Uzgoj više salate na manje prostora ili Uzgoj salate u svemiru, (više ili manje) .: 10 koraka

2024 Autor: John Day | [email protected]. Zadnja promjena: 2024-01-30 09:34

Ovo je profesionalna prijava na natječaj za izrađivače Growing Beyond Earth, poslana putem Instructables.

Ne mogu biti više uzbuđen što dizajniram za proizvodnju svemirskih usjeva i objavljujem svoj prvi Instructable.

Za početak, natječaj nas je zamolio da …

„… Podnesite instrukciju s detaljnim opisom dizajna i izgradnje vaše komore za rast biljaka koja (1) stane u volumen 50 cm x 50 cm x 50 cm, (2) sadrži sve značajke potrebne za održavanje biljaka, tj. Umjetno svjetlo, sustav za navodnjavanje, i sredstva za cirkulaciju zraka, i (3) učinkovito i inventivno koristi unutarnji volumen kako bi se uklopilo i uspješno uzgajalo što više biljaka."

Nakon što sam pročitao uvjete natječaja i česta pitanja, donio sam sljedeće pretpostavke u procesu projektiranja.

Jednom tjedno planirana interakcija astronauta s "projektom" bila bi prihvatljiva i ne bi poništila aspekt automatske kontrole u kriterijima natječaja.

PSU za “projekt” može se smjestiti izvan 50 cm3, jer bi ISS opskrbljivao jedinicu električnom energijom, ako je jedinica u svemiru. Hlađenje LED dioda unutar “projekta” može nastati izvan 50 cm3, jer ISS može napajati jedinicu hlađenjem, ako je jedinica u svemiru.

"Korisnik" može imati neograničen pristup vrhu i 4 strane volumena od 50 cm3 za planirano tjedno održavanje, ali ne isključuje neplanirana pitanja, ako se s "projektom" pojavi neplanirano pitanje.

Zatim sam prikupio parametre za natjecanje

Podaci o projektu

Voda: 100 ml/biljka/dan (preporučeno)

Rasvjeta: 300-400 mol/M2/s unutar PAR 400-700nm (preporučeno)

Ciklus svjetlosti: 12/12

Tip svjetla: LED (preporučeno)

Cirkulacija zraka: za 2,35 cf/0,0665 m3 (područje rasta po mom dizajnu)

Temperatura na ISS -u: 65 do 80˚F / 18,3 do 26,7 ° C (za referencu)

Vrsta biljke: ‘Nevjerojatna’ crvena rominska salata

Veličina zrele biljke: visoka 15 cm i promjera 15 cm

Sustav uzgoja: (izbor dizajnera)

Pribor

Trebat će nam zalihe

(Ovi se dijelovi koriste za dokaz koncepta, vjerojatno NISU odobreni za putovanje u svemir)

1 - 0,187”48” x96”Bijeli ABS

3 - Mikro kontroleri

1 - 1602 LCD zaslon

1 - Štitnik zapisnika podataka za Nano

3 - Foto otpornici

4 - senzori AM2302

1 - Senzor temperature DS18B20

1 - EC senzor, 1 - 15mA 5V optička razina tekućine

1 - DS3231 za Pi (RTC)

… i više zaliha

1 - Peristaltička pumpa za doziranje

1 - 12V pumpa za vodu

1 - Piezo zujalice

Otpornici 3 - 220 Ohma

1 - DPST prekidač

1-265-275nm UVC sterilizator

Sanitarne kape 24 - 1½”

1 - Stupanj magnetskog miješanja tekućine/zraka

1 - Glava za kontrolu kapanja, 8 linija

1 - Cijevi za navodnjavanje kap po kap

1 - Zamjenski spremnik za vodu

1 - ½ ID PVC cijev

70 - Vijci za pričvršćivanje LED dioda

18 AWG i 22 AWG žica

1 - Skupljajuće cijevi

1 - Aluminij za LED hladnjak

Taktilni prekidači visoki 5-6 mm

Otpornici 4 - 1 Ohm, 1 W

1 - Pkg sjemena „Outredgeous“salata

…i više

1 - 400W Boost ploča

32-3W bijele LED diode, (6000-6500k)

1 - 24V / 12V / 5V / 3.3V napajanje

Računarski ventilatori 8 - 40 mm

Opto izolirani releji 11 - 5V

10 - 1N4007 povratna dioda

24 - Rockwool utikači

1 - Hidroponske hranjive tvari

1 - Spremnik s hranjivim tvarima

1 - Mylar folija

… i alati

Otapalo za lijepljenje

Pila

Testere za rupe

Lemilica

Lem

Bušilica

Burgije

Odvijači

Računalo

USB kabl

Arduino IDE softver

Korak 1: Usporedba trenutnog "VEGGIE" sustava

Sustav "VEGGIE" na ISS -u može uzgojiti 6 glavica salate u 28 dana (4 tjedna). Kad bi "VEGGIE" trčao 6 mjeseci (prosječno vrijeme astronauta na ISS -u), uzgojio bi 36 glavica salate sa dodatnih 6 glava starih dva tjedna. Za posadu od 3 osobe to je svježe povrće dva puta mjesečno.

