワークを実装するためのコストが大きく、ほとんど生態学者がいない、特定の知識が必要ですデータロガーの開発環境に沿って隠花植物や生息地のグラデーション。
本稿では周囲の温度と湿度を同時に導管隠花植物のコンダクタンスを測定できるデータロガーを構築するシンプルでコスト効果の高い手法を提案します。それは比較的長期間 (2 ヶ月) を自律的に記録するプログラムは、野外の過酷な条件に耐えることが十分に頑丈です。その簡単のためそれは生態学者とデータロガーや専門スタッフの不足しているこれらの研究グループの開発の分野の生物学者のための便利なツールになります。したがって、このデータロガーには、デバイスのこのタイプの使用を普及を支援する可能性があります。
最大 8 つの異なるソースからのコンダクタンスを測定し、環境温度と相対湿度を同時に記録することができる低消費電力と低コスト データロガーを開発しました。デバイスが Coxson のデザイン12後に設計された、オープン ソース プラットフォーム (材料表) 上に実装します。目指したのアセンブリと電力効率性を優先して長期的なインストールのメンテナンスを容易にします。デザインは、オープン ソースの建物科学センサー (OSBSS)17記事から派生されます。このデザインよりコンパクトで簡単に製造することが隠花植物のインピー ダンスを読み取る組み込む追加回路によって変更されました。
その結果、BtM (Bryolichen 温湿ボード)、プリントする、オープン ソースの基板では18。各ボードは、高エネルギー効率の高いマイクロ コント ローラー (材料表) によって制御されます。環境温度・湿度データは、温度および湿度センサー較正済み来ると、別にその低消費電力、適切な価格性能比を持っているを介して収集されます。
ボードは、測定サイクルを管理するのに (標準的な SPI シリアル) のデジタル通信プロトコルを使用します。各ボードにマウントされているリアルタイムク ロック (DS3234) では、正確なタイミングを提供しています。エネルギー消費量を削減するために、プロセッサ スタンバイ モードでほとんどの時間のままです。各時間のデータを収集する必要があります、リアルタイムク ロック プロセッサをアクティブにし、ロギング プロセスをトリガーします。リアルタイムク ロックは、日付と各データの場合の時刻を正確に記録にも使用されます。
最大 8 コケと地衣類サンプルはシングル BtM ボードを使用して並列に記録できます。実験のセットアップ 2 つのワニグチ クリップ電極プローブが各コケ ・地衣類サンプルに適用されます。次に、各電極と既知の値 (この場合は 330 KΩ) が抵抗参照の電圧ディバイダーが使用されます。この抵抗値は校正を選択され、以前の措置は、香気成分に基づきます。参照値 (100-1,000 KΩ) を一桁の分解能を提供します。電圧降下はバッファリングし、マイクロ コント ローラー、アナログ ポート (A0 - A7) を使用して読む18。電圧は、次式を適用して計算されます。
Vi (ADCi x VCC) = 1023/
ここでは、ADCi は生私のチャネルの ADC (アナログ-デジタル変換器) から値、VCC は電源電圧 (この場合 3.3 V)、1023 ADC 出力の範囲であります。結果として得られる電圧 Vi は、抵抗 (Ri, Ω) と各苔サンプルのコンダクタンス (G、S) を計算するオームの法則との組み合わせで使用されます。
Ri = (VCC x RL)/Vi - RL
G = 1/Ri
ここでは、RL は抵抗参照 (この場合は 330 KΩ) の値です。マイコンのオンボード ソフトウェアには、直接抵抗とコンダクタンス値を登録するためのすべてのこれらの方程式が組み込まれています。
理事会はまた、周囲温度・湿度センサーを用いた測定を収集します。次に、各データ ポイントは、microSD カードにログ ファイルに書き込まれます。MicroSD トランス フラッシュ ブレーク アウト ボードは、この目的のため各 BtM 基板にマウントされていた。最後に、実験後 microSD カードを手動で収集できます。すべてのデータ ポイントは、さらなる分析のためのコンピューターに転送できます。

