Gojenje več solate v manj prostora ali gojenje solate v vesolju, (več ali manj) .: 10 korakov

2024 Avtor: John Day | [email protected]. Nazadnje spremenjeno: 2024-01-30 12:04

To je profesionalna oddaja natečaja za ustvarjalce Growing Beyond Earth, ki je predložena prek Instructables.

Ne morem biti bolj navdušen nad načrtovanjem za pridelavo vesoljskih pridelkov in objavljam svoj prvi Instructable.

Za začetek nas je tekmovanje prosilo, da.

“… Predložite navodila, ki podrobno opisujejo zasnovo in gradnjo vaše rastlinske komore, ki (1) ustreza prostornini 50 cm x 50 cm x 50 cm, (2) vsebuje vse značilnosti, potrebne za vzdrževanje rasti rastlin, tj. Umetno svetlobo, namakalni sistem, in sredstva za kroženje zraka ter (3) učinkovito in iznajdljivo uporablja notranjo prostornino, da se prilega in uspešno goji čim več rastlin."

Ko sem prebral zahteve natečaja in pogosta vprašanja, sem v procesu oblikovanja naredil naslednje predpostavke.

Enkrat tedensko načrtovana interakcija astronavta s "projektom" bi bila sprejemljiva in ne bi izničila vidika samodejnega nadzora v merilih natečaja.

Napajalnik za "projekt" je lahko nameščen zunaj 50 cm3, saj bi ISS napajal enoto, če bi bila v vesolju. Hlajenje za LED diode v "projektu" lahko izvira izven 50 cm3, saj lahko ISS napaja enoto, če je bila v vesolju.

»Uporabnik« ima lahko neomejen dostop do zgornje in štirih strani prostornine 50 cm3 za načrtovano tedensko vzdrževanje, vendar ne izključuje nenačrtovanih vprašanj, če se pri »projektu« pojavi nenačrtovano vprašanje.

Nato sem zbral parametre za tekmovanje

Podatki o projektu

Voda: 100 ml/rastlina/dan (priporočeno)

Osvetlitev: 300-400? Mol/M2/s znotraj PAR 400-700nm (priporočeno)

Svetlobni cikel: 12/12

Tip svetlobe: LED (priporočeno)

Kroženje zraka: za 2,35 cf/0,0665 m3 (območje rasti po moji zasnovi)

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

Vrsta rastline: ‘Outredgeous’ rdeča romska solata

Velikost zrele rastline: 15 cm v višino in 15 cm v premeru

Sistem rasti: (izbira oblikovalca)

Zaloge

Potrebovali bomo zaloge

(Ti deli se uporabljajo kot dokaz koncepta, verjetno niso odobreni za potovanje v vesolje)

1 - 0,187”48” x96”beli ABS

3 - Mikro krmilniki

1 - 1602 LCD zaslon

1 - ščit za zapisovalnik podatkov za Nano

3 - Fotografski upori

4 - senzorji AM2302

1 - temperaturni senzor DS18B20

1 - EC senzor, 1 - 15mA 5V optična raven tekočine

1 - DS3231 za Pi (RTC)

… in več zalog

1 - Peristaltična dozirna črpalka

1 - 12V vodna črpalka

1 - Piezo zvočniki

3 - 220 ohmski upori

1 - Stikalo DPST

1-265-275nm UVC sterilizator

24 - 1½”sanitarne kape

1 - Magnetna stopnja mešanja tekočine/zraka

1 - Glava za nadzor kapljanja, 8 vrstica

1 - Cev za kapljično namakanje

1 - Nadomestna posoda za vodo

1 - ½ ID PVC cev

70 - Vijaki za pritrditev LED

18 AWG in 22 AWG žica

1 - Skrčljive cevi

1 - Aluminij za LED hladilnik

Taktilna stikala visoka 5-6 mm

4 - 1 ohmski, 1 vatni upori

1 - Pkg semena "Outredgeous" solata

…in več

Ojačevalna plošča 1 - 400 W

32-3W bele LED, (6000-6500k)

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

8 - 40 mm računalniški ventilatorji

Opto izolirani releji 11 - 5V

10 - 1N4007 povratna dioda

24 - Vtiči Rockwool

1 - Hidroponska hranila

1 - Posoda za hranila

1 - Mylar folija

… In orodja

Topilo za lepljenje

Videl

Žage za luknje

Spajkalnik

Spajkanje

Vrtalnik

Vrtalniki

Izvijači

Računalnik

USB kabel

Arduino IDE programska oprema

1. korak: Primerjava trenutnega sistema "VEGGIE"

Sistem "VEGGIE" na ISS lahko v 28 dneh (4 tednih) zraste 6 glav solate. Če bi "VEGGIE" tekel 6 mesecev (povprečen čas, ko je astronavt na krovu ISS), bi zrasel 36 glav solate z dodatnimi 6 glavami, starimi dva tedna. Za tričlansko posadko je to sveža zelenjava dvakrat na mesec.

