Uzgajivač biljaka za mikrogravitaciju "Disco Ball": 13 koraka

2025 Autor: John Day | [email protected]. Zadnja izmjena: 2025-01-23 14:37

Pozdrav čitaoci, ovaj projekt je profesionalna prijava na takmičenje Growing Beyond Earth Maker.

Ovaj projekt je dokaz koncepta za potencijalni dizajn sadilice koji bi se mogao koristiti za razvoj plana u mikrogravitaciji.

Na osnovu pravila takmičenja naveo sam zahtjeve sistema,

1. Sistem mora stati u područje od 50 cm^3.
2. Sistem mora iskoristiti prednosti mikrogravitacije.
3. Sistem se može orijentirati u bilo kojem položaju
4. Sistem se može napajati izvana iz unutrašnjih šina ISS -a za napajanje.
5. Sistem mora automatizirati veći dio procesa uz minimalnu interakciju astronauta.

sa gore navedenim pretpostavkama započeo sam projektovanje sistema.

Korak 1: Prijedlog projekta

Za početak sam nacrtao grubi prikaz kako sam mislio da bi sistem mogao izgledati, Početna ideja koju sam imao bila je kugla suspendirana u središtu rastućeg okruženja s osvjetljenjem postavljenim na okolni okvir.

U bazi ove kutije nalazi se voda i elektronika.

U ovoj fazi počeo sam nabrajati vrste potencijalnih komponenti takvog sistema,

1. Okvir - potrebno je odabrati odgovarajući materijal za okvir
2. Rasvjeta - Koja vrsta rasvjete bi bila najbolja? LED trake?
3. Senzori - Da bi sistem bio automatiziran, morao bi biti u stanju osjetiti vlagu poput vlage i temperature.
4. Kontrola - Korisniku bi trebao način interakcije s MCU -om

Cilj ovog projekta je izraditi dokaz koncepta, na osnovu naučenih lekcija sačinit ću popis budućeg rada i razvoja koji je potreban za daljnju primjenu ove ideje.

Korak 2: Dokaz koncepta - BOM

BOM (Bill of Materials) za ovaj projekt koštat će otprilike 130 £ za naručivanje svega potrebnog, od čega će se otprilike 100 £ upotrijebiti za izradu jedne jedinice za uzgoj biljaka.

Vjerojatno biste imali priličan dio elektroničkih komponenti koje dramatično smanjuju kôd.

Korak 3: Elektronika - dizajn

Koristio sam Fritzing za planiranje elektronike potrebne za ovaj projekt, Veze bi trebale ići na sljedeći način,

LCD 16x2 I2C

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

Rotacijski koder (D3 i D2 odabrani su jer se radi o Arduino Uno Interupt pinovima)

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

DS18B20 Senzor temperature

1. GND> GND
2. DQ> D4 (Arduino, sa 5V povećanjem od 4k7)
3. VDD> 5V

Senzor vlažnosti tla

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

Dvostruki relejni modul

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

za ostale veze pogledajte gornji dijagram.

Korak 4: Elektronika - montaža

Sastavio sam elektroniku kako je opisano na dijagramu prethodne stranice, Koristio sam protoboard za izradu štita za Arduino Uno, Da bih to učinio, razbio sam ploču otprilike na veličini Uno -a, a zatim dodao muške igle zaglavlja koje su poravnate sa ženskim zaglavljima na Uno -u.

Ako se veze podudaraju sa prethodnim dijagramom, sistem bi trebao ispravno funkcionirati, možda bi bilo dobro postaviti veze na sličan način kao i ja radi jednostavnosti.

Korak 5: Softver - Plan

Opća ideja softverske funkcionalnosti je da sistem neprestano kruži oko očitavanja vrijednosti senzora. Na svakom ciklusu vrijednosti će se prikazivati na LCD -u.

Korisnik će moći pristupiti izborniku držeći okretni prekidač pritisnutim, nakon što se to otkrije, otvorit će se korisnički interfejs menija. Korisniku će biti na raspolaganju nekoliko stranica,

1. Pokrenite pumpu za vodu
2. Uključivanje / isključivanje LED stanja
3. Promijenite način rada sistema (automatski / ručni)
4. Izlazni meni

Ako je korisnik odabrao Automatski način rada, sustav će provjeriti jesu li razine vlage unutar granične vrijednosti, ako nisu, automatski će pumpati vodu sačekati fiksno kašnjenje i ponovno provjeriti.

Ovo je osnovni sistem automatizacije, ali će poslužiti kao polazna tačka za budući razvoj.

Korak 6: Softver - razvoj

Obavezne biblioteke

• DallasTemperature
• LiquidCrystal_I2C-master
• OneWire

Napomene o softveru

Ovaj kod je prvi nacrt koda koji sistemu daje osnovne funkcionalnosti, uključujući

Pogledajte priloženi Nasa_Planter_Code_V0p6.ino za najnoviju verziju sistemskog koda, Očitavanja temperature i vlage na ekranu.

