Lisää salaattia vähemmän tilaa tai Salaatin kasvattamista avaruudessa, (enemmän tai vähemmän): 10 vaihetta

2024 Kirjoittaja: John Day | [email protected]. Viimeksi muokattu: 2024-01-30 09:00

Tämä on ammattimainen lähetys Growing Beyond Earth, Maker Contest -kilpailuun, joka lähetetään Instructablesin kautta.

En voisi olla innostuneempi suunnittelemaan avaruuden viljelyä ja lähettämään ensimmäisen Instructable -ohjelmani.

Aluksi kilpailu pyysi meitä

… lähetä ohjeet, joissa kerrotaan yksityiskohtaisesti kasvien kasvukammion suunnittelu ja rakenne, joka (1) mahtuu 50 cm x 50 cm x 50 cm tilavuuteen, (2) sisältää kaikki kasvien kasvun ylläpitämiseksi tarvittavat ominaisuudet, kuten keinotekoisen valon, kastelujärjestelmän, ja (3) hyödyntää tehokkaasti ja kekseliästi sisätilaa, jotta se mahtuu ja kasvattaa mahdollisimman paljon kasveja.”

Luettuani kilpailuvaatimukset ja usein kysytyt kysymykset tein seuraavat oletukset suunnitteluprosessissa.

Astronautin kerran viikossa suunniteltu vuorovaikutus "projektin" kanssa olisi hyväksyttävää eikä mitätöisi automaattista valvontaa kilpailukriteereissä.

"Projektin" virtalähde voidaan sijoittaa 50 cm3: n ulkopuolelle, koska ISS toimittaisi virtaa laitteelle, jos yksikkö olisi avaruudessa. Projektin sisällä olevien LED -valojen jäähdytys voi olla peräisin 50 cm3: n ulkopuolelta, koska ISS voi toimittaa jäähdytystä laitteelle, jos yksikkö olisi avaruudessa.

"Käyttäjällä" voi olla rajoittamaton pääsy 50 cm3: n tilavuuden ylä- ja neljälle puolelle suunniteltua viikoittaista huoltoa varten, mutta ei sulje pois suunnittelemattomia ongelmia, jos "projektissa" ilmenee suunnittelematon ongelma.

Seuraavaksi keräsin kilpailun parametrit

Projektin tiedot

Vesi: 100 ml/kasvi/päivä (ehdotettu)

Valaistus: 300-400? Mol/M2/s PAR 400-700nm (ehdotettu)

Valosykli: 12/12

Valotyyppi: LED (ehdotettu)

Ilmankierto: 2,35 cf/0,0665 m3 (suunnitteluni kasvualue)

Lämpötila ISS: 65-80 ° F / 18,3 - 26,7 ° C (viite)

Kasvityyppi: 'Outredgeous' Red Romaine -salaatti

Kypsän kasvin koko: 15 cm korkea ja halkaisija 15 cm

Kasvujärjestelmä: (Suunnittelijan valinta)

Tarvikkeet

Tarvitsemme tarvikkeita

(Näitä osia käytetään konseptin todistamiseen, ne eivät todennäköisesti ole avaruusmatkojen hyväksymiä)

1 - 0,187 "48" x 96 "valkoinen ABS

3 - Mikro -ohjaimet

1-1602 LCD -näyttö

1 - Data Logger -suoja Nanolle

3 - Valovastus

4 - AM2302 -anturit

1 - DS18B20 -lämpötila -anturi

1 - EC -anturi, 1 - 15mA 5V optinen nesteen taso

1 - DS3231 for Pi (RTC)