GARTH projekt će uzgojiti 6 glavica salate u 28 dana (4 tjedna). ALI.. da je trčao 6 mjeseci, uzgojio bi 138 glavica salate, s dodatnih 18 glavica u različitim fazama rasta. Za posadu od 3 osobe to je svježe povrće 7½ puta mjesečno ili gotovo dva puta tjedno.

Ako vam to privuče pozornost … pogledajmo pobliže dizajn

Korak 2: Projekt GARTH

Tehnologija resursa za automatizaciju rasta u hortikulturi

(Fotografije projekta GARTH izrađene su u punom opsegu, izrađene od pjene jezgre Dollar Store)

Projekt GARTH maksimizira produktivnost korištenjem 4 odvojena optimizirana područja rasta. Također uključuje automatske sustave upravljanja za osvjetljenje, kvalitetu zraka, kvalitetu vode i zamjenu vode.

32, bijela LED svjetla 6000K pružaju predložene zahtjeve PAR -a. Sustav cirkulacije zraka s dva ventilatora i sustav ventilacije s četiri ventilatora ugrađeni su za održavanje unutarnjeg okoliša, a za hranjenje i nadziranje biljaka odabran je automatizirani hidroponski sustav s tankim slojem hranjivih tvari (NTF). Zamjenska voda za isparavanje se drži u zasebnom spremniku u gornjem skladištu u blizini stalno miješanog spremnika tekućih hranjivih tvari, potrebnih za održavanje razine hranjivih tvari u hidroponskom sustavu bez pomoći astronauta. Sva energija ulazi, radi i distribuira se iz gornjeg skladišnog prostora.

Korak 3: Značajke dizajna

Četiri područja rasta

Prva faza (klijanje), za sjeme staro 0-1 tjedan, otprilike 750 ccm prostora za rast

2. faza, za biljke stare 1-2 tjedna, otprilike 3, 600 ccm prostora za rast

3. faza, za biljke stare 2-3 tjedna, oko 11 000 ccm prostora za rast

4. faza, za biljke stare 3-4 tjedna, oko 45 000 ccm prostora za rast

(Područja prve i druge faze kombiniraju se na uklonjivom pladnju radi lakše sadnje, servisiranja i čišćenja)

Korak 4: Sustav rasvjete

Rasvjeta je bila teška bez pristupa PAR mjeraču, na sreću na natjecanju je gospodin Dewitt u Fairchild tropskom botaničkom vrtu mogao postaviti pitanja. Uputio me na ljestvice koje su bile od velike pomoći, a te su me karte dovele i do voditelja.linear1. Pomoću grafikona i web stranice uspio sam izračunati svoje potrebe za rasvjetom i strujnim krugovima.

Moj dizajn koristi 26,4 V izvornog napona za pokretanje 4 niza LED dioda od 8, 3 W u seriji s otpornicima od 1 ohma, 1 vata. Koristit ću napajanje od 24 V i pretvarač za povećanje snage da podignem konstantnu struju na 26,4 V. (Na ISS -u bi moj dizajn koristio 27 V koje je dostupno i Buck pretvarač za snižavanje napona i osiguravanje konstantne struje od 26,4 V)

Ovo je popis dijelova za sustav rasvjete.

32, bijela 6000-6500k, 600mA, DC 3V – 3.4V, 3W LED diode

4, 1 ohm - 1W otpornici

1, 12A 400W pojačivač pretvarača

1, 40 mm ventilator

1, termistor

1, DS3231 za Pi (RTC) ili zapisnik podataka

18 AWG žica

… I ovako planiram koristiti te trideset dvije, 3W LED diode.

Jedna LED u fazi 1, četiri u fazi 2 i devet u fazi 3. Posljednjih osamnaest LED dioda će osvijetliti fazu 4 i dovesti nas do nevjerojatnih 96 vati svjetla pri približno 2,4 ampera.