<table><tbody><tr><td>BtMboard回路(PCB)</td><td></td><td></td><td>1</td></tr><tr><td>Arduino Pro Mini 328 3.3 V(APM)</td><td>Arduino</td><td></td><td>1</td></tr><tr><td>FTDIベーシックブレイクアウト</td><td>SparkFun</td><td></td><td>1</td></tr><tr><td>MiniUSB-USBケーブルアダプター1</td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>TLC274オペアンプ</td>Texas <td>Instruments</td><td></td><td>2</td></tr><tr><td>2.54 mmブレークアウトピンストリップ</td><td></td><td></td><td>1</td></tr><tr><td>330 KOhm 抵抗</td><td></td><td></td>器 <td>8</td></tr><tr><td>330 Ω 抵抗</td><td></td><td></td>器 <td>2</td></tr><tr><td>10 KOhm 抵抗</td><td></td><td></td>器 <td>1</td></tr><tr><td>2N3904 トランジスタ</td><td></td><td></td><td>2</td></tr><tr><td>ボルニア コネクタ、2x1 5.08 mm</td><td></td><td></td><td>9</td></tr><tr><td>1.5 V 単三電池</td><td></td><td></td><td>3</td></tr><tr><td>3xAA 電池ホルダー スイッチ</td><td></td><td></td><td>付き 1</td></tr><tr><td>Sensirion SHT71</td><td>Sensirion</td><td></td><td>1</td></tr><tr><td>DS3234 RTC ブレークアウト (クロック)</td><td>SparkFun</td><td></td><td>1</td></tr><tr><td>CR1225 3 V コイン型電池</td><td></td><td></td><td>1</td></tr><tr><td>MicroSD Transflash ブレークアウト</td><td>SparkFun</td><td></td><td>1</td></tr><tr><td>クロコダイルクリップコネクタ</td><td></td><td></td><td>16</td></tr><tr><td>耐候性エンクロージャボックス</td><td></td><td></td><td>1</td></tr><tr><td>12 AWGより線ケーブルスプール</td><td></td><td></td><td>1</td></tr><tr><td>カッティングプライヤー</td><td></td><td></td><td>1</td></tr><tr><td>30 Wはんだごて</td><td></td><td></td><td>1</td></tr> は<tr><td>んだワイヤースプール</td><td></td><td></td><td>1</td></tr><tr><td>Arduino IDE 1.0.6</td><td>Arduino</td><td></td><td>1</td></tr><tr><td>Arduinoライブラリ DS3234</td><td>Arduino</td><td></td><td>1</td></tr><tr><td>Arduinoライブラリ DS3234lib3</td><td>Arduino</td><td></td><td>1</td></tr><tr><td>Arduinoライブラリ Powersaver</td><td>Arduino</td><td></td><td>1</td></tr><tr><td>Arduinoライブラリ SdFat</td><td>Arduino</td><td></td><td>1</td></tr><tr><td>Arduinoライブラリ Sensirion</td><td>Arduino</td><td></td><td>1</td></tr></tbody></table>

東京三菱銀行、導管隠花植物の水量を推定する低コストのオープン ソース データロガー

BtM, a Low-cost Open-source Datalogger to Estimate the Water Content of Nonvascular Cryptogams

導管隠花植物、コケや地衣類などのコミュニティは、炭素と多くの生態系の窒素循環の調節に貢献、地球の生物多様性の重要な部分です。Poikilohydric 生物であることを行う積極的に内部の含水率をコントロールし、その代謝を活性化高温多湿環境が必要。したがって、導管隠花植物の水関係の勉強は、その多様性パターンと生態系の機能を理解することが重要です。BtM データロガー、導管隠花植物の含水率の調査のため低コストのオープン ソースのプラットフォームを提案します。データロガーは、周囲温度、湿度、および最大 8 個のサンプルからコンダクタンスを同時に測定するために設計されています。私たちは、プリント回路基板 (PCB)、コンポーネント、および必要なソース コードを組み立てるための詳しいプロトコル デザインを提供します。すべてこれは前の専門知識がない人にも任意の研究グループにアクセス BtM データロガーのアセンブリを作る。そのため、ここで示した設計フィールド生物学者と生態学者の間でデバイスのこのタイプの使用を普及を支援する可能性があります。