… Ja lisää tarvikkeita

1 - Peristalttinen annostelupumppu

1-12 V vesipumppu

1 - Pietsosummerit

3-220 ohmin vastukset

1 - DPST -kytkin

1-265-275nm UVC-sterilointilaite

24 - 1½”saniteettikorkit

1 - Neste/ilma magneettinen sekoitusvaihe

1 - Tippumisen ohjauspää, 8 riviä

1 - Tippa kasteluputki

1 - Vaihdettava vesisäiliö

1 - ½ ID PVC -putki

70 - Ruuvit LEDien kiinnittämiseen

18 AWG ja 22 AWG lanka

1 - Kutista letkut

1 - Alumiini LED -jäähdytyselementille

5 - 6 mm korkeat kosketuskytkimet

4 - 1 ohmia, 1 watin vastukset

1 - Pkg siemeniä "Outredgeous" salaattia

…ja enemmän

1-400 W: n tehostuskortti

32-3W valkoiset LEDit, (6000-6500k)

1 - 24 V / 12 V / 5 V / 3,3 V: n virtalähde

8-40 mm tietokoneen tuulettimet

11 - 5V Opto -eristetyt releet

10 - 1N4007 flyback -diodi

24 - Rockwool -tulpat

1 - Hydroponiset ravintoaineet

1 - Ravintosäiliö

1 - Mylar -levyt

… Ja työkaluja

Liuotin liimaamiseen

Näin

Reikäsahat

Juotin

Juottaa

Porata

Poranterät

Ruuvimeisselit

Tietokone

USB kaapeli

Arduino IDE -ohjelmisto

Vaihe 1: Nykyisen VEGGIE -järjestelmän vertailu

ISS: n”VEGGIE” -järjestelmä voi kasvattaa kuusi salaattia 28 päivässä (4 viikossa). Jos “VEGGIE” toimisi kuuden kuukauden ajan (astronautin keskimääräinen aika ISS: llä), se kasvattaisi 36 salaatinpäätä ja lisäksi kuusi kahden viikon ikäistä päätä. Kolmen hengen miehistölle se on tuoreita vihanneksia kahdesti kuukaudessa.

GARTH -projekti kasvattaa kuusi salaattia 28 päivässä (4 viikossa). MUTTA.. jos se kestäisi 6 kuukautta, se kasvattaisi 138 päätä salaattia ja lisäksi 18 päätä eri kasvuvaiheissa. Kolmen hengen miehistölle se on tuoreita vihanneksia 7½ kertaa kuukaudessa tai lähes kaksi kertaa viikossa.

Jos se kiinnittää huomionne … katsotaanpa suunnittelua tarkemmin

Vaihe 2: GARTH -projekti

Kasvuautomaatiotekniikka puutarhataloudelle

(GARTH-projektin valokuvat ovat täysimittaisia, Dollar Storen vaahtomuovilevystä tehtyjä malleja)

GARTH -projekti maksimoi tuottavuuden käyttämällä neljää erillistä optimoitua kasvualuetta. Se sisältää myös valaistuksen, ilmanlaadun, veden laadun ja veden korvaamisen automaattiset ohjausjärjestelmät.

32, valkoiset 6000K LED -valot tarjoavat ehdotetut PAR -vaatimukset. Kaksi tuulettimen ilmankiertojärjestelmää ja neljän tuulettimen tuuletusjärjestelmä sisällytettiin sisäympäristön ylläpitämiseen, ja kasvien ruokintaan ja seurantaan valittiin automatisoitu, itseoptimoiva NTF (Hydrient Thin Film) -hydroponinen järjestelmä. Haihtumista korvaava vesi pidetään erillisessä säiliössä ylemmässä säilytysalueessa lähellä jatkuvasti sekoitettavaa nestemäistä ravintoainesäiliötä, jota tarvitaan ravinteiden tason ylläpitämiseksi hydroponisessa järjestelmässä astronautin avustuksella. Kaikki virta tulee, toimii ja jaetaan ylemmästä säilytysalueesta.

