Uzgoj više salate na manje prostora ili Uzgoj salate u svemiru, (više ili manje) .: 10 koraka

2024 Autor: John Day | [email protected]. Zadnja izmjena: 2024-01-30 08:05

Ovo je profesionalna prijava na takmičenje za proizvođače Growing Beyond Earth, poslano putem Instructables.

Ne mogu biti više uzbuđen što dizajniram za proizvodnju svemirskih usjeva i objavljujem svoj prvi Instructable.

Za početak, takmičenje nas je zamolilo da …

“… Podnesite uputstvo s detaljima o dizajnu i izgradnji vaše komore za rast biljaka koja (1) stane u volumen 50 cm x 50 cm x 50 cm, (2) sadrži sve značajke potrebne za održavanje biljaka, tj. Umjetno svjetlo, sistem za navodnjavanje, i sredstva za cirkulaciju zraka, i (3) učinkovito i inventivno koristi unutrašnju zapreminu kako bi se uklopilo i uspješno uzgajalo što više biljaka.”

Nakon što sam pročitao uslove konkursa i česta pitanja, napravio sam sljedeće pretpostavke u procesu dizajna.

Jednom nedeljno planirana interakcija astronauta sa „projektom“bila bi prihvatljiva i ne bi poništila aspekt automatske kontrole u kriterijumima takmičenja.

PSU za “projekt” može se smjestiti izvan 50 cm3, jer bi ISS napajao jedinicu, ako je jedinica u svemiru. Hlađenje LED dioda unutar „projekta“može nastati izvan 50 cm3, jer ISS može napajati jedinicu ako se jedinica nalazi u svemiru.

“Korisnik” može imati neograničen pristup vrhu i 4 strane volumena od 50 cm3 za planirano sedmično održavanje, ali ne isključuje neplanirana pitanja, ako se s “projektom” pojavi neplanirano pitanje.

Zatim sam prikupio parametre za takmičenje

Podaci o projektu

Voda: 100 ml/biljka/dan (preporučeno)

Osvjetljenje: 300-400 mol/M2/s unutar PAR 400-700nm (preporučeno)

Ciklus svetlosti: 12/12

Tip svjetla: LED (preporučeno)

Cirkulacija zraka: za 2,35 cf/0,0665 m3 (područje rasta po mom dizajnu)

Temperatura na ISS -u: 65 do 80˚F / 18,3 do 26,7 ° C (za referencu)

Vrsta biljke: ‘Nevjerojatna’ crvena rominska salata

Veličina zrele biljke: visoka 15 cm i promjera 15 cm

Sistem uzgoja: (izbor dizajnera)

Supplies

Trebat će nam zalihe

(Ovi dijelovi se koriste za dokaz koncepta, vjerojatno NISU odobreni za putovanje u svemir)

1 - 0,187”48” x96”Bijeli ABS

3 - Mikrokontroleri

1 - 1602 LCD ekran

1 - Štitnik zapisnika podataka za Nano

3 - Foto otpornici

4 - AM2302 senzori

1 - Senzor temperature DS18B20

1 - EC senzor, 1 - 15mA 5V optički nivo tečnosti

1 - DS3231 za Pi (RTC)

… i više zaliha

1 - Peristaltička pumpa za doziranje

1 - 12V pumpa za vodu

1 - Piezo zujalice

Otpornici 3 - 220 ohma

1 - DPST prekidač

1-265-275nm UVC sterilizator

Sanitarne kape 24 - 1½”

1 - Stepen magnetskog miješanja tekućine/zraka

1 - Glava za kontrolu kapanja, 8 linija

1 - Cijevi za navodnjavanje kap po kap

1 - Zamjenski spremnik za vodu

1 - ½ ID PVC cijev

70 - Vijci za pričvršćivanje LED dioda

18 AWG & 22 AWG žica

1 - Skupljajuće cijevi

1 - Aluminijum za LED hladnjak

Taktilni prekidači visoki 5-6 mm

4 - 1 Ohm, 1 Watt otpornici

1 - Pkg semena „Outredgeous“zelena salata

…i više

1 - 400W Boost ploča

32-3W bijele LED diode, (6000-6500k)

1 - 24V / 12V / 5V / 3.3V napajanje

8 - 40 mm ventilatori za računare

Opto izolirani releji 11 - 5V

10 - 1N4007 povratna dioda

24 - Rockwool utikači

1 - Hidroponski hranjivi sastojci

1 - Posuda s hranjivim tvarima

1 - Mylar folija

… i alati

Rastvarač za lepljenje

Saw

Testere za rupe

Lemilica

Solder

Drill

Burgije

Odvijači

Computer

USB kabel

Arduino IDE softver

Korak 1: Poređenje trenutnog „VEGGIE“sistema

„VEGGIE“sistem na ISS -u može uzgajati 6 glavica salate u 28 dana (4 sedmice). Kad bi "VEGGIE" trčao 6 mjeseci (prosječno vrijeme astronauta na ISS -u), uzgojio bi 36 glavica salate sa dodatnih 6 glava starih dvije sedmice. Za posadu od 3 osobe to je svježe povrće dva puta mjesečno.

