Mikrogravitaatiokasvien viljelijä "Disco Ball": 13 vaihetta

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

Hei lukijat, tämä projekti on ammattimainen lähetys Growing Beyond Earth Maker -kilpailuun.

Tämä projekti on todiste mahdollisesta kylvökoneen suunnittelusta, jota voitaisiin käyttää suunnitelman kasvattamiseen mikrogravitaatiossa.

Kilpailusääntöjen perusteella listasin järjestelmän vaatimuksen,

1. Järjestelmän tulee mahtua 50 cm^3 alueelle.
2. Järjestelmän on hyödynnettävä mikrogravitaatiota.
3. Järjestelmä voidaan suunnata mihin tahansa asentoon
4. Järjestelmä voi saada virtalähdettä ulkoisesti ISS: n sisäisistä virtakiskoista.
5. Järjestelmän on automatisoitava suuri osa kasvuprosessista minimaalisen vuorovaikutuksen avulla astronauteilta.

Edellä esitetyillä oletuksilla aloin suunnitella järjestelmää.

Vaihe 1: Hanke -ehdotus

Aloitin piirtämällä karkean hahmotelman siitä, miltä ajattelin järjestelmän näyttävän, Alkuperäinen ajatukseni oli pallo, joka oli ripustettu kasvavan ympäristön keskelle ja valaistus asennettu ympäröivään runkoon.

Tämän laatikon pohjassa olisi vettä ja elektroniikkaa.

Tässä vaiheessa aloin luetella tällaisen järjestelmän mahdollisia osia,

1. Runko - Sinun on valittava sopiva runkomateriaali
2. Valaistus - Millainen valaistus olisi paras? LED -nauhat?
3. Anturit - Jotta järjestelmä olisi automatisoitu, sen on kyettävä tunnistamaan kosteutta, kuten kosteutta ja lämpötilaa.
4. Ohjaus - Käyttäjä tarvitsee tavan olla vuorovaikutuksessa MCU: n kanssa

Tämän projektin tavoitteena on tuottaa todiste konseptista, ja opittujen kokemusten perusteella teen luettelon tulevasta työstä ja kehityksestä, jota tarvitaan tämän idean viemiseksi eteenpäin.

Vaihe 2: Todiste konseptista - BOM

Tämän projektin BOM (Bill of Materials) maksaa noin 130 puntaa tilatakseen kaiken tarvittavan, josta noin 100 puntaa käytetään yhden kasvinviljelyyksikön valmistamiseen.

On todennäköistä, että sinulla olisi kohtuullinen osa elektroniikkakomponenteista, mikä vähentää koodia dramaattisesti.

Vaihe 3: Elektroniikka - suunnittelu

Olen suunnitellut tähän projektiin tarvittavan elektroniikan Fritzingin avulla, Liitosten pitäisi toimia seuraavasti,

LCD 16x2 I2C

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

Rotary Encoder (D3 & D2 valittiin, koska ne ovat Arduino Uno Interupt -nastat)

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

DS18B20 lämpötila -anturi

1. GND> GND
2. DQ> D4 (Arduino, 5V: n nosto 4k7)
3. VDD> 5V

Maaperän kosteusanturi

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

Dual Relay Module

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

Katso muut linkit yllä olevasta kaaviosta.

Vaihe 4: Elektroniikka - kokoonpano

Kokosin elektroniikan edellisen sivun kaavion mukaisesti, Tein protoboardista kilven Arduino Unolle, Tätä varten rikkoin levyn suunnilleen Unon kokoiseksi ja lisäsin sitten urospuoliset otsikot, jotka olivat linjassa Unon naarasotsikoiden kanssa.

Jos liitännät vastaavat edellistä kaaviota, järjestelmän pitäisi toimia oikein, saattaa olla hyvä idea sijoittaa liitännät samalla tavalla kuin minä yksinkertaisuuden vuoksi.

Vaihe 5: Ohjelmisto - Suunnittele

Ohjelmistotoimintojen yleisenä ajatuksena on, että järjestelmä kiertää jatkuvasti anturien arvoja. Jokaisen syklin aikana arvot näkyvät nestekidenäytössä.

Käyttäjä pääsee valikkoon pitämällä kiertokytkintä alhaalla, kun tämä on havaittu, valikon käyttöliittymä avautuu. Käyttäjällä on muutama sivu käytettävissä,

1. Käynnistä vesipumppu
2. Vaihda LED -tila (päällä / pois)
3. Vaihda järjestelmätila (automaattinen / manuaalinen)
4. Poistu valikosta

Jos käyttäjä on valinnut automaattisen tilan, järjestelmä tarkistaa, ovatko kosteustasot kynnysarvon sisällä, jos ei, se pumppaa vettä automaattisesti odottamaan kiinteää viivettä ja tarkistaa uudelleen.

Tämä on perusautomaatiojärjestelmä, mutta toimii lähtökohtana tulevalle kehitykselle.

Vaihe 6: Ohjelmistojen kehittäminen

Pakolliset kirjastot

• Dallas Lämpötila
• LiquidCrystal_I2C-master
• OneWire

Ohjelmiston huomautukset

Tämä koodi on ensimmäinen koodiluonnos, joka antaa järjestelmän perustoiminnot

Katso liitteenä olevasta Nasa_Planter_Code_V0p6.ino -järjestelmäkoodin uusin versio, Lämpötila- ja kosteuslukemat näytöllä.

Automaattinen tila ja manuaalinen tila - Käyttäjä voi asettaa järjestelmän pumppaamaan veden automaattisesti kosteuden kynnyksellä

Kosteusanturin kalibrointi - AirValue & WaterValue cont int on täytettävä manuaalisesti, koska jokainen anturi on hieman erilainen.