Vaihe 3: Suunnitteluominaisuudet

Neljä kasvualuetta

Ensimmäinen vaihe (itävyys), 0-1 viikon ikäisille siemenille, noin 750 cm3 kasvutilaa

Toinen vaihe, 1-2 viikon ikäisille kasveille, noin 3 600 cm3 kasvutilaa

Kolmas vaihe, 2-3 viikon ikäisille kasveille, noin 11 000 cm3 kasvutilaa

4. vaihe, 3-4 viikon ikäisille kasveille, noin 45 000 cm3 kasvutilaa

(Ensimmäisen ja toisen vaiheen alueet on yhdistetty irrotettavaan lokeroon istutuksen, huollon ja puhdistuksen helpottamiseksi)

Vaihe 4: Valaistusjärjestelmä

Valaistus oli kova ilman pääsyä PAR -mittariin, onneksi kilpailuun osallistui herra Dewitt Fairchildin trooppisessa kasvitieteellisessä puutarhassa. Hän ohjasi minut kaavioihin, jotka olivat erittäin hyödyllisiä, ja nämä kaaviot johtavat minut myös led.linear1: een. Kaavioiden ja verkkosivuston avulla pystyin laskemaan valaistuksen ja piirien tarpeet.

Suunnitteluni käyttää 26,4 V: n lähdejännitettä suorittamaan 4 8, 3 watin LED -sarjaa, joissa on 1 ohmin ja 1 watin vastukset. Käytän 24 V: n syöttöä ja Boost -muunninta vakiovirran nostamiseksi 26,4 V: iin. (ISS: n aluksella suunnitteluni käyttäisi käytettävissä olevaa 27 V: ta ja Buck -muunninta jännitteen alentamiseksi ja 26,4 V: n jatkuvan virran aikaansaamiseksi)

Tämä on valaistusjärjestelmän osaluettelo.

32, valkoinen 6000-6500k, 600mA, DC 3V – 3,4V, 3W LEDit

4, 1 ohmia - 1 W vastukset

1, 12A 400W Boost -muunnin

1,40 mm tuuletin

1, termistori

1, DS3231 Pi (RTC) tai dataloggeri

18 AWG johto

… Ja tällä tavalla aion käyttää niitä kolmekymmentäkaksi 3W LEDiä.

Yksi LED vaiheessa 1, neljä vaiheessa 2 ja yhdeksän vaiheessa 3. Viimeiset kahdeksantoista LEDiä sytyttävät vaiheen 4 ja tuovat meidät mahtavaan 96 watin valoon noin 2,4 ampeerilla.

Vaihe 5: Ilmankierto- ja ilmausjärjestelmä

(Muista, että vesijohdot ja sähköjohdot eivät ole valmiit. Nämä ovat kuvia ehdotetun järjestelmän mallista)

Kierto saavutetaan kahdella 40 mm tuulettimella. Työntöpuhallin, joka puhaltaa neljännen vaiheen vasemman yläkulman kanavasta. Ilma virtaa neljännen vaiheen poikki ja kolmannen vaiheen etuosaan, sitten kolmannen vaiheen läpi ja ulos takaosasta (ylös ja sen ympärille, lyhyen kanavan kautta) toisen vaiheen taakse. Vedä tuuletin toisen vaiheen yläpuolella olevaan kanavaan, joka imee ilmaa toisen vaiheen läpi ja ulos oikeasta yläkulmasta. Matkan suorittaminen ilmankiertojärjestelmän läpi.

Neljännen vaiheen tuuletus on suoraan ulos ylemmästä takaseinästä. Kolmas vaihe ilmautuu myös sen yläseinän läpi. Toinen vaihe tuuletetaan suoraan yläosan läpi ja itämisvaihe (vaihe 1) tuulettaa takaseinän, kuten vaiheet 3 ja 4.

Vaihe 6: NFT Hydroponic -järjestelmä

(EY -anturi, lämpötila -anturi, nesteen tason anturi, letkut haihduttamisen vaihtamiseksi makean veden säiliöstä ja letkut, jotka yhdistävät öljypumpun kanaviin, kaikki sijaitsevat täällä öljypohjassa, mutta niitä ei näy tässä kuvassa)

