Pridelovalec rastlin z mikrogravitacijo "Disco Ball": 13 korakov

2025 Avtor: John Day | [email protected]. Nazadnje spremenjeno: 2025-01-13 06:58

Pozdravljeni bralci, ta projekt je profesionalna prijava na natečaj Growing Beyond Earth Maker.

Ta projekt je dokaz koncepta za zasnovo potencialnega sejalnika, ki bi ga lahko uporabili za rast načrta v mikrogravitaciji.

Na podlagi pravil tekmovanja sem navedel zahteve sistema,

1. Sistem mora stati na območju 50 cm^3.
2. Sistem mora izkoristiti mikrogravitacijo.
3. Sistem lahko usmerite v kateri koli položaj
4. Sistem se lahko napaja zunaj iz notranjih tirnic ISS.
5. Sistem mora avtomatizirati velik del procesa rasti z minimalno interakcijo astronavtov.

z zgornjimi predpostavkami sem začel oblikovati sistem.

1. korak: Predlog projekta

Za začetek sem narisal grobo oris tega, za kar sem mislil, da bi lahko izgledal sistem, Prvotna zamisel, ki sem jo imel, je bila krogla, obešena v središču rastnega okolja z osvetlitvijo, nameščeno na okoliškem okvirju.

Podstavek te škatle bo nameščen za vodo in elektroniko.

Na tej stopnji sem začel naštevati vrste možnih sestavin takega sistema,

1. Okvir - izbrati bi morali ustrezen material okvirja
2. Razsvetljava - katera vrsta razsvetljave bi bila najboljša? LED trakovi?
3. Senzorji - Za avtomatizacijo sistema bi morali biti sposobni zaznati stvari, kot sta vlaga in temperatura.
4. Nadzor - uporabnik bi potreboval način interakcije z MCU

Cilj tega projekta je izdelati dokaz koncepta, na podlagi pridobljenih lekcij bom naredil seznam prihodnjega dela in razvoja, ki je potreben za nadaljnje napredovanje te ideje.

2. korak: Dokaz koncepta - BOM

BOM (materialni material) za ta projekt bo stal približno 130 £ za naročilo vsega potrebnega, od tega bo približno 100 £ porabljenih za izdelavo ene enote pridelovalca rastlin.

Verjetno bi imeli kar velik del elektronskih komponent, ki bi kodo dramatično zmanjšale.

3. korak: Elektronika - Oblikovanje

S Fritzingom sem načrtoval elektroniko, potrebno za ta projekt, Povezave bi morale potekati na naslednji način:

LCD 16x2 I2C

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

Rotacijski dajalnik (D3 in D2 sta bila izbrana, saj sta to zatiča Arduino Uno Interupt)

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

Temperaturni senzor DS18B20

1. GND> GND
2. DQ> D4 (Arduino, s 5V dvigom 4k7)
3. VDD> 5V

Senzor vlažnosti tal

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

Dvojni relejni modul

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

za ostale povezave si oglejte zgornji diagram.

4. korak: Elektronika - montaža

Elektroniko sem sestavil, kot je opisano na diagramu na prejšnji strani, Uporabil sem protoboard za izdelavo ščita za Arduino Uno, V ta namen sem razbil ploščo približno na velikost Uno in nato dodal moške zatiče glave, ki so poravnani z ženskimi glavomi na Unu.

Če se povezave ujemajo s prejšnjim diagramom, bi moral sistem delovati pravilno, morda bi bilo dobro, če bi povezave postavili na podoben način kot jaz.

5. korak: Programska oprema - načrt

Splošna ideja funkcionalnosti programske opreme je, da se sistem neprestano vrti okoli branja vrednosti senzorja. V vsakem ciklu bodo vrednosti prikazane na LCD -prikazovalniku.

Uporabnik bo imel dostop do menija tako, da pritisne vrtljivo stikalo, ko se to zazna, se odpre uporabniški vmesnik menija. Uporabnik bo imel na voljo nekaj strani,

1. Zaženite vodno črpalko
2. Preklopi stanje LED (vklop / izklop)
3. Spremenite sistemski način (samodejno / ročno)
4. Izhod iz menija

Če je uporabnik izbral samodejni način, bo sistem preveril, ali so ravni vlage v mejni vrednosti, če niso, bo samodejno črpal vodo, počakal na določeno zamudo in ponovno preveril.

To je osnovni sistem avtomatizacije, vendar bo deloval kot izhodišče za prihodnji razvoj.

6. korak: Razvoj programske opreme

Obvezne knjižnice

• Dallas temperatura
• LiquidCrystal_I2C-master
• OneWire

Opombe o programski opremi

Ta koda je prvi osnutek kode, ki sistemu daje osnovne funkcionalnosti

Najnovejšo različico sistemske kode si oglejte v priloženem Nasa_Planter_Code_V0p6.ino, Odčitki temperature in vlage na zaslonu.

