Több saláta termesztése kevesebb helyen, vagy Saláta termesztése az űrben, (több vagy kevesebb): 10 lépés

2024 Szerző: John Day | [email protected]. Utoljára módosítva: 2024-01-30 09:40

Ez egy professzionális beküldés a Growing Beyond Earth, Maker Contest versenyre, amelyet az Instructables -en keresztül nyújtottak be.

Nem is izgathatnám jobban, hogy űrnövénytermesztésre tervezek, és közzéteszem az első Instructable -t.

Kezdésként a verseny arra kért minket, hogy

„… Nyújtson be egy utasítást, amely részletezi a növénynövekedési kamrájának tervezését és felépítését, amely (1) 50 cm x 50 cm x 50 cm térfogatba illeszkedik, (2) tartalmazza a növény növekedésének fenntartásához szükséges összes funkciót, azaz mesterséges fényt, öntözőrendszert, és a levegő keringtető eszközeit, és (3) hatékonyan és találékonyan használja ki a belső térfogatot annak érdekében, hogy a lehető legtöbb növény illeszkedjen és sikeresen növekedjen.”

Miután elolvastam a verseny követelményeit és a GYIK -ot, a következő feltételezéseket tettem a tervezési folyamat során.

Az űrhajós által a „projekttel” hetente tervezett interakció elfogadható lenne, és nem semmisíti meg az automatikus vezérlési szempontot a verseny feltételeiben.

A „projekt” tápegysége az 50 cm3 -en kívül helyezhető el, mivel az ISS áramot szolgáltatna az egységnek, ha az egység az űrben lenne. A „projektben” lévő LED -ek hűtése az 50 cm3 -en kívülről származhat, mivel az ISS hűtést tud biztosítani az egységhez, ha az egység a térben lenne.

A „felhasználó” korlátlan hozzáférést kaphat az 50 cm3 -es kötet tetejéhez és 4 oldalához a tervezett heti karbantartáshoz, de nem zárhatja ki a nem tervezett problémákat, ha nem tervezett probléma merül fel a „projekttel”.

Ezután összegyűjtöttem a verseny paramétereit

Projektadatok

Víz: 100 ml/növény/nap (javasolt)

Világítás: 300-400? Mol/M2/s a PAR 400-700 nm-en belül (javasolt)

Fényciklus: 12/12

Fénytípus: LED (javasolt)

Légáramlás: 2,35 cf/0,0665 m3 (a tervezési terület)

Hőmérséklet az ISS -en: 65-80 ° F / 18,3-26,7 ° C (referenciaként)

Növénytípus: ‘Outredgeous’ Red Romaine saláta

Érett növény mérete: 15 cm magas és 15 cm átmérőjű

Növekedési rendszer: (tervező választása)

Kellékek

Szükségünk lesz kellékekre

(Ezek az alkatrészek a koncepció bizonyítására szolgálnak, valószínűleg NEM engedélyezettek az űrutazáshoz)

1 - 0,187 "48" x 96 "fehér ABS

3 - Mikrovezérlők

1 - 1602 LCD kijelző

1 - Adatgyűjtő pajzs a Nano számára

3 - Fotóellenállások

4 - AM2302 érzékelők

1 - DS18B20 hőmérséklet -érzékelő

1 - EC érzékelő, 1 - 15mA 5V optikai folyadékszint

1 - DS3231 for Pi (RTC)

… És további kellékek

1 - Perisztaltikus adagolószivattyú

1-12V vízszivattyú

1 - Piezo hangjelzők

3-220 Ohm ellenállások

1 - DPST kapcsoló

1-265-275 nm UVC sterilizátor

24 - 1½ hüvelykes egészségügyi sapkák

1 - Folyadék/levegő mágneses keverési fokozat

1 - Csepegtető vezérlőfej, 8 vonal

1 - Csepegtető öntözőcső

1 - Csere víztartály

1 - ½ azonosítójú PVC cső

70 - Csavarok LED -ek rögzítéséhez

18 AWG és 22 AWG huzal

1 - Zsugorcső

1 - Alumínium LED hűtőbordához

5-6 mm magas tapintható kapcsolók

4 - 1 Ohm, 1 Wattos ellenállások

1 - Pkg magvak „Outredgeous” saláta

…és több

1-400 W teljesítményfokozó

32-3 W fehér LED-ek, (6000-6500k)

1 - 24V / 12V / 5V / 3.3V tápegység

8-40 mm -es számítógépes ventilátorok

11 - 5V Opto szigetelt relék

10 - 1N4007 flyback dióda

24 - Kőzetgyapot dugók

1 - Hidroponikus tápanyagok

1 - Tápanyagtartály

1 - Mylar lepedő

… És eszközök

Oldószer ragasztáshoz

Fűrész

Lyukfűrészek

Forrasztópáka

Forrasztó

Fúró

Fúrófejek

Csavarhúzók

Számítógép

USB kábel

Arduino IDE szoftver

1. lépés: A jelenlegi „VEGGIE” rendszer összehasonlítása

Az ISS „VEGGIE” rendszere 28 nap (4 hét) alatt 6 fej salátát képes termeszteni. Ha a „VEGGIE” 6 hónapig futna (átlagosan egy űrhajós tartózkodik az ISS fedélzetén), akkor 36 fej saláta nőne, további 6 fej pedig két hetes lenne. A 3 fős személyzet számára ez havonta kétszer friss zöldség.