2 種のコケ、カモジゴケ研究におけるコンダクタンスの変化を分析しました。Homalothecium オウレウム(トウヒ) h. ロブ。(図 3)、研究室の条件で校正プロセス中に。2 コケのマットはシリカゲルで 24 h のために保持され、続けた彼らの元の構造 (図 2) 人工の (すなわちわた) 基板に配置。その後、試料水 15 x 20 x 1 分間隔でスプレーをします。各散水イベントから成っていた約0.1 mL の水。種、追加水とサンプル コンダクタンスと高い相関 (D. scoparium rS = 0.88、 p &lt; 0.001;H. オウレウムrs = 0.87、&lt; p 0.001) が観察されました。伝導度の高い増加があった (25% 0% から少なくとも) 最初に水だけでまたとメジャーに達したH. オウレウム4 ml D. scoparium 10 mL の最大コンダクタンス。水の量と電気伝導との関係が対数である意見を述べることが重要です。したがって、コンダクタンスの値が両方の変数間の線形関係に変換する必要がある、彼らの関係は非線形回帰を使用してモデル化する必要があります。
ただし、同じ種に属するすべてのサンプルと同様の曲線を描いたサンプル (図 3 aと3 bで異なる色を参照してください)、間いくつかの変動がわかったサンプルのバリエーションは、バイオマスとパッチの形態の違いに帰することができます。フィールドのサンプルは、各コミュニティ型のいくつかの措置を講ずることをお勧めしますので、変動性のこのタイプを表示する非常に可能性があります。当然、最高の変動は、種は、いくつかの基本的な特徴 (例えば、マットまたは形態の集計) で異なりますので種間では、発見されました。種間変動の制御、各クリップの最大コンダクタンス値を達成して、値が 0 から 100 に行くので、その後、各クリップごとに結果を再スケーリングまで校正をお勧めします。絶対コンダクタンス値が彼らを直接比較されていません提供値依存、クリップと茎の根元のコンダクタンスの距離を検討してください。
校正プロセスの各散水イベントで追加された水の量は重大であると強く結果に影響します。ここでは、目的は、BtM の最大精度の範囲でいくつかの散水イベントを持っていた。検量線の例を提示する各ステップ (図 4) であまりにも多くの水を追加します。サンプルは最初の散水イベントで overwatered、伝導度の増加が認められることはできませんし、キャリブレーションが正確になります。これは最も興味深い BtM による測定値である導管隠花植物、アクティブ、範囲内のバイアスにつながる可能性があります。
また、同じ 2 種 (H. オウレウムとd. scoparium)、代替校正手順を提供する乾燥曲線を分析しました。2 つのコケのマット一晩彼らは完全に飽和したように骨抜きにされました。それから、各マットの代表幹だった抽出され安定した、制御された環境で、コンダクタンスが継続的に記録されました。他のキャリブレーション測定コンダクタンスの値が両方の変数間の線形関係に変換する必要がある、彼らの関係は非線形回帰を使用してモデル化する必要があります。
図 5 aと5 bのH. オウレウムと同じ種のサンプルの間でd. scoparium変動皆無曲線を表示します。内および種間変動がかなり大きかったし、バイオマスと各幹の形態の違いに起因する可能性が他の校正手順のように。それを制御、種ごとに少なくとも 3 つの計測を実行することをお勧めします。絶対コンダクタンス値と茎の根元のコンダクタンスのクリップ間の距離にも依存この校正手順で直接比較は。
2014 年 6 月 23-26 日間雨のイベントが発生した後フィールド データの例を提示します。コンダクタンス (図 6、)、相対湿度 (図 6b)、モス (Syntrichia 生態(研究) の 1 つの種のため沈殿物 (図 6c) の割合で、日内変動を示すF. ウェーバー &amp; D. モール)。苔、降水イベント、および空気の相対湿度のコンダクタンスの間に強い関係があった。分析期間中コンダクタンスと湿度降水量の 2 つのイベントの結果としての 2 つのピークがあった。最初の 1 つは、6 月 23 日の午前 0 時と 6 月 24 日の正午以降、2 つ目の直前に発生しました。最初の雨のイベント後約 8 h が 25% を下回ったモス コンダクタンスの急激な下落が続く空気の相対湿度の低下を観測しました。2 番目の雨のイベントは小さかったし、したがって、伝導度のより小さいピークを生産します。この雨イベント後苔すぐに乾燥しなかったが、湿度が 75% を超えていた中水和滞在します。