Samodejni način in ročni način - uporabnik lahko samodejno črpa vodo pri mejni vlažnosti

Kalibracija senzorja vlage - zračno vrednost in vodno vrednost je treba vnesti ročno, saj se bo vsak senzor nekoliko razlikoval.

Uporabniški vmesnik za nadzor sistema.

7. korak: Mehansko - oblikovanje (CAD)

Za oblikovanje tega sistema sem uporabil Fusion 360, končni sklop si lahko ogledate/ prenesete s spodnje povezave

a360.co/2NLnAQT

Montaža se prilega tekmovalnemu območju 50 cm^3 in je uporabila PVC cev za izdelavo okvirja škatle s 3D natisnjenim nosilcem za vogalne spoje. Ta okvir ima več 3D tiskanih delov, ki se uporabljajo za montažo ohišja omar in LED razsvetljavo.

Na sredini ohišja imamo sejalnik "Disco Orb", ki je sestavljen iz 4 delov, (2 polovici krogle, 1 osnova krogle, 1 cev). Ta ima posebne izreze, ki omogočajo vstavljanje cevi vodne črpalke in kapacitivnega senzorja vlage v odsek zemlje.

V osnovi zasnove lahko vidite krmilno omarico, v kateri je elektronika in okvirju daje togost. V tem razdelku lahko vidimo zaslon in nadzor uporabniškega vmesnika.

8. korak: Mehanski - 3D natisnjeni deli

Mehanski sklop zahteva različne 3D tiskane dele, Kotni nosilci okvirja, nosilci na stranski plošči, tečaji za vrata, nosilci LED in nosilci krmilnih omar, Skupno bi morali imeti ti deli približno 750 g teže in 44 ur časa tiskanja.

Deli se lahko izvozijo iz 3D sklopa, povezanega na prejšnji strani, ali pa jih najdete tukaj na thingiverse, www.thingiverse.com/thing:4140191

9. korak: Mehansko - montaža

Upoštevajte, da sem pri montaži preskočil stenske dele ohišja, predvsem zaradi časovnih in stroškovnih omejitev, Najprej moramo PVC cev odrezati na 440 mm odseke, potrebovali bomo 8 takšnih odsekov cevi. 8 natisnjenih LED nosilcev in 4 vogalni nosilci okvirja.

Zdaj moramo pripraviti LED trakove,

1. Odrežite trakove pri škarjastih oznakah na dolžini približno 15 cm, izrezati moramo 8 delov LED traku
2. Odkrijte blazinice + in - tako, da odstranite malo gume
3. Spojite moške priključke za glavo (izrežite 3 dele in vsak konec spajkajte na blazinico)
4. Odstranite lepilno zaščito na zadnji strani vsakega traku in pritrdite dele 3D tiskalnika na LED -nosilec.
5. Zdaj naredite kabel za povezavo vseh pozitivnih in negativnih strani vsakega traku
6. Končno ga vklopite in preverite, ali vse LED delujejo

10. korak: Projekt - dosedanji napredek

Doslej je to, kolikor sem dobil skozi sestavo tega projekta, Nameravam še naprej posodabljati ta priročnik, ko se projekt razvija,

Kaj je še treba storiti

• Popoln sklop krmilne omarice
• Hišna elektronika
• Preizkusite sistem za črpanje vode
• Preglejte napredek

11. korak: Naučene lekcije

Čeprav projekt še ni zaključen, sem se pri raziskovanju tega projekta še vedno naučil nekaj pomembnih stvari.

Dinamika tekočin v mikrogravitaciji

To je neverjetno zapletena tema, ki uvaja veliko nevidnih vprašanj za standardno dinamiko tekočin, ki temelji na gravitaciji. Vsi naši naravni nagoni, kako bodo tekočine delovale, gredo skozi okno v mikrogravitaciji in NASA je morala znova izumiti kolo, da bi lahko delovali razmeroma preprosti zemeljski sistemi.

Zaznavanje vlage

Spoznajte različne metode, ki se običajno uporabljajo za odkrivanje vlage (volumetrični senzorji, tenziometri in trdno stanje, za dobro branje na temo https://mytrellis.com/blog/smstypes si oglejte to povezavo)

Manjše opombe

PVC cevi so odlične za hitro gradnjo okvirjev, Potrebujem boljše orodje za les!

Načrtujte vnaprej hobi projekte, segmentirajte naloge in določite roke tako kot na delovnem mestu!

12. korak: Prihodnje delo

Po branju o tem, kako upravljamo dinamiko tekočin v mikrogravitaciji, me zelo zanima oblikovanje lastne rešitve problema, To grobo zasnovo bi rad nadaljeval, ideja tega sistema je uporaba rezervoarja z mehom s koračnimi motorji, ki lahko stisne območje posode za vzdrževanje določenega tlaka v cevi.

13. korak: Zaključek

Hvala za branje. Upam, da ste uživali. Če imate kakršna koli vprašanja ali bi radi pomagali pri vsem, kar je zajeto v tem projektu, vas prosimo, da komentirate!

Jack.