A GARTH projektben 6 fej saláta nő 28 nap (4 hét) alatt. DE.. ha 6 hónapig futna, 138 fej saláta nőne, további 18 fej pedig a növekedés különböző szakaszaiban. A 3 fős legénységnél ez friss zöldség havonta 7½ alkalommal, vagy majdnem kétszer hetente.

Ha ez felkelti a figyelmét… nézzük meg közelebbről a tervezést

2. lépés: A GARTH projekt

Növekedési automatizálási erőforrás -technológia a kertészet számára

(A GARTH projekt fényképei teljes méretű makettből készültek, a Dollar Store habszivacslapból készültek)

A GARTH projekt maximalizálja a termelékenységet 4 külön optimalizált növekedési terület használatával. Tartalmazza a világítás, a levegő minősége, a vízminőség és a vízpótlás automatikus vezérlőrendszereit is.

32, Fehér 6000K LED -es lámpák biztosítják a javasolt PAR követelményeket. A belső környezet fenntartása érdekében két ventilátoros légáramlási rendszert és egy négy ventilátoros szellőzőrendszert építettek be, és egy automatizált, önoptimalizáló Nutrient Thin Film (NTF) hidroponikus rendszert választottak a növények táplálására és megfigyelésére. A párologtató pótvizet egy külön tartályban tartják a felső tárolóban, egy folyamatosan kevert folyékony tápanyagtartály közelében, amely egy űrhajós segítsége nélkül szükséges a hidroponikus rendszer tápanyagszintjének fenntartásához. Minden áram a felső tárolóterületről érkezik, működik és oszlik el.

3. lépés: Tervezési jellemzők

A négy növekedési terület

1. szakasz (csírázás), 0-1 hetes magvak esetében, körülbelül 750 cm3 növekedési hely

2. szakasz, 1-2 hetes növényekhez, kb. 3600 cm3 növekedési terület

3. szakasz, 2-3 hetes növényeknél, kb. 11 000 cm3 növekedési tér

4. szakasz, 3-4 hetes növények esetében, kb. 45 000 cm3 növekedési tér

(Az első és a második szakasz területei egy kivehető tálcán vannak egyesítve az ültetés, a szervizelés és a tisztítás megkönnyítése érdekében)

4. lépés: Világítási rendszer

A világítás nehéz volt PAR -mérő nélkül. Szerencsére a versenyen Mr. Dewitt a Fairchild Trópusi Botanikus Kertben kérdéseket tett fel. Olyan diagramokra irányított, amelyek nagyon hasznosak voltak, és ezek a diagramok is a led.linear1 -re vezetnek. A diagramokkal és a webhellyel ki tudtam számítani a világítási és áramköri igényeimet.

Az én tervezésem 26,4 V -os forrásfeszültséget használ 4 db 8, 3 wattos LED -sorozat működtetésére sorban, 1 ohmos, 1 wattos ellenállással. 24V -os tápegységet és Boost -átalakítót használok az állandó áram 26,4V -ra történő emelésére. (Az ISS fedélzetén a tervezésem a rendelkezésre álló 27 V -ot és egy Buck konvertert használná a feszültség csökkentésére és a 26,4 V állandó áram biztosítására)

Ez a világítási rendszer alkatrészeinek listája.

32, fehér 6000-6500k, 600mA, DC 3V – 3,4V, 3W LED-ek

4, 1 ohm - 1 W ellenállások

1, 12A 400W Boost átalakító

1, 40 mm -es ventilátor

1, termisztor

1, DS3231 Pi (RTC) vagy adatgyűjtő számára

18 AWG huzal

… És így tervezem használni azt a harminckét, 3 W-os LED-et.

Egy LED az 1. szakaszban, négy a 2. szakaszban és kilenc a 3. szakaszban. Az utolsó tizennyolc LED világít a 4. szakaszban, és összességében 96 wattnyi fényt kapunk körülbelül 2,4 amper mellett.