<img alt="Figure 1" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/58700/58700fig1.jpg"> 図 1: BtM データロガーのアセンブリ概略図。回路図には、BtM にボードの写真と、ボード上の各コンポーネントの配置が含まれます。<a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/58700/58700fig1large.jpg" target="_blank">この図の拡大版を表示するのにはここをクリックしてください</a>。
<img alt="Figure 2" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/58700/58700fig2.jpg"> 図 2: コケ (Homalothecium オウレウム) 内のクリップの正しい配置します。画像は、コケを損なうことがなくクリップ間の最小距離を維持するためにクリップを配置する方法を示します。<a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/58700/58700fig2large.jpg" target="_blank">この図の拡大版を表示するのにはここをクリックしてください</a>。
<img alt="Figure 3" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/58700/58700fig3.jpg"> 図 3: 水の添加するコンダクタンスの応答します。これらのパネルの表示 (、)カモジゴケの追加や (b) の水にコンダクタンスの応答H. オウレウム。色は、別の複製を示します。データ ポイントは、散水イベント後 10, 30 秒間隔のログ変換コンダクタンスの平均値です。誤差範囲は、その間隔でのデータの標準偏差を表します。<a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/58700/58700fig3large.jpg" target="_blank">この図の拡大版を表示するのにはここをクリックしてください</a>。
<img alt="Figure 4" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/58700/58700fig4.jpg"> 図 4: 水を加えてD. scoparium校正できるように追加された水の量が大きすぎる場合に対数変換コンダクタンスの応答します。誤差範囲は、その間隔でのデータの標準偏差を表します。<a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/58700/58700fig4large.jpg" target="_blank">この図の拡大版を表示するのにはここをクリックしてください</a>。
<img alt="Figure 5" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/58700/58700fig5.jpg"> 図 5: 乾燥曲線。これらのパネルは、 (の乾燥曲線を表示) d. scoparium h. オウレウム(b)。データ ポイントは対数変換コンダクタンスの平均測定の 3 つの意味をレプリケートすべての 30 s. 黒ポイント ショー、誤差範囲がその間隔でのデータの標準偏差を表します。<a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/58700/58700fig5large.jpg" target="_blank">この図の拡大版を表示するのにはここをクリックしてください</a>。
<img alt="Figure 6" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/58700/58700fig6.jpg"> 図 6: モス (Syntrichia ruralis) コンダクタンス ・降水量・湿度の日内変動.土 Cantoblanco、マドリード自治大学、スペインのキャンパスのコミュニティの措置実施します。コンダクタンスと相対湿度は、降雨データが測定場所から数メートルを置かれる気象ステーションから来ている BtM プロトタイプを測定しました。<a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/58700/58700fig6large.jpg" target="_blank">この図の拡大版を表示するのにはここをクリックしてください</a>。
