Uzgajivač biljaka za mikrogravitaciju "Disco Ball": 13 koraka

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

Pozdrav čitatelji, ovaj je projekt profesionalna prijava na natjecanje Growing Beyond Earth Maker.

Ovaj je projekt dokaz koncepta za potencijalni dizajn sadilice koji bi se mogao koristiti za uzgoj plana u mikrogravitaciji.

Na temelju pravila natjecanja naveo sam zahtjeve sustava,

1. Sustav mora stati u područje od 50 cm^3.
2. Sustav mora iskoristiti mikrogravitaciju.
3. Sustav se može orijentirati u bilo kojem položaju
4. Sustav se može napajati izvana iz unutarnjih vodilica ISS -a.
5. Sustav mora automatizirati veći dio procesa uz minimalnu interakciju astronauta.

s gore navedenim pretpostavkama počeo sam projektirati sustav.

Korak 1: Prijedlog projekta

Za početak sam nacrtao grubi prikaz onoga što sam mislio da bi sustav mogao izgledati, Početna ideja koju sam imao bila je kugla suspendirana u središtu rastućeg okoliša s rasvjetom postavljenom na okolni okvir.

U bazi ove kutije nalazi se voda i elektronika.

U ovoj fazi počeo sam nabrajati vrste potencijalnih komponenti takvog sustava,

1. Okvir - potrebno je odabrati odgovarajući materijal za okvir
2. Rasvjeta - Koja vrsta rasvjete bi bila najbolja? LED trake?
3. Senzori - Da bi sustav bio automatiziran, trebao bi moći osjetiti vlagu poput vlage i temperature.
4. Kontrola - Korisniku bi trebao način interakcije s MCU -om

Cilj ovog projekta je izraditi dokaz koncepta, na temelju naučenih lekcija sačinit ću popis budućeg rada i razvoja potrebnog za daljnju primjenu ove ideje.

Korak 2: Dokaz koncepta - BOM

BOM (Bill of Materials) za ovaj projekt koštat će otprilike 130 GBP za naručivanje svega potrebnog, od čega će se otprilike 100 GBP upotrijebiti za izradu jedne jedinice za uzgoj biljaka.

Vjerojatno biste imali priličan dio elektroničkih komponenti koje dramatično smanjuju kôd.

Korak 3: Elektronika - dizajn

Koristio sam Fritzing za planiranje elektronike potrebne za ovaj projekt, Veze bi trebale ići na sljedeći način,

LCD 16x2 I2C

1. GND> GND
2. VCC> 5V
3. SDA> A4 (Arduino)
4. SCL> A5 (Arduino)

Rotacijski koder (D3 i D2 odabrani su jer su to pinovi Arduino Uno Interupt)

1. GND> GND
2. +> 5V
3. SW> D5 (Arduino)
4. DT> D3 (Arduino)
5. CLK> D2 (Arduino)

Senzor temperature DS18B20

1. GND> GND
2. DQ> D4 (Arduino, s 5V povećanjem od 4k7)
3. VDD> 5V

Senzor vlažnosti tla

1. A> A0 (Arduino)
2. -> GND
3. +> 5V

Modul s dva releja

1. VCC> 5V
2. INC2> D12 (Arduino)
3. INC1> D13 (Arduino)
4. GND> GND

za ostale veze pogledajte gornji dijagram.

Korak 4: Elektronika - montaža

Sastavio sam elektroniku kako je opisano na dijagramu prethodne stranice, Koristio sam protoboard za izradu štita za Arduino Uno, Da bih to učinio, razbio sam ploču otprilike na veličinu Uno -a, a zatim dodao muške zaglavlje zaglavlja koji su poravnati sa ženskim zaglavljima na Uno -u.

Ako veze odgovaraju prethodnom dijagramu, sustav bi trebao ispravno funkcionirati, možda bi bilo dobro postaviti veze na sličan način kao i ja radi jednostavnosti.

Korak 5: Softver - Plan

Opća ideja softverske funkcionalnosti je da sustav kontinuirano kruži oko čitanja vrijednosti senzora. Na svakom ciklusu vrijednosti će se prikazivati na LCD -u.

Korisnik će moći pristupiti izborniku držeći okretni prekidač dolje, nakon što se to otkrije, otvorit će se korisnički interfejs izbornika. Korisniku će biti na raspolaganju nekoliko stranica,

1. Pokrenite pumpu za vodu
2. Uključivanje / isključivanje LED stanja
3. Promijenite način rada sustava (automatski / ručno)
4. Izlaz iz izbornika

Ako je korisnik odabrao Automatski način rada, sustav će provjeriti jesu li razine vlage unutar granične vrijednosti, ako nisu, automatski će pumpati vodu, pričekati fiksno kašnjenje i ponovno provjeriti.

Ovo je osnovni sustav automatizacije, ali poslužit će kao polazna točka za budući razvoj.

Korak 6: Softver - razvoj

Potrebne knjižnice

• DallasTemperature
• LiquidCrystal_I2C-master
• OneWire

Bilješke o softveru

Ovaj je kod prvi nacrt koda koji sustavu daje osnovne funkcionalnosti, uključujući

Najnoviju verziju sistemskog koda potražite u priloženom Nasa_Planter_Code_V0p6.ino, Očitanja temperature i vlage na zaslonu.