5. lépés: Levegő keringtető és szellőző rendszer

(Kérjük, ne feledje, hogy a vízvezeték és az elektromos vezetékek nem teljesek. Ezek a javasolt rendszer makettjének képei)

A keringetést két 40 mm -es ventilátor biztosítja. Nyomóventilátor, amely a bal felső hátsó csővezetékből a 4. szakaszba fúj. A levegő átáramlik a 4. szakaszon és a 3. szakasz elejére, majd a 3. szakaszon, majd a hátsó részen (felfelé és az 1. szakasz körül, egy rövid csatornán keresztül) a 2. szakasz hátsó részébe. A 2. szakasz feletti légcsatornában húzó ventilátor szívja be a levegőt a 2. szakaszon, és a jobb első felső sarokban. Az utazás befejezése a légáramlási rendszeren keresztül.

A 4. szakasz légtelenítése közvetlenül a felső hátsó falon lesz. A harmadik szakasz a felső hátsó falon keresztül is szellőzik. A 2. szakasz egyenesen szellőzik a tetején, és a csírázási szakasz (1. szakasz) a hátsó falat szellőzteti ki, hasonlóan a 3. és 4. szakaszhoz.

6. lépés: NFT hidroponikus rendszer

(Az EK -szonda, a hőmérséklet -érzékelő, a folyadékszint -érzékelő, az édesvízi tartályból származó párolgás cseréjére szolgáló tömlők és az olajteknő -szivattyút a csatornákhoz csatlakoztató tömlők, mind itt lesznek az aknában, de nem jelentek meg ezen a fotón)

A rendszer tartalmaz egy 9 000+ml/cm3-es tartályt, egy 7 000+ml // cm3-es édesvízi tartályt a párolgás cseréjéhez, egy 12 V-os 800 l/órás vízszivattyút, egy UV-C sterilizálót, amely elpusztítja az algákat a vízbe. 8 portos állítható áramlású elosztó, szellőztető torony ellentétes áramlásventilátorral a 2. szakaszból lefelé áramló víz és a keverési fokozatú kipufogóvíz levegőztetéséhez, folyadékszint -érzékelő, EC -érzékelő, vízhőmérséklet -érzékelő, perisztaltikus szivattyú adagolása a tápanyagtartályból, keverési szakasz, amely a tápanyagokat oldatban tartja a tartályban és öt növekedési vályúban vagy csatornában. Az öt növekedési csatorna, a keverési fokozat és a szellőztető torony vizet kap a 8 portos állítható áramlású elosztócsőből. Ha a hidroponikus rendszert szervizelni kell, az előlapon található dupla pólusú egyetlen dobás (DPST) leválasztó kapcsoló leállítja az áramellátást kapcsolja ki a vízszivattyút, az UV-C sterilizálót és a perisztaltikus szivattyú tápanyag adagolót. Ez lehetővé teszi a "Felhasználó" számára, hogy biztonságosan dolgozzon a hidroponikus rendszeren anélkül, hogy veszélyeztetné önmagát vagy a termést.

7. lépés: Automatikus tápanyagszállító rendszer

A Michael Ratcliffe által a projekthez kifejlesztett „Self Optimizing Automated Arduino Nutrient Doser” -t használom. A vázlatát a rendszerhez és a hardverhez igazítottam, és Michael „három dolláros EC - PPM mérőjét” használom EC érzékelőmnek.

Mindkét projektről információkat vagy utasításokat találhat az alábbi címen: element14, hackaday vagy michaelratcliffe

8. lépés: Az automatizálási rendszerek elektronikája

A világítási rendszer egy Arduino mikrovezérlőt, egy DS3231 for Pi (RTC), egy 4 relé modult, négy 1 ohmos-1 wattos ellenállást, harminckét 3 W fehér LED-et, egy 400 W-os Boost konvertert, három fotóellenállást és egy 40 mm-es számítógépet használ ventilátor és egy termisztor. A mikrovezérlő az RTC segítségével időzíti a fényeket 12 órás be- és 12 órás kikapcsolási ciklusban. Fényellenállásokkal figyeli a fényerősséget a 2., 3. és 4. fokozatban, és LED/piezo riasztással figyelmeztet, ha bármelyik szakaszban gyenge fényszintet észlel, ciklus közben. A LED -vezérlőpanel hőmérsékletét a 40 mm -es ventilátorhoz sorba kapcsolt termisztor fogja felügyelni, és automatikusan megkezdi a hűtést, ha elegendő hőt észlel.

