Pestovateľ mikrogravitačných rastlín „Disco Ball“: 13 krokov

2024 Autor: John Day | [email protected]. Naposledy zmenené: 2024-01-30 11:57

Dobrý deň, čitatelia, tento projekt je profesionálnym prihlásením sa do súťaže Growing Beyond Earth Maker Contest.

Tento projekt je dôkazom konceptu potenciálneho dizajnu kvetináča, ktorý by bolo možné použiť na rast plánu v mikrogravitácii.

Na základe pravidiel súťaže som uviedol požiadavku systému,

1. Systém sa musí zmestiť do oblasti 50 cm^3.
2. Systém musí využívať výhody mikrogravitácie.
3. Systém je možné orientovať v akejkoľvek polohe
4. Systém môže byť napájaný externe z vnútorných napájacích koľajníc ISS.
5. Systém musí automatizovať veľkú časť rastúceho procesu s minimálnou interakciou astronautov.

s vyššie uvedenými predpokladmi som začal navrhovať systém.

Krok 1: Návrh projektu

Na začiatok som nakreslil hrubý náčrt toho, ako som si myslel, že by systém mohol vyzerať, Pôvodná myšlienka, ktorú som mal, bola guľa zavesená v strede rastúceho prostredia s osvetlením namontovaným na okolitom ráme.

V spodnej časti tohto boxu je umiestnená voda a elektronika.

V tejto fáze som začal uvádzať zoznam možných komponentov takéhoto systému,

1. Rám - Je potrebné vybrať vhodný materiál rámu
2. Osvetlenie - aký typ osvetlenia by bol najlepší? LED pásy?
3. Senzory - Na to, aby bol systém automatizovaný, musí byť schopný snímať vlhkosť, ako napríklad voľný čas a teplota.
4. Ovládanie - používateľ by potreboval spôsob interakcie s MCU

Cieľom tohto projektu je predložiť dôkaz koncepcie. Na základe získaných skúseností vytvorím zoznam budúcej práce a vývoja potrebného na ďalšie uplatnenie tejto myšlienky.

Krok 2: Dôkaz koncepcie - kusovník

Kusovník (kusovník) pre tento projekt bude stáť približne 130 libier na objednávku všetkého potrebného, z týchto nákladov sa zhruba 100 libier použije na výrobu jednej jednotky na pestovanie rastlín.

Je pravdepodobné, že by ste mali značný kus elektronických súčiastok, ktoré dramaticky znížia kód.

Krok 3: Elektronika - dizajn

Na plánovanie elektroniky potrebnej pre tento projekt som použil Fritzing, Pripojenia by mali prebiehať nasledovne,

LCD 16x2 I2C

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

Rotačný kodér (boli vybrané D3 a D2, pretože sú to kolíky 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 prípojkou 5 V na 4k7)
3. VDD> 5V

Senzor pôdnej vlhkosti

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

Dvojitý reléový modul

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

ďalšie odkazy nájdete na obrázku vyššie.

Krok 4: Elektronika - montáž

Zostavil som elektroniku podľa popisu v schéme na predchádzajúcej stránke, Protoboard som použil na výrobu štítu pre Arduino Uno, Aby som to urobil, zlomil som dosku zhruba na veľkosť Uno a potom som pridal kolíkové kolíky, ktoré boli zarovnané so ženskými hlavičkami na Uno.

Ak pripojenia zodpovedajú predchádzajúcemu diagramu, systém by mal fungovať správne, bolo by vhodné kvôli jednoduchosti rozložiť pripojenia podobným spôsobom ako ja.

Krok 5: Softvér - plán

Všeobecnou myšlienkou softvérovej funkčnosti je, aby systém nepretržite prechádzal okolo čítania hodnôt senzorov. V každom cykle sa hodnoty zobrazia na LCD displeji.

Užívateľ bude mať prístup do ponuky podržaním otočného prepínača nadol, akonáhle je to zistené, otvorí sa používateľské rozhranie ponuky. Používateľ bude mať k dispozícii niekoľko stránok,

1. Spustite vodné čerpadlo
2. Prepnúť stav LED (zapnuté / vypnuté)
3. Zmeniť režim systému (automatický / manuálny)
4. Ukončiť ponuku

Ak používateľ vybral automatický režim, systém skontroluje, či sú úrovne vlhkosti v medziach prahovej hodnoty, ak nie sú, bude automaticky čerpať vodu, čakať na pevné oneskorenie a znova skontrolovať.

Toto je základný automatizačný systém, ale bude fungovať ako východiskový bod pre budúci vývoj.

Krok 6: Software - vývoj

Požadované knižnice

• Teplota v Dallase
• LiquidCrystal_I2C-master
• OneWire

Poznámky k softvéru

Tento kód je prvým návrhom kódu, ktorý systému poskytuje základné funkcie

Najnovšie zostavenie systémového kódu nájdete v priloženom Nasa_Planter_Code_V0p6.ino, Hodnoty teploty a vlhkosti na displeji.

Automatický a manuálny režim - Užívateľ môže nechať systém automaticky pumpovať vodu pri prahovej vlhkosti

Kalibrácia senzora Moisuture - AirValue a WaterValue Cont int je potrebné vyplniť ručne, pretože každý senzor sa bude mierne líšiť.