<table fo:keep-together.within-page="1"><tbody>
<tr>
<td>日付/時刻</td>
			<td>Temp(C)</td>
			<td>RH(%)</td>
			<td>Conductance(KMho)</td>
		</tr>
<tr>
<td>18/11/03 12:00</td>
			<td>26.6</td>
			<td>66.6</td>
			<td>139.53</td>
		</tr>
<tr>
<td>18/11/03 12:00</td>
			<td>26.6</td>
			<td>66.4</td>
			<td>167.92</td>
		</tr>
<tr>
<td>18/11/03 12:00</td>
			<td>26.8</td>
			<td>66.4</td>
			<td>199.14</td>
		</tr>
<tr>
<td>18/11/03 12:00</td>
			<td>26.9</td>
			<td>66.4</td>
			<td>212.75</td>
		</tr>
<tr>
<td>18/11/03 12:00</td>
			<td>26.6</td>
			<td>66.6</td>
			<td>217.15</td>
		</tr>
<tr>
<td>18/11/03 12:01</td>
			<td>26.9</td>
			<td>66.7</td>
			<td>218.93</td>
		</tr>
<tr>
<td>18/11/03 12:01</td>
			<td>27</td>
			<td>66.8</td>
			<td>139.53</td>
		</tr>
<tr>
<td>18/11/03 12:01</td>
			<td>27.1</td>
			<td>66.9</td>
			<td>164.28</td>
		</tr>
<tr>
<td>18/11/03 12:01</td>
			<td>27.1</td>
			<td>67.3</td>
			<td>194.21</td>
		</tr>
<tr>
<td>18/11/03 12:01</td>
			<td>27.3</td>
			<td>67.3</td>
			<td>209.28</td>
		</tr>
</tbody></table>表 1: BtM 出力の例です。

環境温度と湿度導管隠花植物のコンダクタンスを測定するオープン ソース データロガーを構築するシンプルでコスト効果の高い方法を提案します。データロガーのハードウェア設計を記述、データロガー、およびキャリブレーション プロトコルを実行する手順アセンブリ命令、必要なオープン ソース ソフトウェアのリスト、コードを提供しています。

Communities of nonvascular cryptogams, such as mosses or lichens, are an important part of the Earth's biodiversity, contributing to the regulation of the ...

非血管暗号ガムは、いくつかの生態系機能にとって極めて重要です。例えば、それらは生物学的に固定された窒素のほぼ50%を担当する。私たちは、暗号生態学の分野での質問に対処するためのデータロガーを設計しました。方法は、これらの生物が水分補給されたままの期間をその時点で測定し、ブライオファイト活性と環境条件を関連付けている。この技術の主な利点は、技術的な知識なしに構築することができ、低コスト、オープンソース、および組み立てやすいデータロガーです。この方法は、乾燥地のバイオクラストからボレアル地域の泥炭沼まで、幅広いモデル生態系や生物に適用できます。はんだ付けアイロンとワイヤーのスプールを準備します。はんだ付けのアイロンが加熱するのを待ち、クリーニングスポンジを湿まします。温度と湿度センサー、マイクロコントローラ、RTCクロックおよびmicroSDブレークアウトモジュールの目的の長さにピンヘッダーストリップをカットします。ピンヘッダーストリップをソケットにはんだ付けするには、はんだ付けアイロンの先端で希望の結合を予熱します。次に、はんだ線から少量の材料を塗布し、ジャンクションを満たすのに十分です。最後に、はんだ付けアイロンを取り出し、ジャンクションが冷めるのを待ちます。