V okviru projekta GARTH bo v 28 dneh (4 tednih) pridelanih 6 glav solate. A.. če bi tekel 6 mesecev, bi zrasel 138 glav solate, z dodatnimi 18 glavami v različnih fazah rasti. Za tričlansko posadko je to sveža zelenjava 7½ krat na mesec ali skoraj dvakrat na teden.

Če to pritegne vašo pozornost … si poglejmo podrobneje zasnovo

2. korak: Projekt GARTH

Tehnologija virov za avtomatizacijo rasti za vrtnarstvo

(Fotografije projekta GARTH so celovite makete, narejene iz penaste plošče Dollar Store)

Projekt GARTH povečuje produktivnost z uporabo 4 ločenih optimiziranih področij rasti. Vključuje tudi avtomatske krmilne sisteme za razsvetljavo, kakovost zraka, kakovost vode in zamenjavo vode.

32, bele LED luči 6000K zagotavljajo predlagane zahteve PAR. Za vzdrževanje notranjega okolja sta bila vgrajena sistem za kroženje zraka z dvema ventilatorjema in sistem za prezračevanje s štirimi ventilatorji, za krmljenje in spremljanje rastlin pa je bil izbran avtomatiziran, samooptimizirajoč hidroponski sistem s hranilno tanko plastjo (NTF). Nadomestna voda za izhlapevanje se zadrži v ločenem zbiralniku v zgornjem skladiščnem prostoru v bližini stalno mešanega rezervoarja s tekočimi hranili, potrebnega za vzdrževanje ravni hranil v hidroponskem sistemu brez pomoči astronavta. Vsa moč vstopa, deluje in se distribuira iz zgornjega prostora za shranjevanje.

3. korak: značilnosti oblikovanja

Štiri področja rasti

1. stopnja (kalitev), za 0-1 tedna stara semena, približno 750 cc rastnega prostora

2. stopnja, za 1-2 tedne stare rastline, približno 3 600 cm3 rastnega prostora

3. stopnja, za 2-3 tedne stare rastline, približno 11 000 ccm rastnega prostora

4. stopnja, za 3-4 tedne stare rastline, približno 45 000 ccm rastnega prostora

(Območja 1. in 2. stopnje sta združena na odstranljivem pladnju, da olajšata sajenje, servisiranje in čiščenje)

4. korak: Sistem razsvetljave

Osvetlitev je bila težka brez dostopa do merilnika PAR, na srečo je moral tekmovati gospod Dewitt v Fairchild tropskem botaničnem vrtu. Usmeril me je na lestvice, ki so bile v veliko pomoč in te karte so me pripeljale tudi do led.linear1. Z grafikoni in spletnim mestom sem lahko izračunal svoje potrebe po razsvetljavi in vezju.

Moja zasnova uporablja 26,4 V izvorne napetosti za izvajanje 4 nizov 8, 3 vatnih LED v zaporedju z upori 1 ohm, 1 vat. Za dvig konstantnega toka na 26,4V bom uporabil 24V napajanje in pretvornik Boost. (Na krovu ISS bi moja zasnova uporabila 27V, ki je na voljo, in pretvornik Buck za znižanje napetosti in zagotavljanje konstantnega toka 26,4 V)

To je seznam delov za sistem razsvetljave.

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

4, 1 ohm - 1W upori

1, 12A 400W ojačevalni pretvornik

1, 40 mm ventilator

1, termistor

1, DS3231 za Pi (RTC) ali zapisovalnik podatkov

18 AWG žica

… In tako nameravam uporabiti teh dvaintrideset, 3W LED.

Ena LED na stopnji 1, štiri na stopnji 2 in devet na stopnji 3. Zadnjih osemnajst LED bo prižgalo stopnjo 4 in nas pripeljalo do neverjetnih 96 vatov svetlobe pri približno 2,4 ampera.