Järjestelmä sisältää 9 000+ml/cc-öljypohjan, 7 000+ml // cc makean veden säiliön haihdutuksen korvaamiseksi, 12 V: n 800 l/h vesipumpun, UV-C-sterilointilaitteen, joka tappaa kaikki levät vesistöön tulevassa vedessä 8 -porttinen säädettävä virtaussarja, ilmastustorni vastakkaisella virtauspuhaltimella vaiheen 2 alasvirtaavan veden ilmastamiseksi ja vaiheen poistoveden sekoittaminen, nesteen tason anturi, EC -anturi, veden lämpötila -anturi, peristalttinen pumppu annostelu ravinteiden säiliöstä, sekoitusvaihe, joka pitää ravinteet liuoksessa säiliössä ja viidessä kasvukourussa tai -kanavassa. Viisi kasvukanavaa, sekoitusvaihe ja ilmastustorni saavat vettä 8 -porttisesta säädettävästä virtaussarjasta. pois vesipumpulle, UV-C-sterilointilaitteelle ja peristalttisen pumpun ravinteiden annostelijalle. Näin käyttäjä voi työskennellä turvallisesti hydroponisen järjestelmän kanssa vaarantamatta itseään tai satoa.

Vaihe 7: Automaattinen ravinteiden jakelujärjestelmä

Käytän Michael Ratcliffen tätä projektia varten kehittämää "Self Optimizing Automated Arduino Nutrient Doser". Olen mukauttanut hänen luonnoksen järjestelmään ja laitteistoon, ja käytän Michaelin "Kolmen dollarin EC - PPM -mittaria" EC -anturina.

Tietoja tai ohjeita molemmista hankkeista löytyy osoitteesta: element14, hackaday tai michaelratcliffe

Vaihe 8: Automaatiojärjestelmien elektroniikka

Valojärjestelmä käyttää Arduino-mikro-ohjainta, yhtä DS3231 for Pi (RTC) -laitetta, yhtä 4-välitysmoduulia, neljää 1 ohmin-1 watin vastusta, kolmekymmentäkaksi 3 W: n valkoista LED-valoa, yksi 400 W: n tehostusmuunnin, kolme valokuvavastusta, yksi 40 mm: n tietokone tuuletin ja yksi termistori. Mikro -ohjain käyttää RTC: tä valojen ajastamiseen 12 tunnin päällä- ja 12 tunnin sammutusjaksossa. Se valvoo 2., 3. ja 4. vaiheen valotasoja valokuvavastuksilla ja hälyttää LED/pietsohälytyksellä, jos se havaitsee heikon valotason missä tahansa vaiheessa, valojen ollessa päällä. LED -ohjainkortin lämpötilaa valvoo termistori, joka on kytketty linjaan 40 mm: n tuulettimeen, ja se aloittaa automaattisesti jäähdytyksen, kun havaitaan riittävästi lämpöä.

Ravinteiden toimitusjärjestelmän on kehittänyt Michael Ratcliffe. Järjestelmä käyttää Arduino Mega -laitetta, joka on yksi Michaelin EC -koetinideoista, yksi 1602 LCD -näppäimistön näytön suoja, yksi DS18B20 -veden lämpötila -anturi, yksi 12 V: n peristalttinen annostelupumppu ja yksi 5 V: n optoeristetty rele. Lisäsin yhden optisen nestetason anturin. Järjestelmä seuraa EY- ja veden lämpötilaa ja aktivoi peristalttisen pumpun annostamaan ravinteita tarpeen mukaan. Mikro -ohjain valvoo öljypohjan vedenpintaa ja hälyttää LED-/pietsohälytyksellä, jos öljypohjan veden lämpötila on käyttäjän asettaman alueen ulkopuolella, jos EC -anturitiedot ovat käyttäjän asettaman alueen ulkopuolella pidempään kuin käyttäjän asettama ajan tai jos öljypohjan vedenpinta laskee käyttäjän asettaman tason alapuolelle.