同じ手法を使用して、プリント基板に部品を組み立て始めます。まず、抵抗器はんだ付けします。次に、オペアンプ用のソケット、SHT7xセンサー、RTCクロックおよびmicroSDブレークアウトモジュールをはんだ付けします。次に、2つのトランジスタをはんだ付けする。ボードは、ピンヘッダーを使用して、今すぐはんだ付けする必要があります。最後に、コネクタを基板にはんだ付けします。今度は、SHT7x湿度温度センサーをピンヘッダーまたは延長ケーブルにはんだ付けしてリードを補強します。連続テストまたは導電性テストモードでマルチメーターを準備します。マルチメーターを使用して、ピンまたは接続の間に短絡がないことを確認します。電源装置の正と負の端子を再確認します。また、各はんだジョイントが、回路のコンポーネントピンと銅線の間に安定した接続を作成することを確認します。バッテリー端子とケーブルクリップをボードに接続するには、切削工具を使用して各ワイヤ端の約4ミリメートルを取り除き、導電性コアを露出させます。次に、各ケーブルを適切な端子に取り付け、スクリュードライバーでネジを締めます。ケーブルの正しい極性、特に電源装置の極性を確認し、再確認します。ケーブルを少し引っ張って接続の強度をテストし、すべてがしっかりと接続されていることを確認します。消費電力をさらに削減するには、基板からLEDダイオードをデラディングするか、または遮断して、マイクロコントローラボードの電源LEDを取り外します。最後に、BtMボードを耐候性エンクロージャに取り付けて、電子機器から水分を取り除きます。箱の外に湿度温度センサーを取り付け、BtMボードに接続したままにします。コンダクタンス測定に必要な8組のワニクリップを耐候性エンクロージャの外側に配線します。最後に、各苔のストランドをワニのクリップでクリップします。試料が乾燥していることを確認するために、正午に、低い空気湿度の日にキャリブレーションを行い、少なくとも1つ、好ましくは2日、乾燥した日が先行する。健康で構造の良い苔や地衣類のコミュニティを選択してください。クロコダイルクリップを、ブリオファイト、フルチコース地衣類、フォリオーゼ地衣類の場合には、コミュニティの中心位置に配置することで、データロガーを苔や地衣類に接続します。フルティコースの地衣類の場合は、クリップをタロウスに取り付けます。苔の場合は、クリップを個人の茎に直接取り付けます。葉の地衣類の場合は、クリップを孔線の境界に置きます。電極間の最小距離は約5ミリメートルに保ちます。測定を開始する前にクリップを簡単に取り外さないようにしてください。データロガーをオンにして測定を開始し、BtMボードを約3分間実行したままにして、記録された値を安定させます。キャリブレーション前テストを実行して、各散水イベントに必要な水の量を推定します。クリップをサンプルに接続します。その後、コンダクタンスが水を加えて増加しない値に達するまで水を加えます。これは、そのサンプルの最大のコンダクタンス値であり、キャリブレーションの散水ステップを確立するために使用されます。コンダクタンスメジャーが初期値に戻るまで待ちます。サンプル中の最大の導通度を達成するために必要な所定量の水の1/10に相当する量の水でサンプルを湿らせるために小さなスプレーを使用してください。苔や地衣類が水を完全に吸収し、コンダクタンス測定が安定するまで待ってから、再び水をやり直します。コンダクタンスが最大値に達し、苔または地衣類が完全に水分補給されるまで繰り返します。各校正テストは、散水の間隔に応じて約15分かかります。キャリブレーションが完了したら、BtMボードからmicroSDカードを取り出し、データファイルをコンピュータにコピーします。ここに示す、キャリブレーション段階の間のコンダクタンス測定の進化を示す図である。ホマロテシウム・アウリウムとジクラナムの球体の乾燥曲線は、同じ種のサンプルの中で変動性を明らかにする。発見された種間および種間の変動性は非常に大きく、各茎のバイオマスおよび形態の違いに起因する可能性がある。アセンブリの容易さのために、このデバイスは、中長期的な監視ネットワークの確立を可能にする、データロガーを設計し、構築の技術的な制約を克服します。この技術は、生物地理学およびエコフィロジーの研究者が、地衣類や苔などの既知の血管クリプトガムが異なる地域や環境勾配を通じていつ、どのように、なぜ成長しているかを探求する道を開きます。さらに、この技術は、生態学的コミュニティ内の種または個人の成功の原動力を理解したり、これらの主要な生物による生態系サービスの提供を決定するものを確立するのに役立ちます。

btm-low-cost-open-source-datalogger-to-estimate-water-content

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