Pěstitel mikrogravitačních rostlin „Disco Ball“: 13 kroků

2024 Autor: John Day | [email protected]. Naposledy změněno: 2024-01-30 08:21

Dobrý den, čtenáři, tento projekt je profesionálním příspěvkem do soutěže Growing Beyond Earth Maker Contest.

Tento projekt je důkazem koncepce potenciálního designu secího stroje, který by mohl být použit k pěstování plánu v mikrogravitaci.

Na základě pravidel soutěže jsem uvedl požadavek systému,

1. Systém se musí vejít do oblasti 50 cm^3.
2. Systém musí využívat výhod mikrogravitace.
3. Systém lze orientovat v jakékoli poloze
4. Systém může být zdrojem napájení externě z vnitřních napájecích lišt ISS.
5. Systém musí automatizovat velkou část rostoucího procesu s minimální interakcí astronautů.

s výše uvedenými předpoklady jsem začal navrhovat systém.

Krok 1: Návrh projektu

Na začátek jsem nakreslil hrubý nástin toho, jak jsem si myslel, že by systém mohl vypadat, Původní myšlenka, kterou jsem měl, byla koule zavěšená uprostřed rostoucího prostředí s osvětlením namontovaným na okolním rámu.

Základna tohoto boxu bude obsahovat vodu a elektroniku.

V této fázi jsem začal vyjmenovávat možné součásti takového systému,

1. Rám - Je třeba vybrat vhodný materiál rámu
2. Osvětlení - jaký typ osvětlení by byl nejlepší? LED pásky?
3. Senzory - Aby byl systém automatizovaný, musí být schopen vnímat vlhkost, jako je volný čas a teplota.
4. Ovládání - uživatel by potřeboval způsob interakce s MCU

Cílem tohoto projektu je vytvořit důkaz koncepce, na základě získaných zkušeností sestavím seznam budoucí práce a vývoje potřebného k dalšímu posunu této myšlenky.

Krok 2: Důkaz koncepce - kusovník

Kusovník (kusovník) pro tento projekt bude stát přibližně 130 liber na objednání všeho požadovaného, z těchto nákladů zhruba 100 liber bude použito na výrobu jediné pěstitelské jednotky rostlin.

Je pravděpodobné, že byste měli značný kus elektronických součástek, které dramaticky sníží kód.

Krok 3: Elektronika - design

Použil jsem Fritzing k plánování elektroniky potřebné pro tento projekt, Připojení by mělo probíhat následovně,

LCD 16x2 I2C

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

Rotační kodér (D3 a D2 byly vybrány, protože jsou piny Arduino Uno Interupt)

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

Snímač teploty DS18B20

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

Senzor vlhkosti půdy

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

Modul duálního relé

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

ostatní odkazy naleznete na výše uvedeném diagramu.

Krok 4: Elektronika - montáž

Sestavil jsem elektroniku, jak je popsáno v diagramu na předchozí stránce, Protoboard jsem použil k výrobě štítu pro Arduino Uno, Abych to udělal, rozbil jsem desku zhruba na velikost Uno a přidal jsem samčí kolíkové lišty, které byly zarovnány se ženskými hlavičkami na Uno.

Pokud připojení odpovídají předchozímu diagramu, měl by systém fungovat správně, může být vhodné pro jednoduchost rozvržení připojení provést podobným způsobem jako já.

Krok 5: Software - Plán

Obecnou myšlenkou softwarové funkcionality je, aby systém nepřetržitě procházel kolem čtení hodnot senzorů. V každém cyklu se hodnoty zobrazí na LCD.

Uživatel bude mít přístup do nabídky podržením otočného přepínače, jakmile je toto detekováno, otevře se uživatelské rozhraní nabídky. Uživatel bude mít k dispozici několik stránek,

1. Spusťte vodní čerpadlo
2. Přepnout stav LED (zapnuto / vypnuto)
3. Změnit režim systému (automatický / manuální)
4. Ukončit nabídku

Pokud uživatel zvolil automatický režim, systém zkontroluje, zda jsou úrovně vlhkosti v mezích prahové hodnoty, pokud nejsou, bude automaticky pumpovat vodu, čekat na pevné zpoždění a znovu zkontrolovat.

Toto je základní automatizační systém, ale bude fungovat jako výchozí bod pro budoucí vývoj.

Krok 6: Software - vývoj

Požadované knihovny

• Teplota v Dallasu
• LiquidCrystal_I2C-master
• OneWire

Poznámky k softwaru

Tento kód je prvním konceptem kódu, který systému poskytuje základní funkce

Nejnovější verzi systémového kódu najdete v přiloženém Nasa_Planter_Code_V0p6.ino, Zobrazení teploty a vlhkosti na displeji.