5. korak: Sistem kroženja in odzračevanja zraka

(Ne pozabite, da vodovodne in električne napeljave niso dokončane. To so fotografije makete predlaganega sistema)

Kroženje se doseže z dvema 40 mm ventilatorjema. Potisni ventilator, ki piha v 4. stopnjo iz kanala v zgornjem levem zgornjem kotu. Zrak bo tekel čez 4. stopnjo in v sprednjo stran 3. stopnje, nato skozi 3. stopnjo in iz zadnje strani (navzgor in okoli 1. stopnje po kratkem kanalu) v zadnji del 2. stopnje. Vlečni ventilator v kanalu nad 2. stopnjo bo potegnil zrak skozi 2. stopnjo in ven skozi desni zgornji kot. Zaključite potovanje skozi sistem kroženja zraka.

Odzračevanje 4. stopnje bo neposredno iz zgornje zadnje stene. Tretja stopnja bo zračila tudi skozi zgornjo zadnjo steno. 2. stopnja bo odzračena naravnost skozi vrh, stopnja kalitve (stopnja 1) pa bo odzračila skozi zadnjo steno, podobno kot stopnji 3 in 4.

6. korak: NFT hidroponski sistem

(Sonda ES, temperaturna sonda, senzor nivoja tekočine, cevi za zamenjavo izhlapevanja iz rezervoarja za sladko vodo in cevi, ki povezujejo črpalko zbiralnika s kanali, vse se bodo nahajale tukaj v zbiralniku, vendar niso prikazane na tej fotografiji)

Sistem vključuje zbiralnik 9 000+ml/cc, rezervoar za sladko vodo 7 000+ml // cc za zamenjavo izhlapevanja, vodno črpalko 12V 800L/uro, UV-C sterilizator za ubijanje vseh alg v vodi, ki vstopa v 8 -vratni nastavljiv razdelilnik pretoka, prezračevalni stolp z nasprotnim pretočnim ventilatorjem za prezračevanje tekoče vode iz stopnje 2 in izpušno vodo stopnje mešanja, senzor nivoja tekočine, senzor EC, senzor temperature vode, peristaltična črpalka, ki dozira iz hranilnika hranil, stopnja mešanja, ki hrani hranila v raztopini v rezervoarju in petih koritih ali kanalih za rast. Pet rastnih kanalov, stopnja mešanja in prezračevalni stolp prejemajo vodo iz razdelilnika za nastavitev pretoka z 8 priključki. Ko je treba servisirati hidroponski sistem, bo prekinjeno stikalo z dvojnim polom z enim metom (DPST) na sprednji plošči izklopilo napajanje. od vodne črpalke, sterilizatorja UV-C in dozirnika hranil v peristaltični črpalki. To bo "uporabniku" omogočilo varno delo na hidroponskem sistemu, ne da bi ogrozilo sebe ali pridelek.

Korak 7: Samodejni sistem za vnos hranil

Za ta projekt uporabljam "samodejno optimizirano avtomatizirano doziranje hranil Arduino", ki jo je razvil Michael Ratcliffe. Njegovo skico sem prilagodil svojemu sistemu in strojni opremi, za senzor EC pa uporabljam Michaelov "Three Dollar EC - PPM Meter".

Informacije ali navodila za oba projekta najdete na: element14, hackaday ali michaelratcliffe

8. korak: Elektronika sistemov za avtomatizacijo

Sistem za razsvetljavo bo uporabljal mikro krmilnik Arduino, en DS3231 za Pi (RTC), en 4 relejni modul, štiri upore 1 ohm-1 vat, dvaintrideset belih LED 3 W, en 400 W ojačevalnik, tri fotografske upore, en 40 mm računalnik ventilator in en termistor. Mikro krmilnik bo uporabil RTC za merjenje luči v 12 -urnem ciklu vklopa in 12 ur izklopa. Raven svetlobe v 2., 3. in 4. stopnji bo spremljal s foto upori in opozoril z LED/piezo alarmom, če bo v kateri koli fazi zaznal nizko stopnjo svetlobe med vklopljenimi lučmi. Temperaturo LED gonilne plošče bo nadzoroval termistor, priključen v linijo na 40 mm ventilator, in se bo samodejno začel hladiti, ko zazna dovolj toplote.