GARTH projekt će uzgojiti 6 glavica salate u 28 dana (4 sedmice). ALI.. da je trajalo 6 mjeseci, izraslo bi 138 glavica salate, sa dodatnih 18 glavica u različitim fazama rasta. Za posadu od 3 osobe to je svježe povrće 7½ puta mjesečno, ili gotovo dva puta sedmično.

Ako vam to privuče pažnju … pogledajmo pobliže dizajn

Korak 2: GARTH projekat

Tehnologija resursa za automatizaciju rasta u hortikulturi

(Fotografije GARTH projekta su potpun prikaz makete, izrađene od pjene jezgre Dollar Store)

GARTH projekt maksimizira produktivnost korištenjem 4 odvojena optimizirana područja rasta. Takođe uključuje sisteme automatskog upravljanja za osvetljenje, kvalitet vazduha, kvalitet vode i zamenu vode.

32, bijela LED svjetla 6000K pružaju predložene PAR zahtjeve. Sustav cirkulacije zraka s dva ventilatora i sustav ventilacije s četiri ventilatora ugrađeni su radi održavanja unutarnjeg okruženja, a za hranjenje i nadgledanje biljaka izabran je automatizirani hidroponski sustav s tankim slojem hranjivih tvari (NTF). Zamjenska voda za isparavanje se drži u zasebnom rezervoaru u gornjem skladištu u blizini stalno miješanog spremnika tekućih hranjivih tvari, potrebnih za održavanje nivoa hranjivih tvari u hidroponskom sistemu bez pomoći astronauta. Sva energija ulazi, radi i distribuira se iz gornjeg skladišnog prostora.

Korak 3: Karakteristike dizajna

Četiri područja rasta

Prva faza (klijanje), za sjeme staro 0-1 sedmice, približno 750 cc prostora za rast

2. faza, za biljke stare 1-2 sedmice, otprilike 3, 600 cc prostora za rast

3. faza, za biljke stare 2-3 sedmice, oko 11 000 ccm prostora za rast

Četvrta faza, za biljke stare 3-4 nedelje, oko 45 000 ccm prostora za rast

(Područja prve i druge faze kombiniraju se na uklonjivom pladnju radi lakše sadnje, servisiranja i čišćenja)

Korak 4: Sistem osvetljenja

Osvjetljenje je bilo teško bez pristupa PAR mjeraču, na sreću na natjecanju je gospodin Dewitt u Fairchild tropskom botaničkom vrtu mogao postaviti pitanja. Uputio me na ljestvice koje su bile od velike pomoći, a te su me karte dovele i do led.linear1. Pomoću grafikona i web stranice uspio sam izračunati svoje potrebe za rasvjetom i strujnim krugovima.

Moj dizajn koristi 26,4 V izvornog napona za pokretanje 4 niza LED dioda od 8, 3 W u seriji sa otpornicima od 1 ohma, 1 vata. Koristit ću 24V napajanje i Boost pretvarač za podizanje konstantne struje na 26.4V. (Na ISS -u, moj dizajn bi koristio 27 V koje je dostupno i Buck pretvarač za snižavanje napona i osiguravanje konstantne struje od 26,4 V)

Ovo je lista dijelova za sistem rasvjete.

32, bijela 6000-6500k, 600mA, DC 3V – 3.4V, 3W LED diode

4, 1 ohm - 1W otpornici

1, 12A 400W pojačivač pretvarača

1, 40 mm ventilator

1, termistor

1, DS3231 za Pi (RTC) ili datalogger

18 AWG žica

… I ovako planiram koristiti te trideset dvije, 3W LED diode.

Jedna LED u fazi 1, četiri u fazi 2 i devet u fazi 3. Posljednjih osamnaest LED dioda će osvijetliti fazu 4 i dovesti nas do ogromnih 96 vati svjetla pri približno 2,4 ampera.