Ilmankiertojärjestelmä koostuu Arduino-mikrokontrollerista, neljästä AM2302-anturista, kuudesta 40 mm: n tietokonetuulettimesta (kaksi toisen, kolmannen ja neljännen vaiheen ilmankiertoilmapuhallinta ja 4 tuuletuspuhallinta), yhdestä UV-C-sterilointilaitteesta ja kuudesta 5 V: n optoeristetystä releestä (faneille). Säädin valvoo ilman lämpötilaa ja kosteutta kaikissa 4 vaiheessa ja käynnistää automaattisesti kaksi tuulettimen kiertojärjestelmää tai yksittäisen portaan tuuletinta tarpeen mukaan, jotta lämpötila ja kosteus pysyvät käyttäjän asettamilla alueilla. Ohjain asettaa ja ohjaa myös UV-C-sterilointilaitteen ajoitusta ja ylläpitää LED-/pietsohälytystä, jos lämpötila tai kosteus ylittää käyttäjän asettamat tasot missä tahansa neljästä vaiheesta.

Vaihe 9: Rakenna

50 cm3: n kotelo, kanavat, makean veden haihdutussäiliö, ilmastustorni, keskusilmakanava, 1. ja 2. vaiheen laatikko, kattokaaret (ei esitetty) ja useimmat muut tukirakenteet on rakennettu 0,187 tuumaa Musta ABS. Etuverhot näyttämöille on esitetty Mylar -kalvossa mallina, mutta ne olisi todennäköisesti valmistettu heijastavasta pinnoitetusta akryylistä tai polykarbonaatista varsinaisessa prototyypissä. Valaistus (ei esitetty, mutta koostuu neljästä 8, 3 W: n LED -sarjasta) asennetaan noin 0,125 tuuman alumiinilevyyn, jonka yläpuolelle on juotettu 0,125 tuuman kupariputki nestejäähdytystä varten (että jäähdytys tulee sisään ja poistuu takaa) jäähdyttimen erottamiseksi kilpailusta riippumattomasta jäähdyttimestä.) NTF-veden putkisto vaiheisiin 1 ja 2 (ei näy missään valokuvissa, mutta) olisi kiinnitetty pikaliitännän kautta toisen vaiheen eteen.

Vahvistinmuunnin (näkyy ylemmän säilytysalueen kuvassa) voidaan siirtää itämisalustan alle (vaihe 1), jotta saadaan lisää lämpöä itämiseen. AM2302, lämpötila- ja kosteusanturit (ei esitetty), sijaitsevat korkealla jokaisessa vaiheessa (ulos säännöllisesti suunnitellusta ilmankierrosreitistä)

Suunnittelu saattaa näyttää siltä, että se ei ajattele tilaa ollenkaan,

mutta näin ei ole. Tässä kuvattua NTF -järjestelmääni ei ole optimoitu tai muokattu avaruuteen, mutta NTF -hydroponiset järjestelmät ovat vakavia kilpailijoita avaruuskasvien ainutlaatuisiin tarpeisiin mikrogravitaatiossa, ja minulla on ideoita sen tilan optimoimiseksi.

Kilpailu pyysi meitä suunnittelemaan järjestelmän, joka kasvatti enemmän kasveja määritellyssä tilassa ja automatisoi suunnittelun mahdollisimman paljon.

Vaiheeseen 2 valittujen mallien on ensin kasvatettava kasvit maan päällä. Uskon, että suunnitteluni täyttää kaikki kilpailun vaatimukset ja noudattaa samalla kunnioittaen todellista tilaa, jota tarvitaan kasvien kasvuun, ilmankiertoon, automatisoituun ympäristönhallintaan ja viikkoja kestäviin tarvikkeisiin. Kaikki 50 cm3: n sisällä, joka meille annettiin.

Vaihe 10: Kääriminen

GARTH -projektin automatisointi vähentää tarvittavaa huomiota kerran viikossa.

Seitsemän kertaa vähemmän huoltoa verrattuna "VEGGIE" -järjestelmään.

Kuusi laitosta aloitti viikoittain GARTH -projektissa.

"VEGGIE" -järjestelmässä tuotanto kasvoi neljä kertaa verrattuna kuuteen tehtaaseen kuukausittain.

Pidän näitä muutoksia tehokkaina, kekseliäinä ja tehokkaina.

Toivottavasti sinäkin.

Toinen sija Growing Beyond Earth Maker -kilpailussa