Korak 5: Sustav cirkulacije i odzračivanja zraka

(Imajte na umu da vodovodne i električne instalacije nisu dovršene. Ovo su fotografije makete predloženog sustava)

Kruženje se postiže s dva ventilatora od 40 mm. Potisni ventilator koji puše u 4. stupanj iz kanala u gornjem lijevom stražnjem dijelu. Zrak će strujati preko 4. stupnja u prednji dio 3. stupnja, zatim kroz 3. stupanj i izlaziti straga (gore i oko 1. stupnja, kroz kratki kanal) u stražnji dio 2. stupnja. Vučni ventilator u kanalu iznad 2. stupnja izvlačit će zrak kroz 2. stupanj i izlaziti kroz desni gornji gornji kut. Završetak putovanja kroz sustav cirkulacije zraka.

Odzračivanje četvrte faze izravno će izlaziti iz gornje stražnje stijenke. Treća faza će također izlaziti kroz gornji stražnji zid. Druga faza će se odzračivati ravno kroz vrh, a faza klijanja (faza 1) će odzračiti stražnju stijenku, slično kao u fazama 3 i 4.

Korak 6: NFT hidroponski sustav

(EC sonda, temperaturna sonda, osjetnik razine tekućine, crijeva za zamjenu isparavanja iz rezervoara slatke vode i crijeva koja povezuju crpku za usisavanje s kanalima, sve će se nalaziti ovdje u koritu, ali nisu prikazane na ovoj fotografiji)

Sustav uključuje spremnik od 9 000+ml/cc, spremnik slatke vode od 7 000+ml // cc za zamjenu isparavanjem, pumpu za vodu od 12V 800L/sat, UV-C sterilizator za uništavanje svih algi u vodi koja ulazi u Razdjelnik protoka s 8 priključaka, prozračni toranj sa suprotnim ventilatorom za protok protočne vode iz stupnja 2 i ispušnu vodu iz stupnja miješanja, osjetnik razine tekućine, EC osjetnik, osjetnik temperature vode, peristaltička pumpa koja dozira iz spremnika hranjivih tvari, stupanj miješanja koji održava hranjive tvari u otopini u spremniku i pet korita ili kanala za rast. Pet kanala rasta, stupanj miješanja, aeracijski toranj primaju vodu iz razvodnika s 8 priključaka podesivog protoka. Kada je potrebno servisirati hidroponski sustav, dvopolni prekidač s jednim bacanjem (DPST) koji se nalazi na prednjoj ploči isključit će napajanje do pumpe za vodu, UV-C sterilizatora i dozatora hranjivih tvari u peristaltičkoj pumpi. To će omogućiti "Korisniku" siguran rad na hidroponskom sustavu bez ugrožavanja sebe ili usjeva.

Korak 7: Automatski sustav unosa hranjivih tvari

Za ovaj projekt koristim “Automatski optimizirani dozator hranjivih tvari iz arduina” koji je razvio Michael Ratcliffe. Njegovu sam skicu prilagodio svom sustavu i hardveru i koristim Michaelov “Three Dollar EC - PPM Meter” kao svoj EC senzor.

Informacije ili upute za oba ova projekta mogu se pronaći na: element14, hackaday ili michaelratcliffe

Korak 8: Elektronika sustava za automatizaciju

Svjetlosni sustav će koristiti Arduino mikro kontroler, jedan DS3231 za Pi (RTC), jedan 4 relejni modul, četiri otpornika od 1 ohma-1 vata, trideset i dvije bijele LED diode od 3 W, jedan pojačavač od 400 W, tri foto otpornika, jedno računalo od 40 mm ventilator i jedan termistor. Mikro kontroler će koristiti RTC za mjerenje svjetla u ciklusu od 12 sati, 12 sati isključenja. Pratit će razine svjetla u 2., 3. i 4. stupnju pomoću foto otpornika i upozoriti LED/piezo alarmom, ako detektira nisku razinu svjetla u bilo kojoj fazi, tijekom uključenih svjetala. Temperaturu LED ploče upravljačkog programa nadzirat će termistor spojen linijski na 40 mm ventilator i automatski će se početi hladiti kada se detektira dovoljno topline.

