Mikrogravitációs növénytermesztő "Disco Ball": 13 lépés

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

Helló olvasók, ez a projekt professzionális beküldés a Growing Beyond Earth Maker versenyre.

Ez a projekt a potenciális ültetvénytervezés koncepciójának bizonyítéka, amely felhasználható a mikrogravitációs terv tervezésére.

A versenyszabályzat alapján felsoroltam a rendszer követelményeit,

1. A rendszernek 50 cm^3 területre kell illeszkednie.
2. A rendszernek ki kell használnia a mikrogravitációt.
3. A rendszert bármilyen helyzetben el lehet helyezni
4. A rendszer külső forrást is szolgáltathat az ISS belső tápegységeiről.
5. A rendszernek automatizálnia kell a növekedési folyamat nagy részét, minimális interakcióval az űrhajósok részéről.

a fenti feltételezésekkel elkezdtem tervezni a rendszert.

1. lépés: Projektjavaslat

Kezdésként nagyjából felvázoltam, hogy szerintem hogyan nézhet ki a rendszer, Az első elképzelésem az volt, hogy egy gömb a növénytermesztés közepére függesztve, a környező keretre szerelt világítással.

Ennek a doboznak az alapja a víz és az elektronika lenne.

Ebben a szakaszban elkezdtem felsorolni egy ilyen rendszer lehetséges összetevőinek sorrendjét,

1. Keret - Meg kell választani a megfelelő keretanyagot
2. Világítás - Milyen típusú világítás lenne a legjobb? LED csíkok?
3. Érzékelők - Ahhoz, hogy a rendszer automatizált legyen, képesnek kell lennie érzékelni a nedvességet, például a nedvességet és a hőmérsékletet.
4. Vezérlés - A felhasználónak szüksége van az MCU -val való interakció módjára

Ennek a projektnek a célja, hogy bizonyítson egy koncepciót, a tanulságok alapján összeállítom a jövőbeli munkák és fejlesztések listáját, amelyek szükségesek az ötlet továbbviteléhez.

2. lépés: A koncepció igazolása - BOM

A BOM (Bill of Materials) ehhez a projekthez körülbelül 130 fontba kerül, hogy megrendeljen mindent, amire szükség van, ebből nagyjából 100 fontot egyetlen növénytermesztő egység előállítására használnak fel.

Valószínű, hogy az elektronikai alkatrészek jelentős része jelentősen csökkenti a kódot.

3. lépés: Elektronika - tervezés

A Fritzing segítségével terveztem meg a projekthez szükséges elektronikát, A kapcsolatoknak a következőképpen kell menniük,

LCD 16x2 I2C

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

Rotációs kódoló (D3 és D2 lett kiválasztva, mivel ezek az Arduino Uno Interupt csapok)

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

DS18B20 hőmérséklet érzékelő

1. GND> GND
2. DQ> D4 (Arduino, 5V -os 4k7 felhúzással)
3. VDD> 5V

Talajnedvesség érzékelő

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

Kettős relé modul

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

a többi linkhez nézze meg a fenti diagramot.

4. lépés: Elektronika - összeszerelés

Összeszereltem az elektronikát az előző oldal diagramján leírtak szerint, A protoboard segítségével pajzsot készítettem az Arduino Uno számára, Ehhez nagyjából az Uno méretűre törtem a táblát, majd hozzáadtam a hím fejléc csapjait, amelyek illeszkedtek az Uno női fejléceihez.

Ha a kapcsolatok megegyeznek az előző diagrammal, akkor a rendszernek megfelelően kell működnie, jó ötlet lehet, hogy az egyszerűség kedvéért hasonló módon rendezi el a csatlakozásokat.

5. lépés: Szoftver - terv

A szoftver funkcionalitásának általános elképzelése az, hogy a rendszer folyamatosan hurkolja az érzékelő értékeit. Az értékek minden cikluson megjelennek az LCD -n.

A felhasználó a forgókapcsolót lenyomva tudja elérni a menüt, miután ezt észlelte, megnyílik a menü felhasználói felülete. A felhasználó rendelkezésére áll néhány oldal,

1. Indítsa el a vízszivattyút
2. LED állapot be- / kikapcsolása (be / ki)
3. Rendszermód megváltoztatása (automatikus / kézi)
4. Kilépés a menüből

Ha a felhasználó az automatikus üzemmódot választotta, a rendszer ellenőrzi, hogy a nedvességszint a küszöbértéken belül van-e, ha nem, akkor automatikusan szivattyúzza a vizet, várjon egy meghatározott késleltetést, és ellenőrizze újra.

Ez egy alapvető automatizálási rendszer, de kiindulópontként szolgál a jövőbeli fejlesztésekhez.

6. lépés: Szoftver - fejlesztés

Kötelező könyvtárak

• DallasHőmérséklet
• LiquidCrystal_I2C-master
• OneWire

Szoftveres megjegyzések

Ez a kód az első kódvázlat, amely a rendszer alapvető funkcióit biztosítja, beleértve

A rendszerkód legújabb verzióját lásd a mellékelt Nasa_Planter_Code_V0p6.ino fájlban, Hőmérséklet és páratartalom kijelzések.

Automatikus mód és kézi üzemmód - A felhasználó beállíthatja, hogy a rendszer automatikusan szivattyúzza a vizet a nedvesség küszöbén

A nedvességérzékelő kalibrálását - az AirValue & WaterValue cont int manuálisan kell kitölteni, mivel az egyes érzékelők kissé eltérnek.