Korak 5: Sistem cirkulacije i odzračivanja zraka

(Imajte na umu da vodovodne i električne instalacije nisu kompletne. Ovo su fotografije makete predloženog sistema)

Kruženje se postiže s dva ventilatora od 40 mm. Potisni ventilator koji puše u 4. fazu iz kanala u gornjem lijevom stražnjem dijelu. Zrak će strujati preko 4. stepena u prednji dio 3. etape, zatim kroz 3. fazu i izlaziti straga (gore i oko 1. stepena, kroz kratki kanal) u stražnji dio 2. stepena. Vučni ventilator u kanalu iznad 2. stepena izvlači zrak kroz 2. stupanj i izlazi u desni gornji gornji ugao. Završite putovanje kroz sistem cirkulacije vazduha.

Odzračivanje u četvrtoj fazi izlazi direktno iz gornjeg stražnjeg zida. Treća etapa će takođe izlaziti kroz gornji zadnji zid. Druga faza će se odzračivati ravno kroz vrh, a faza klijanja (faza 1) će izbacivati vanjski zid, slično kao u fazama 3 i 4.

Korak 6: NFT hidroponski sistem

(EC sonda, temperaturna sonda, senzor nivoa tekućine, crijeva za zamjenu isparavanja iz rezervoara slatke vode i crijeva koja povezuju crpku sa kanalima, svi će se nalaziti ovdje u koritu, ali nisu prikazani na ovoj fotografiji)

Sistem uključuje posudu od 9 000+ml/cc, rezervoar slatke vode od 7 000+ml // cc za zamjenu isparavanjem, pumpu za vodu od 12V 800L/sat, UV-C sterilizator za uništavanje svih algi u vodi koja ulazi u Razdjelnik protoka s 8 priključaka, ventilacijski toranj sa suprotnim ventilatorom za protok vode koja teče niz Fazu 2 i ispušnu vodu iz stupnja miješanja, osjetnik razine tekućine, EC osjetnik, senzor temperature vode, peristaltička pumpa za doziranje iz spremnika hranjivih tvari, faza miješanja koja održava hranjive tvari u otopini u rezervoaru i pet korita ili kanala za rast. Pet kanala rasta, stupanj miješanja, aeracijski toranj primaju vodu iz 8 priključaka podesivog razdjelnika protoka. Kada je potrebno servisirati hidroponski sistem, dvostruki jednokraki prekidač (DPST) koji se nalazi na prednjoj ploči isključit će napajanje do pumpe za vodu, UV-C sterilizatora i dozatora hranjivih tvari u peristaltičkoj pumpi. To će omogućiti "korisniku" da sigurno radi na hidroponskom sistemu bez ugrožavanja sebe ili usjeva.

Korak 7: Automatski sistem za unošenje hranjivih tvari

Za ovaj projekt koristim “Automatski optimizirani dozator hranjivih tvari iz arduina” koji je razvio Michael Ratcliffe. Njegovu sam skicu prilagodio svom sistemu i hardveru, a za svoj EC senzor koristim Michaelov “Three Dollar EC - PPM Meter”.

Informacije ili upute za oba ova projekta mogu se pronaći na: element14, hackaday ili michaelratcliffe

Korak 8: Elektronika sistema za automatizaciju

Svjetlosni sistem će koristiti Arduino mikro kontroler, jedan DS3231 za Pi (RTC), jedan 4 relejni modul, četiri otpornika od 1 ohma-1 vata, trideset i dvije bijele LED diode od 3 W, jedan pojačavač od 400 W, tri foto otpornika, jedan računar od 40 mm ventilator i jedan termistor. Mikro kontroler će koristiti RTC za mjerenje svjetla u ciklusu od 12 sati uključivanja, 12 sati isključenja. On će nadzirati nivoe svjetla u 2., 3. i 4. fazi pomoću foto otpornika i upozoriti LED/piezo alarmom, ako otkrije slab nivo svjetlosti u bilo kojoj fazi, tokom uključenog svjetla. Temperaturu LED ploče upravljačkog programa nadzirat će termistor spojen linijski na 40 mm ventilator i automatski će se početi hladiti kada se detektira dovoljno topline.