Automatický režim a manuální režim - Uživatel může nechat systém automaticky pumpovat vodu s prahovou vlhkostí

Kalibrace senzoru Moisuture - Interval AirValue a WaterValue je třeba vyplnit ručně, protože každý senzor se bude mírně lišit.

Uživatelské rozhraní pro ovládání systému.

Krok 7: Mechanical - Design (CAD)

K návrhu tohoto systému jsem použil Fusion 360, finální sestavu lze zobrazit/ stáhnout z níže uvedeného odkazu

a360.co/2NLnAQT

Sestava se vejde do soutěžní oblasti 50 cm^3 a použila PVC trubku pro konstrukci rámu krabice s 3D tištěným držákem pro rohové spoje. Tento rám má více 3D tištěných částí, které se používají k montáži stěn skříně a LED osvětlení.

Uprostřed skříně máme secí stroj „Disco Orb“, což je čtyřdílná sestava (2 poloviny koule, 1 základna koule, 1 trubice). Toto má specifické výřezy, které umožňují vložení potrubí vodního čerpadla a kapacitního senzoru vlhkosti do sekce půdy.

Na základně designu vidíte ovládací skříňku, která obsahuje elektroniku a dává tuhost rámu. V této sekci vidíme zobrazení a ovládací prvky uživatelského rozhraní.

Krok 8: Mechanické - 3D tištěné díly

Mechanická montáž vyžaduje různé 3D tištěné díly, Rohové rámové konzoly, držáky bočních panelů, závěs dveří, držáky LED a konzoly ovládacích boxů, Tyto části by měly mít celkovou hmotnost 750 g a 44 hodin času tisku.

Díly lze buď exportovat z 3D sestavy propojené na předchozí stránce, nebo je lze nalézt na webu Věci zde, www.thingiverse.com/thing:4140191

Krok 9: Mechanická montáž

Všimněte si, že při mé montáži jsem přeskočil části stěny skříně, většinou kvůli časovým a nákladovým omezením, Nejprve musíme snížit trubku z PVC na 440 mm, budeme potřebovat 8 částí trubky takto. 8 LED držáků s tištěnými a 4 rámové rohové konzoly.

Nyní musíme připravit LED pásky,

1. Odřízněte proužky u nůžkových značek zhruba na 15 cm délky, potřebujeme odstřihnout 8 částí LED pásku
2. Odkryjte podložky + a - odstraněním kousku gumy
3. Zapájejte konektory samčího konektoru (odstřihněte části po 3 a pájejte každý konec na podložku)
4. Odstraňte lepicí chránič na zadní straně každého proužku a připevněte jej k částem 3D tiskárny s LED montáží.
5. Nyní vytvořte kabel, který propojí všechny klady a zápory každého pásu
6. Nakonec jej zapněte a zkontrolujte, zda všechny LED diody fungují

Krok 10: Projekt - Dosavadní pokrok

Zatím je to tak daleko, jak jsem se dostal přes montáž tohoto projektu, Plánuji pokračovat v aktualizaci této příručky, jak se projekt vyvíjí,

Co zbývá udělat

• Kompletní sestava ovládací skříně
• Domácí elektronika
• Otestujte systém čerpání vody
• Zkontrolujte průběh

Krok 11: Poučení

Přestože projekt nyní nebyl dokončen, stále jsem se při výzkumu tohoto projektu dozvěděl několik důležitých věcí.

Dynamika tekutin v mikrogravitaci

Jedná se o úžasně komplexní téma, které přináší spoustu neviditelných problémů pro standardní dynamiku tekutin založenou na gravitaci. Všechny naše přirozené instinkty o tom, jak budou kapaliny působit, jdou z okna mikrogravitací a NASA musela znovu objevit kolo, aby fungovaly relativně jednoduché systémy na Zemi.

Snímání vlhkosti

Přečtěte si o různých metodách, které se běžně používají pro detekci vlhkosti (volumetrické senzory, tenzometry a pevné skupenství, na tomto odkazu si můžete přečíst dobré téma

Drobné poznámky

PVC potrubí je vynikající pro rychlé stavění rámů, Potřebuji lepší nástroje pro zpracování dřeva!

Plánujte dopředu hobby projekty, segmentujte úkoly a stanovujte si termíny stejně jako v práci!

Krok 12: Budoucí práce

Poté, co jsem si přečetl, jak zvládáme dynamiku tekutin v mikrogravitaci, mám velký zájem navrhnout vlastní řešení problému, Chtěl bych tento hrubý design posunout dále, myšlenkou tohoto systému je použít měchovou nádrž s krokovými motory, které mohou stlačovat oblast kontejneru a udržovat určitý tlak v potrubí.

Krok 13: Závěr

Děkuji za přečtení Doufám, že se vám líbilo, pokud máte nějaké dotazy nebo byste chtěli pomoci s čímkoli, co je součástí tohoto projektu, neváhejte napsat komentář!

Zvedák.