A Nutrient Delivery rendszert Michael Ratcliffe fejlesztette ki. A rendszer egy Arduino Mega -t, Michael egyik EC -szonda ötletét, egy 1602 -es LCD -billentyűzet -kijelzővédőt, egy DS18B20 -es vízhőmérséklet -érzékelőt, egy 12 V -os perisztaltikus adagolószivattyút és egy 5 V -os opto -szigetelt relét használ. Hozzáadtam egy optikai folyadékszint -érzékelőt. A rendszer figyeli az EC és a víz hőmérsékletét, és aktiválja a perisztaltikus szivattyút, hogy szükség szerint adagolja a tápanyagokat. A mikrovezérlő figyelemmel kíséri a vízszintet az olajteknőben, és LED/piezo riasztással figyelmeztet, ha az olajteknő vízhőmérséklete meghaladja a felhasználó által beállított tartományt, ha az EC érzékelő adatai hosszabb ideig tartózkodnak a felhasználó által beállított tartományon kívül vagy ha az olajteknő vízszintje a felhasználó által beállított szint alá süllyed.

A levegő cirkulációs rendszer egy Arduino mikrokontrollerből, négy AM2302 szenzorból, hat 40 mm-es számítógépes ventilátorból (két légáramlási ventilátor a 2., 3. és 4. szakaszhoz és 4 szellőzőventilátor), egy UV-C sterilizálóból és hat 5 V-os opto szigetelt reléből (a rajongóknak). A szabályozó figyeli a levegő hőmérsékletét és páratartalmát mind a 4 szakaszban, és szükség szerint automatikusan beindítja a két ventilátor keringtető rendszert vagy az egyes fokozatú szellőzőventilátorokat, hogy a hőmérséklet és a páratartalom a felhasználó által beállított tartományon belül maradjon. A vezérlő ezenkívül beállítja és szabályozza az UV-C sterilizáló időzítését, és LED/piezo riasztást tart fenn, ha a hőmérséklet vagy a páratartalom a 4 lépés bármelyikében meghaladja a felhasználó által beállított szintet.

9. lépés: Az építés

Az 50 cm3 -es tok, a csatornák, az édesvíz -párologtató cseretartály, a szellőztető torony, a központi légkeringtető csatorna, az 1. és 2. szakasz fiókja, a tető merevítői (nem látható) és a legtöbb egyéb tartószerkezet 0,187 -ből készülnek. Fekete ABS. A színpadok első függönyei a mintán látható Mylar filmben láthatók, de nagy valószínűséggel fényvisszaverő bevonatú akrilból vagy polikarbonátból készülnének a tényleges prototípuson. A világítást (nem látható, de 4 db 8, 3 W -os LED -sorozatból áll) körülbelül 0,125 hüvelykes alumíniumlemezre kell felszerelni, a tetején pedig forrasztott 0,125 hüvelykes rézcsővel a folyadékhűtés érdekében (ez a hűtés belép és kilép a hátulról Az NTF víz vezetéke az 1. és 2. szakaszhoz (egyik fotón sem látható, de) gyorscsatlakozón keresztül csatlakoztatható a 2. szakasz elején.

A boost konverter (látható a felső tároló terület fotóján) áthelyezhető a csírázótálca alá (1. szakasz), hogy további hőt biztosítson a csírázáshoz. Az AM2302 hőmérséklet- és páratartalom -érzékelők (nem láthatók) minden szakaszban magasan helyezkednek el (a rendszeresen tervezett légáramlási útvonalból)

Úgy tűnhet, hogy a dizájn egyáltalán nem a térre gondol,

de ez nem így van. Az itt leírt NTF rendszerem nincs optimalizálva vagy módosítva az űr számára, de az NTF hidroponikus rendszerek komoly vetélytársai a mikrogravitációs űrnövények egyedi igényeinek, és vannak ötleteim a tér optimalizálására.

A verseny arra kért minket, hogy tervezzünk meg egy rendszert, amely több növényt termeszt egy meghatározott térben, és a tervezést a lehető legnagyobb mértékben automatizáljuk.

A 2. fázishoz kiválasztott terveknek először a földön kell növényeket termeszteniük. Úgy gondolom, hogy a tervezésem megfelel a verseny minden követelményének, és teljesíti azt, tiszteletben tartva a növények növekedéséhez, a légáramláshoz, az automatizált környezetvédelmi ellenőrzéshez és a növények hetekig tartó fogyóeszközéhez szükséges helyet. Mindezt az 50 cm3 -es területen belül, amit kaptunk.

10. lépés: Csomagolás

A GARTH projekt automatizálása hetente egyszer csökkenti a szükséges figyelmet.

A karbantartás hétszeres csökkenése a "VEGGIE" rendszerhez képest.

Hat üzem indult hetente a GARTH projektben.

Négyszeresére nőtt a termelés, szemben a havi „VEGGIE” rendszerben indított üzemekkel.

Ezeket a változtatásokat hatékonynak, találékonynak és hatékonynak tartom.

Remélem nektek is lesz.

Második hely a Growing Beyond Earth Maker versenyen