Užívateľské rozhranie pre ovládanie systému.

Krok 7: Mechanika - návrh (CAD)

Na navrhnutie tohto systému som použil Fusion 360, konečnú zostavu je možné zobraziť/ stiahnuť z nižšie uvedeného odkazu

a360.co/2NLnAQT

Zostava sa zmestí do súťažnej oblasti 50 cm^3 a na konštrukciu rámu krabice bola použitá PVC rúra s 3D tlačenou konzolou pre rohové spoje. Tento rám má viac 3D vytlačených dielov, ktoré sa používajú na montáž stien rozvádzača a LED osvetlenia.

V strede krytu máme kvetináč „Disco Orb“, ktorý je 4-dielnou zostavou (2 polovice gule, 1 základňa gule, 1 trubica). Má špecifické výrezy, ktoré umožňujú vloženie potrubia vodného čerpadla a kapacitného senzora vlhkosti do sekcie pôdy.

Na základni dizajnu môžete vidieť ovládaciu skrinku, v ktorej je umiestnená elektronika a dáva tuhosť rámu. V tejto sekcii vidíme displej a ovládacie prvky používateľského rozhrania.

Krok 8: Mechanické - 3D tlačené diely

Mechanická montáž vyžaduje rôzne 3D tlačené diely, Rohové konzoly rámu, držiaky na bočný panel, záves dverí, držiaky LED a konzoly ovládacieho boxu, Tieto časti by mali mať celkovú hmotnosť 750 g a 44 hodín času na tlač.

Diely je možné buď exportovať z 3D zostavy prepojenej na predchádzajúcej stránke, alebo ich nájdete na webe tu, www.thingiverse.com/thing:4140191

Krok 9: Mechanická montáž

Všimnite si toho, že pri mojej montáži som preskočil časti steny krytu, väčšinou kvôli časovým a nákladovým obmedzeniam, Najprv musíme zrezať rúrku z PVC na časti s priemerom 440 mm, budeme potrebovať 8 častí potrubia takto. 8 LED diód pre tlač a 4 rámové rohové konzoly.

Teraz musíme pripraviť LED pásy,

1. Odstrihnite prúžky pri nožnicových značkách zhruba v dĺžkach 15 cm, musíme odstrihnúť 8 častí LED pásika
2. Odkryte podložky + a - odstránením kúska gumy
3. Spájkujte konektory mužskej hlavičky (odstrihnite časti 3 a každý koniec spájkujte s podložkou)
4. Odstráňte lepiaci chránič na zadnej strane každého pásu a pripevnite ho k dielom 3D tlačiarne 3D.
5. Teraz vytvorte kábel, ktorý prepojí všetky pozitíva a negatíva každého pásu
6. Nakoniec ho zapnite a skontrolujte, či fungujú všetky LED diódy

Krok 10: Projekt - Zatiaľ pokrok

Zatiaľ je to tak ďaleko, ako som sa dostal k montáži tohto projektu, Plánujem pokračovať v aktualizácii tejto príručky, ako sa projekt vyvíja,

Čo treba urobiť

• Kompletná zostava ovládacej skrinky
• Domáca elektronika
• Testovací systém čerpania vody
• Skontrolujte priebeh

Krok 11: Získané ponaučenia

Napriek tomu, že projekt teraz nie je dokončený, z výskumu tohto projektu som sa stále naučil niekoľko dôležitých vecí.

Dynamika tekutín v mikrogravitácii

Je to úžasne komplexný predmet, ktorý prináša množstvo nevídaných problémov pre štandardnú dynamiku tekutín založenú na gravitácii. Všetky naše prirodzené inštinkty o tom, ako budú tekutiny pôsobiť, vychádzajú z okna v mikrogravitácii a NASA musela znovu vymyslieť koleso, aby fungovali relatívne jednoduché systémy na Zemi.

Snímanie vlhkosti

Získajte informácie o rôznych metódach, ktoré sa bežne používajú na detekciu vlhkosti (volumetrické snímače, tenzometre a tuhé skupenstvo, dobré prečítanie témy nájdete na tomto odkaze

Drobné poznámky

PVC rúrka je vynikajúca na rýchle stavanie rámov, Potrebujem lepšie nástroje na spracovanie dreva!

Plánujte dopredu hobby projekty, segmentujte úlohy a stanovujte si termíny rovnako ako v práci!

Krok 12: Budúca práca

Po prečítaní toho, ako zvládame dynamiku tekutín v mikrogravitácii, ma veľmi zaujíma navrhnutie vlastného riešenia problému, Chcel by som tento hrubý dizajn posunúť ďalej, myšlienkou tohto systému je použiť vlnovcovú nádrž s krokovými motormi, ktoré môžu stlačiť oblasť kontajnera na udržanie určitého tlaku v potrubí.

Krok 13: Záver

Ďakujem za prečítanie. Dúfam, že sa vám páčil. Ak máte akékoľvek otázky alebo by ste chceli pomôcť s čímkoľvek, čo sa týka tohto projektu, neváhajte napísať komentár!

Jack.