Automatski način rada i ručni način rada - korisnik može postići da sustav automatski pumpa vodu pri pragu vlažnosti

Kalibracija osjetnika vlage - Kontrolne vrijednosti AirValue & WaterValue potrebno je ručno napuniti jer će se svaki senzor malo razlikovati.

Korisničko sučelje za upravljanje sustavom.

Korak 7: Mehanički - dizajn (CAD)

Za dizajn ovog sustava koristio sam Fusion 360, konačni sklop se može pogledati/ preuzeti s donje veze

a360.co/2NLnAQT

Sklop se uklapa u natjecateljsko područje od 50 cm^3 i koristio je PVC cijev za izradu okvira kutije, s 3D tiskanim nosačem za kutne spojeve. Ovaj okvir ima više 3D ispisanih dijelova koji se koriste za postavljanje zidova kućišta i LED rasvjetu.

U središtu kućišta imamo sadilicu "Disco Orb" koja je 4-dijelni sklop, (2 polovice kugle, 1 baza kugle, 1 cijev). Ima posebne izreze koji omogućuju umetanje cijevi pumpe za vodu i kapacitivnog senzora vlage u odjeljak tla.

U osnovi dizajna možete vidjeti upravljačku kutiju, u kojoj je smještena elektronika i okvir daje krutost. U ovom odjeljku možemo vidjeti zaslon i kontrole korisničkog sučelja.

Korak 8: Mehanički - 3D ispisani dijelovi

Mehanički sklop zahtijeva različite 3D tiskane dijelove, Nosači kutnog okvira, nosači bočnih ploča, šarke za vrata, LED nosači i nosači kontrolne kutije, Ovi bi dijelovi trebali otprilike imati 750 g težine i 44 sata vremena ispisa.

Dijelovi se mogu izvesti iz 3D sklopa povezanog na prethodnoj stranici ili se mogu pronaći na stvarima ovdje, www.thingiverse.com/thing:4140191

Korak 9: Mehanički - sastavljanje

Imajte na umu da sam u sastavu preskočio dijelove zidova kućišta, uglavnom zbog ograničenja vremena i troškova, Prije svega, moramo smanjiti PVC cijev na dijelove od 440 mm, trebat će nam 8 dijelova cijevi poput ove. 8 tiskanih LED nosača i 4 kutna držača okvira.

Sada moramo pripremiti LED trake,

1. Odrežite trake na oznakama škara na otprilike 15 cm duljine, potrebno je izrezati 8 dijelova LED trake
2. Izložite + & - jastučiće uklanjanjem malo gume
3. Lemiti konektore muškog zaglavlja (izrezati 3 dijela i svaki kraj lemiti na podlogu)
4. Uklonite ljepilo sa stražnje strane svake trake i pričvrstite dijelove 3D pisača na LED nosač.
5. Sada napravite kabel za povezivanje svih pozitivnih i negativnih strana svake trake
6. Na kraju ga uključite i provjerite rade li sve LED diode

Korak 10: Projekt - dosadašnji napredak

Do sada je ovo koliko sam uspio kroz sastavljanje ovog projekta, Planiram nastaviti ažurirati ovaj vodič kako se projekt bude razvijao,

Što preostaje učiniti

• Kompletan sklop upravljačke kutije
• Kućna elektronika
• Ispitajte sustav crpljenja vode
• Pregledajte napredak

Korak 11: Naučene lekcije

Iako do sada projekt nije dovršen, još sam naučio nekoliko važnih stvari istražujući ovaj projekt.

Dinamika fluida u mikrogravitaciji

Ovo je nevjerojatno složena tema koja uvodi mnoga neviđena pitanja za standardnu dinamiku fluida temeljenu na gravitaciji. Svi naši prirodni instinkti o tome kako će tekućine djelovati izlaze kroz prozor u mikrogravitaciji, a NASA je morala ponovno izumiti kotač kako bi funkcionirali relativno jednostavni zemaljski sustavi.

Prepoznavanje vlage

Saznajte više o različitim metodama koje se obično koriste za otkrivanje vlage (Volumetrijski senzori, tenziometri i kruto stanje, pogledajte ovu vezu za dobro čitanje na temu

Manje bilješke

PVC cijev izvrsna je za brzu izgradnju okvira, Trebam bolji alat za stolariju!

Planirajte unaprijed hobi projekte, segmentirajte zadatke i postavite rokove kao na poslu!

Korak 12: Budući rad

Nakon što sam pročitao kako upravljamo dinamikom fluida u mikrogravitaciji, vrlo sam zainteresiran za osmišljavanje vlastitog rješenja problema, Želio bih uzeti ovaj grubi dizajn dalje, ideja za ovaj sustav je koristiti rezervoar s mijehom sa koračnim motorima koji može komprimirati područje spremnika za održavanje određenog tlaka u cijevi.

Korak 13: Zaključak

Hvala na čitanju. Nadam se da ste uživali, ako imate pitanja ili želite pomoć oko bilo čega obuhvaćenog ovim projektom, slobodno komentirajte!

Utičnica.