Sistem dostave hranil je razvil Michael Ratcliffe. Sistem uporablja Arduino Mega, eno od Michaelovih zamisli o EC -sondah, en zaslon zaslona tipkovnice 1602 LCD, en senzor temperature vode DS18B20, eno 12V peristaltično dozirno črpalko in en 5V opto izoliran rele. Dodal sem en optični senzor nivoja tekočine. Sistem bo spremljal EC in temperaturo vode ter aktiviral peristaltično črpalko, da po potrebi dozira hranila. Mikro krmilnik bo spremljal nivo vode v zbiralniku in vas opozoril z LED/piezo alarmom, če je temperatura vode v zbiralniku izven območja, ki ga nastavi uporabnik, če so podatki senzorja EC daljši od nastavljenega območja čas ali če nivo vode v zbiralniku pade pod raven, ki jo je nastavil uporabnik.

Sistem kroženja zraka bo sestavljen iz mikrokrmilnika Arduino, štirih senzorjev AM2302, šestih 40-milimetrskih računalniških ventilatorjev (dva ventilatorja za kroženje zraka za 2., 3. in 4. stopnjo in 4 ventilatorjev), enega sterilizatorja UV-C in šestih 5V opto izoliranih relejev (za oboževalce). Regulator bo spremljal temperaturo in vlažnost zraka v vseh 4 stopnjah in samodejno zagnal dva ventilatorska sistema ali posamezne stopnje odzračevalnih ventilatorjev, da bo temperatura in vlaga v nastavljenih območjih. Krmilnik bo nastavil in nadziral čas sterilizacije UV-C ter vzdrževal LED/piezo alarm, če temperatura ali vlaga presežeta ravni, ki jih je nastavil uporabnik v kateri koli od 4 stopenj.

9. korak: Zgradba

Ohišje velikosti 50 cm3, kanali, rezervoar za zamenjavo izhlapevanja sladke vode, prezračevalni stolp, osrednji kanal za kroženje zraka, predal 1. in 2. stopnje, strešni nosilci (niso prikazani) in večina drugih nosilnih konstrukcij bodo zgrajeni iz 0,187 " Črni ABS. Sprednje zavese za odra so prikazane v Mylar filmu na maketi, najverjetneje pa bodo narejene iz odsevnega prevlečenega akrila ali polikarbonata na dejanskem prototipu. Razsvetljava (ni prikazana, vendar je sestavljena iz 4 nizov 8, 3 W zaporednih LED) bo nameščena na približno 0,125 "aluminijaste plošče z 0,125" bakreno cevjo, spajkano na zgornji strani za tekoče hlajenje ((to hlajenje bi vstopilo in izstopilo od zadaj) enote za ločitev hladilnika, ki ni povezan z natečajem). Vodovod NTF vode do stopnje 1 in 2 (ni prikazan na nobeni fotografiji, vendar) bi bil pritrjen s hitro povezavo na sprednji strani 2. stopnje.

Povečevalni pretvornik (prikazan na fotografiji zgornjega prostora za shranjevanje) lahko premaknete pod kalilni pladenj (1. stopnja), da zagotovite dodatno toploto za kalitev. Senzorji temperature in vlažnosti AM2302 (niso prikazani) bodo nameščeni visoko na vsaki stopnji (izven redne načrtovane poti kroženja zraka)

Zdi se, da zasnova sploh ne razmišlja o vesolju,

pa temu ni tako. Moj tukaj opisani sistem NTF ni optimiziran ali spremenjen za vesolje, vendar so hidroponski sistemi NTF resni kandidati za edinstvene potrebe vesoljskih pridelkov v mikrogravitaciji in imam ideje za njegovo optimizacijo prostora.

Natečaj je od nas zahteval, da oblikujemo sistem, ki bo v določenem prostoru vzgojil več rastlin in ga čim bolj avtomatizirali.

Modeli, izbrani za drugo fazo, bodo morali najprej gojiti rastline na zemlji. Menim, da moj dizajn izpolnjuje vse zahteve natečaja in da ob tem spoštuje pravi prostor, potreben za rast rastlin, kroženje zraka, avtomatiziran nadzor okolja in tedenski potrošni material za rastline. Vse v prostoru 50 cm3 smo dobili.

10. korak: Zaključite

Avtomatizacija projekta GARTH zmanjšuje potrebno pozornost enkrat na teden.

Sedemkratno zmanjšanje vzdrževanja v primerjavi s sistemom "VEGGIE".

Šest rastlin se je začelo tedensko v projektu GARTH.

Štirikratno povečanje proizvodnje v primerjavi s šestimi tovarnami, ki so se začele mesečno v sistemu "VEGGIE".

Menim, da so te spremembe učinkovite, inovativne in učinkovite.

Upam, da boste tudi vi.

Zmagovalec na tekmovanju Growing Beyond Earth Maker