Käyttöliittymä järjestelmän ohjaamiseen.

Vaihe 7: Mekaaninen - suunnittelu (CAD)

Tämän järjestelmän suunnittelussa käytin Fusion 360: tä, lopullinen kokoonpano voidaan katsoa/ ladata alla olevasta linkistä

a360.co/2NLnAQT

Kokoonpano sopii 50 cm^3 -kilpailualueelle ja on käyttänyt PVC -putkea laatikon rungon rakentamiseen, ja 3D -painettu kiinnike kulmaliitoksiin. Tässä kehyksessä on enemmän 3D -painettuja osia, joita käytetään kotelon seinien ja LED -valaistuksen asentamiseen.

Kotelon keskellä on istutuslaite "Disco Orb", joka on 4-osainen kokoonpano (2 puolikasta palloa, 1 pohja palloa, 1 putki). Siinä on erityiset katkaisut, joiden avulla vesipumpun putki ja kapasitiivinen kosteusanturi voidaan asettaa maaperään.

Suunnittelun pohjassa on ohjauslaatikko, jossa on elektroniikka ja joka antaa kehykselle jäykkyyden. Tässä osiossa näemme käyttöliittymän näytön ja säätimet.

Vaihe 8: Mekaaniset - 3D -tulostetut osat

Mekaaninen kokoonpano vaatii erilaisia 3D -tulostettuja osia, Kulmakehyksen kiinnikkeet, sivupaneelin kiinnikkeet, oven sarana, LED -kiinnikkeet ja ohjauslaatikon kiinnikkeet, Näiden osien paino on noin 750 grammaa ja tulostusaika 44 tuntia.

Osat voidaan joko viedä edellisen sivun linkitetystä 3D -kokoonpanosta tai löytää osoitteesta thingiverse täältä, www.thingiverse.com/thing:4140191

Vaihe 9: Mekaaninen - kokoonpano

Huomaa, että kokoonpanoni ohitin kotelon seinäosat, enimmäkseen ajan ja kustannusten rajoitusten vuoksi, Ensinnäkin meidän on leikattava PVC -putki 440 mm: n osiin, tarvitsemme 8 tällaista putkiosaa. 8 LED -kiinnityspainatusta ja 4 kehyksen kulmapidikettä.

Nyt meidän on valmisteltava LED -nauhat,

1. Leikkaa nauhat saksimerkiltä noin 15 cm: n pituudelta, meidän on leikattava 8 osaa LED -nauhaa
2. Paljasta + & - tyynyt poistamalla hieman kumia
3. Juottaa urospistokkeen liittimet alas (leikkaa 3 kappaletta ja juota molemmat päät tyynyyn)
4. Irrota jokaisen nauhan takana oleva liimasuoja ja kiinnitä LED -kiinnikkeisiin 3D -tulostimen osiin.
5. Tee nyt kaapeli, joka yhdistää kunkin nauhan kaikki positiiviset ja negatiiviset puolet
6. Käynnistä lopuksi ja tarkista, että kaikki LEDit toimivat

Vaihe 10: Projekti - edistyminen tähän mennessä

Toistaiseksi tämä on niin pitkälle kuin olen saanut tämän projektin kokoonpanon, Aion jatkaa tämän oppaan päivittämistä projektin edetessä,

Mitä jää tekemättä

• Täydellinen ohjauslaatikon asennus
• Talon elektroniikka
• Testaa veden pumppausjärjestelmä
• Tarkista edistyminen

Vaihe 11: Oppiaiheet

Vaikka projektia ei ole vielä saatu päätökseen, olen silti oppinut muutamia tärkeitä asioita tutkiessani tätä projektia.

Nesteen dynamiikka mikrogravitaatiossa

Tämä on hämmästyttävän monimutkainen aihe, joka tuo esiin paljon ennennäkemättömiä ongelmia vakio-painopohjaisen nesteen dynamiikan suhteen. Kaikki luonnolliset vaistomme siitä, miten nesteet toimivat, menevät ulos ikkunasta mikrogravitaatiossa, ja NASA on joutunut keksimään pyörän uudelleen saadakseen suhteellisen yksinkertaiset maalla olevat järjestelmät toimimaan.

Kosteuden tunnistaminen

Tutustu eri menetelmiin, joita käytetään yleisesti kosteuden havaitsemiseen (tilavuusanturit, tensiometrit ja kiinteät olomuodot, katso tästä linkistä hyvä luku aiheesta

Pieniä muistiinpanoja

PVC -putki on erinomainen kehysten nopeaan rakentamiseen, Tarvitsen parempia puutyökaluja!

Suunnittele harrastusprojekteja etukäteen, segmentoi tehtävät ja aseta määräajat aivan kuten töissä!

Vaihe 12: Tulevaisuuden työ

Kun olen lukenut kuinka hallitsemme nestedynamiikkaa mikrogravitaatiossa, olen erittäin kiinnostunut suunnittelemaan oman ratkaisuni ongelmaan, Haluaisin viedä tätä karkeaa muotoilua pidemmälle, tämän järjestelmän idea on käyttää palje säiliötä, jossa on askelmoottorit, jotka voivat puristaa säiliöalueen tietyn putkenpaineen ylläpitämiseksi.

Vaihe 13: Johtopäätös

Kiitos, että luit, toivottavasti pidit. Jos sinulla on kysyttävää tai haluat apua kaikissa tämän projektin aiheissa, voit kommentoida!

Jack.