Felhasználói felület a rendszer vezérléséhez.

7. lépés: Mechanikai tervezés (CAD)

Ennek a rendszernek a tervezéséhez a Fusion 360 -at használtam, a végleges szerelvény megtekinthető/ letölthető az alábbi linkről

a360.co/2NLnAQT

A szerelvény illeszkedik az 50 cm^3 versenyterülethez, és PVC csövet használt a doboz keretének kialakításához, 3D nyomtatott konzolral a sarokcsatlakozásokhoz. Ez a keret több 3D nyomtatott alkatrészt tartalmaz, amelyeket a ház falainak és LED -es világításának rögzítésére használnak.

A szekrény közepén van a "Disco Orb" vetőgép, amely egy 4 részes szerelvény (2 gömb fele, 1 gömb alapja, 1 cső). Ennek speciális megszakításai vannak, amelyek lehetővé teszik a vízszivattyú cső és a kapacitív nedvességérzékelő behelyezését a talajba.

A tervezés alján látható a vezérlődoboz, amely az elektronikát tartalmazza és a keret merevségét biztosítja. Ebben a részben láthatjuk a felhasználói felület megjelenítését és kezelőszerveit.

8. lépés: Mechanikus - 3D nyomtatott alkatrészek

A mechanikus összeszereléshez különféle 3D nyomtatott alkatrészekre van szükség, Sarokkeret -konzolok, oldalsó paneltartók, ajtópánt, LED -tartó és vezérlőszekrény -tartó, Ezeknek az alkatrészeknek nagyjából 750 g súlyúnak és 44 óra nyomtatási időnek kell lenniük.

Az alkatrészek exportálhatók az előző oldalon linkelt 3D -s összeállításból, vagy megtalálhatók a thingiverse -n itt, www.thingiverse.com/thing:4140191

9. lépés: Mechanikus - összeszerelés

Vegye figyelembe, hogy az összeszerelés során kihagytam a ház falrészeit, főleg az idő és a költség korlátozása miatt, Először is le kell vágnunk a PVC csövet 440 mm -es szakaszokra, szükségünk lesz 8 ilyen csőszakaszra. Nyomtatott 8 LED -tartó és 4 keretes sarokkonzol.

Most elő kell készítenünk a LED szalagokat,

1. Vágja le a csíkokat az ollós jeleknél körülbelül 15 cm hosszúságban, 8 darab LED szalagot kell kivágnunk
2. Tegye ki a + & - párnákat egy kis gumi eltávolításával
3. Forrasztja le a férfi fejcsatlakozókat (vágja le a 3 részeket, és forrasztja mindkét végét egy párnára)
4. Távolítsa el a ragasztóvédőt minden csík hátuljáról, és rögzítse a LED -szerelésű 3D nyomtató alkatrészeihez.
5. Most készítsen egy kábelt, amely összekapcsolja az egyes szalagok pozitív és negatív tulajdonságait
6. Végül kapcsolja be, és ellenőrizze, hogy az összes LED működik

10. lépés: Projekt - Eddigi előrehaladás

Eddig ennyivel sikerült összegyűjtenem ezt a projektet, Tervezem, hogy a projekt előrehaladásával folyamatosan frissítem ezt az útmutatót,

Mi van hátra

• Teljes vezérlőszekrény -összeszerelés
• Házelektronika
• Vízszivattyú rendszer tesztelése
• Tekintse át az előrehaladást

11. lépés: Tanulságok

Annak ellenére, hogy a projekt még nem fejeződött be, még mindig megtanultam néhány fontos dolgot a projekt kutatása során.

Folyadékdinamika a mikrogravitációban

Ez egy elképesztően összetett téma, amely sok láthatatlan problémát vezet be a standard gravitációs alapú folyadékdinamikával kapcsolatban. Minden természetes ösztönünk a folyadékok hatására kimegy az ablakon a mikrogravitációban, és a NASA-nak újra fel kellett találnia a kereket ahhoz, hogy viszonylag egyszerű földi rendszerek működjenek.

Nedvesség érzékelés

Ismerje meg a különböző módszereket, amelyeket általában használnak a nedvesség érzékelésére (térfogati érzékelők, tenziméterek és szilárdtest, lásd ezt a linket a témához kapcsolódó jó olvasáshoz

Kisebb megjegyzések

A PVC cső kiválóan alkalmas keretek gyors építésére, Jobb faipari szerszámokra van szükségem!

Tervezzen előre hobbi projekteket, szegmentálja a feladatokat, és határidőket szabjon meg, mint a munkahelyen!

12. lépés: Jövőbeli munka

Miután elolvastam, hogyan kezeljük a folyadékdinamikát a mikrogravitációban, nagyon érdekel, hogy saját megoldást tervezzek a problémára, Szeretném továbbvinni ezt a durva kialakítást, ennek a rendszernek az az elképzelése, hogy léptetőmotort használnak léptetőmotorokkal, amelyek képesek összenyomni a tartály területét egy bizonyos csőnyomás fenntartása érdekében.

13. lépés: Következtetés

Köszönöm, hogy elolvasta, remélem tetszett, ha bármilyen kérdése van, vagy segítségre van szüksége a projektben leírtakkal kapcsolatban, írjon bátran!

Jack.