Automatski način rada i ručni način rada - Korisnik može učiniti da sistem automatski pumpa vodu pri pragu vlažnosti

Kalibracija senzora vlage - Kontrolne vrijednosti AirValue i WaterValue potrebno je ručno napuniti jer će se svaki senzor malo razlikovati.

Korisničko sučelje za upravljanje sistemom.

Korak 7: Mehaničko - projektovanje (CAD)

Za dizajn ovog sistema koristio sam Fusion 360, konačni sklop se može pogledati/ preuzeti sa donje veze

a360.co/2NLnAQT

Sklop se uklapa u takmičarsko područje od 50 cm^3 i koristio je PVC cijev za konstrukciju okvira kutije, sa 3D štampanim nosačem za ugaone spojeve. Ovaj okvir ima više 3D ispisanih dijelova koji se koriste za montiranje zidova kućišta i LED rasvjete.

U središtu kućišta imamo sadilicu "Disco Orb" koja je 4-dijelni sklop, (2 polovice kugle, 1 baza kugle, 1 cijev). Ovo ima posebne izreze koji omogućuju umetanje cijevi pumpe za vodu i kapacitivnog senzora vlage u odjeljak tla.

U osnovi dizajna možete vidjeti kontrolnu kutiju, u kojoj je smještena elektronika i okvir daje krutost. U ovom odjeljku možemo vidjeti prikaz korisničkog sučelja i kontrole.

Korak 8: Mehanički - 3D štampani dijelovi

Mehanički sklop zahtijeva različite 3D štampane dijelove, Nosači ugaonog okvira, nosači bočnih ploča, šarke za vrata, LED nosači i držači kontrolne kutije, Ovi dijelovi bi trebali imati ukupnu težinu od 750 g i 44 sata vremena ispisa.

Dijelovi se mogu izvesti iz 3D sklopa koji je povezan na prethodnoj stranici ili se mogu pronaći na stvarima ovdje, www.thingiverse.com/thing:4140191

Korak 9: Mehanički - sastavljanje

Imajte na umu da sam u sastavu preskočio dijelove zidova ograde, uglavnom zbog ograničenja vremena i troškova, Prije svega, moramo smanjiti PVC cijev na dijelove od 440 mm, trebat će nam 8 dijelova cijevi poput ove. 8 LED nosača štampanih i 4 ugaona držača okvira.

Sada moramo pripremiti LED trake,

1. Odrežite trake na oznakama škara na otprilike 15 cm dužine, potrebno je izrezati 8 dijelova LED trake
2. Izložite + & - jastučiće uklanjanjem malo gume
3. Lemiti muške konektore zaglavlja (Odsecite 3 dela i svaki kraj zalemite na podlogu)
4. Uklonite ljepilo sa stražnje strane svake trake i pričvrstite dijelove 3D pisača na LED nosač.
5. Sada napravite kabel za povezivanje svih pozitivnih i negativnih strana svake trake
6. Na kraju ga uključite i provjerite rade li sve LED diode

Korak 10: Projekat - dosadašnji napredak

Do sada je ovo koliko sam uspio kroz sastavljanje ovog projekta, Planiram nastaviti ažurirati ovaj vodič kako se projekt bude razvijao,

Šta preostaje da se uradi

• Kompletan sklop upravljačke kutije
• House Electronics
• Ispitajte sistem za pumpanje vode
• Pregledajte napredak

Korak 11: Naučene lekcije

Iako do sada projekt nije dovršen, ipak sam naučio nekoliko važnih stvari iz istraživanja ovog projekta.

Dinamika fluida u mikrogravitaciji

Ovo je nevjerojatno složena tema koja uvodi mnoga neviđena pitanja za standardnu dinamiku fluida zasnovanu na gravitaciji. Svi naši prirodni instinkti o tome kako će tečnosti djelovati izlaze kroz prozor u mikrogravitaciji, a NASA je morala ponovo izumiti kotač kako bi funkcionirali relativno jednostavni zemaljski sistemi.

Prepoznavanje vlage

Saznajte više o različitim metodama koje se obično koriste za otkrivanje vlage (volumetrijski senzori, tenziometri i kruto stanje, pogledajte ovu vezu za dobro čitanje o temi

Manje bilješke

PVC cijev je odlična za brzu izgradnju okvira, Trebaju mi bolji alati za stolariju!

Planirajte unaprijed hobi projekte, segmentirajte zadatke i postavite rokove kao na poslu!

Korak 12: Budući rad

Nakon što sam pročitao kako upravljamo dinamikom fluida u mikrogravitaciji, vrlo sam zainteresiran za dizajniranje vlastitog rješenja za problem, Htio bih uzeti ovaj grubi dizajn dalje, ideja za ovaj sustav je koristiti rezervoar s mijehom sa koračnim motorima koji može komprimirati područje spremnika za održavanje određenog tlaka u cijevi.

Korak 13: Zaključak

Hvala na čitanju. Nadam se da ste uživali, ako imate pitanja ili želite pomoć oko bilo čega što je obuhvaćeno ovim projektom, slobodno komentirajte!

Jack.