Sistem unosa hranjivih tvari razvio je Michael Ratcliffe. Sistem koristi Arduino Mega, jednu od Michaelovih ideja o EC sondi, jedan štitnik ekrana za 1602 LCD tastaturu, jedan senzor temperature vode DS18B20, jednu 12V peristaltičku pumpu za doziranje i jedan 5V opto izolirani relej. Dodao sam jedan optički senzor nivoa tečnosti. Sistem će nadzirati EC i temperaturu vode i aktivirati peristaltičku pumpu za doziranje hranjivih tvari prema potrebi. Mikrokontroler će nadzirati nivo vode u koritu i upozoriti LED/piezo alarmom ako je temperatura vode u koritu izvan raspona postavljenog od strane korisnika, ako su podaci osjetnika EC izvan raspona postavljenog korisnika duže od korisničkog skupa vremenski period ili ako nivo vode u koritu padne ispod nivoa koji je postavio korisnik.

Sistem cirkulacije zraka sastojat će se od Arduino mikrokontrolera, četiri AM2302 senzora, šest kompjuterskih ventilatora od 40 mm (dva ventilatora za cirkulaciju zraka za 2., 3. i 4. fazu i 4 ventilatora), jednog UV-C sterilizatora i šest opto izoliranih releja od 5 V (za fanove). Regulator će nadzirati temperaturu i vlažnost zraka u sve 4 faze i automatski pokrenuti sistem cirkulacije dva ventilatora ili ventilatore za pojedinačno stupnjevanje ventilacije prema potrebi kako bi održali temperaturu i vlažnost unutar raspona postavljenih od strane korisnika. Kontroler će također postaviti i kontrolirati vrijeme sterilizacije UV-C i održavati LED/piezo alarm u slučaju da temperatura ili vlažnost pređu nivoe postavljene od strane korisnika u bilo kojoj od 4 faze.

Korak 9: Izgradnja

Kućište od 50 cm3, kanali, rezervoar za zamjenu isparavanja slatke vode, aeracioni toranj, centralni kanal za cirkulaciju zraka, ladica 1. i 2. stepena, krovni nosači (nisu prikazani) i većina ostalih nosivih konstrukcija bit će izgrađeni od 0,187” Crni ABS. Prednje zavjese za pozornice prikazane su u Mylar filmu na maketi, ali najvjerojatnije će biti izrađene od reflektiranog premazanog akrila ili polikarbonata na stvarnom prototipu. Rasvjeta (nije prikazana, ali se sastoji od 4 niza od 8, 3W LED u nizu) bit će montirana na aluminijske ploče od približno 0,125”sa bakrenom cijevi od 0,125” lemljenom na gornjoj strani za hlađenje tekućinom (to hlađenje bi ulazilo i izlazilo sa stražnje strane) jedinice za odvajanje hladnjaka koji se ne odnosi na takmičenje). Vodovod NTF vode u 1. i 2. fazu (nije prikazan ni na jednoj fotografiji, ali) bi se priključio putem brzog povezivanja na prednjoj strani 2. stepena.

Pretvarač pojačanja (prikazan na fotografiji gornjeg skladišnog prostora) može se premjestiti ispod ladice za klijanje (1. faza) kako bi se osigurala dodatna toplina za klijanje. AM2302, senzori temperature i vlažnosti (nisu prikazani), bit će postavljeni visoko u svakoj fazi (izvan redovito planiranog puta cirkulacije zraka)

Dizajn se može činiti da uopće ne razmišlja o prostoru,

ali to nije slučaj. Moj ovdje opisani sistem NTF nije optimiziran ili modificiran za prostor, ali hidroponski sistemi NTF -a ozbiljni su kandidati za jedinstvene potrebe svemirskih usjeva u mikrogravitaciji i imam ideje za njegovu optimizaciju prostora.

Konkurs nas je zamolio da dizajniramo sistem koji će uzgajati više biljaka u određenom prostoru i automatizirati dizajn što je više moguće.

Dizajn odabran za drugu fazu morat će prvo uzgajati biljke na zemlji. Verujem da moj dizajn ispunjava sve uslove konkursa i da to čini poštujući pravi prostor potreban za rast biljaka, cirkulaciju vazduha, automatizovanu kontrolu životne sredine i nedeljni potrošni materijal za biljke. Sve u prostoru od 50 cm3 koji smo dobili.

Korak 10: Završite

Automatizacija projekta GARTH smanjuje potrebnu pažnju na jednom sedmično.

Sedmostruko smanjenje održavanja, u poređenju sa "VEGGIE" sistemom.

Šest biljaka započelo je tjedno u okviru projekta GARTH.

Četverostruko povećanje proizvodnje, u odnosu na šest pogona koji su mjesečno započeli u sistemu “VEGGIE”.

Smatram da su ove promjene efikasne, inventivne i efikasne.

Nadam se da ćete i vi.

Drugoplasirani na takmičenju Growing Beyond Earth Maker