Sustav isporuke hranjivih tvari razvio je Michael Ratcliffe. Sustav koristi Arduino Mega, jednu od Michaelovih ideja o EC sondi, jedan štitnik zaslona LCD tipkovnice 1602, jedan senzor temperature vode DS18B20, jednu peristaltičku dozirnu pumpu od 12 V i jedan opto izolirani relej od 5 V. Dodao sam jedan optički senzor razine tekućine. Sustav će nadzirati EC i temperaturu vode te aktivirati peristaltičku pumpu za doziranje hranjivih tvari prema potrebi. Mikro regulator će nadzirati razinu vode u spremniku i upozoriti LED/piezo alarmom ako je temperatura vode u spremniku izvan raspona postavljenog od strane korisnika, ako su podaci osjetnika EC izvan raspona postavljenog korisnika duže od korisničkog skupa vremenskom razdoblju ili ako razina vode u koritu padne ispod razine koju je postavio korisnik.

Sustav cirkulacije zraka sastojat će se od Arduino mikrokontrolera, četiri AM2302 senzora, šest računalnih ventilatora od 40 mm (dva ventilatora za cirkulaciju zraka za 2., 3. i 4. stupanj i 4 ventilatora), jednog UV-C sterilizatora i šest opto izoliranih releja od 5 V (za fanove). Regulator će nadzirati temperaturu i vlažnost zraka u sve 4 stupnjeve i automatski pokrenuti sustav cirkulacije s dva ventilatora ili ventilatore za pojedinačno stupnjevanje odzračivanja po potrebi kako bi se temperatura i vlaga držali unutar raspona postavljenih od strane korisnika. Regulator će također postaviti i kontrolirati vrijeme sterilizacije UV-C i održavati LED/piezo alarm u slučaju da temperatura ili vlaga pređu razine postavljene od strane korisnika u bilo kojoj od 4 faze.

Korak 9: Izgradnja

Kućište od 50 cm3, kanali, rezervoar za zamjenu isparavanja slatke vode, ventilacijski toranj, središnji kanal za cirkulaciju zraka, ladica 1. i 2. stupnja, krovni nosači (nisu prikazani) i većina ostalih nosivih konstrukcija bit će izgrađeni od 0,187” Crni ABS. Prednje zavjese za pozornice prikazane su u Mylar filmu na maketi, ali najvjerojatnije bi bile izrađene od reflektiranog premazanog akrila ili polikarbonata na stvarnom prototipu. Osvjetljenje (nije prikazano, ali se sastoji od 4 niza od 8 LED dioda od 3 W u nizu) bit će montirano na otprilike 0,125”aluminijske ploče s bakrenim cijevima od 0,125“lemljenim na gornjoj strani za hlađenje tekućinom (to hlađenje bi ulazilo i izlazilo sa stražnje strane) jedinice za odvajanje hladnjaka koji nije povezan s natječajem). Vodovod NTF vode u 1. i 2. fazu (nije prikazan ni na jednoj fotografiji, ali) bi se spojio putem brzog povezivanja na prednjoj strani 2. stupnja.

Pretvarač energije (prikazan na fotografiji gornjeg skladišnog prostora) može se premjestiti ispod ladice za klijanje (1. stupanj) kako bi se osigurala dodatna toplina za klijanje. AM2302, osjetnici temperature i vlage (nisu prikazani), bit će postavljeni visoko u svakoj fazi (izvan redovito planiranog puta cirkulacije zraka)

Dizajn se može činiti da uopće ne razmišlja o prostoru,

ali to nije tako. Moj ovdje opisani sustav NTF nije optimiziran ili modificiran za svemir, ali hidroponski sustavi NTF -a ozbiljni su kandidati za jedinstvene potrebe svemirskih usjeva u mikrogravitaciji, a ja imam ideje za njegovu optimizaciju prostora.

Natječaj nas je zamolio da dizajniramo sustav koji će uzgajati više biljaka u definiranom prostoru i automatizirati dizajn što je više moguće.

Dizajn odabran za drugu fazu morat će prvo uzgajati biljke na zemlji. Vjerujem da moj dizajn ispunjava sve zahtjeve natječaja i da to čini poštujući istinski prostor potreban za rast biljaka, cirkulaciju zraka, automatizirane kontrole okoliša i tjedni potrošni materijal za biljke. Sve unutar prostora od 50 cm3 koji smo dobili.

Korak 10: Završiti

Automatizacija projekta GARTH smanjuje potrebnu pozornost na jednom tjedno.

Sedmostruko smanjenje održavanja, u usporedbi sa sustavom "VEGGIE".

Šest biljaka započelo je tjedno u projektu GARTH.

Četverostruko povećanje proizvodnje, u usporedbi sa šest pogona koji su mjesečno započeli u sustavu "VEGGIE".

Smatram da su te promjene učinkovite, inventivne i učinkovite.

Nadam se da ćete i vi.

Drugoplasirani na natjecanju Growing Beyond Earth Maker