Cultivarea mai multor salată în spațiu mai mic sau Cultivarea salatei în spațiu, (mai mult sau mai puțin) .: 10 pași

2024 Autor: John Day | [email protected]. Modificat ultima dată: 2024-01-30 11:43

Aceasta este o prezentare profesională la Concursul Maker Beyond Earth, Maker, trimis prin Instructables.

Nu aș putea fi mai încântat să proiectez pentru producția de culturi spațiale și să postez primul meu instructabil.

Pentru început, concursul ne-a cerut

„… trimiteți un instructiv care detaliază proiectarea și construcția camerei dvs. de creștere a plantelor, care (1) se încadrează într-un volum de 50cm x 50cm x 50cm, (2) conține toate caracteristicile necesare pentru a susține creșterea plantelor, adică lumina artificială, un sistem de irigare, și mijloacele de circulație a aerului și (3) utilizează eficient și inventiv volumul interior pentru a se potrivi și a crește cu succes cât mai multe plante posibil.”

După ce am citit cerințele concursului și întrebările frecvente, am făcut următoarele ipoteze în procesul de proiectare.

O dată pe săptămână, interacțiunea planificată cu „proiectul” de către un astronaut ar fi acceptabilă și nu va anula aspectul controlului automat în criteriile concursului.

Alimentatorul pentru „proiect” poate fi adăpostit în afara celor 50cm3, deoarece ISS ar furniza energie unității, dacă unitatea ar fi în spațiu. Răcirea LED-urilor din interiorul „proiectului” poate avea originea în afara celor 50cm3, deoarece ISS poate furniza răcirea unității, dacă unitatea ar fi în spațiu.

„Utilizatorul” poate avea acces nerestricționat la partea superioară și pe cele 4 laturi ale volumului de 50cm3 pentru întreținerea săptămânală planificată, dar nu exclude problemele neplanificate, dacă apare o problemă neplanificată cu „proiectul”.

Apoi, am adunat parametrii pentru concurs

Date de proiect

Apă: 100 mL / plantă / zi (sugerat)

Iluminare: 300-400? Mol / M2 / s în cadrul PAR 400-700nm (sugerat)

Ciclul luminii: 12/12

Tipul luminii: LED (sugerat)

Circulația aerului: pentru 2,35cf / 0,0665m3 (zona de creștere a proiectului meu)

Temperatura pe ISS: 65 până la 80˚F / 18,3 până la 26,7 ° C (pentru referință)

Tipul plantei: salată roșie română „Outredgeous”

Dimensiunea plantei mature: 15cm înălțime și 15cm în diametru

Sistem de creștere: (alegerea designerului)

Provizii

Vom avea nevoie de provizii

(Aceste părți sunt utilizate pentru dovada conceptului, probabil că NU sunt aprobate pentru călătoria spațială)

1 - 0,187 "48" x96 "ABS alb

3 - Micro controlere

Afișaj LCD 1 - 1602

1 - Scut Data Logger pentru Nano

3 - Rezistoare foto

4 - senzori AM2302

1 - senzor de temperatură DS18B20

1 - senzor EC, Nivel lichid optic 1 - 15mA 5V

1 - DS3231 pentru Pi (RTC)

… și mai multe provizii

1 - Pompa dozatoare peristaltică

1 - 12V pompă de apă

1 - Zgomote piezo

Rezistențe de 3 - 220 Ohm

1 - comutator DPST

Sterilizator UVC 1 - 265-275nm

Capace sanitare de 24 - 1½”

1 - Etapa de agitare magnetică lichid / aer

1 - Cap de control picurare, 8 linii

1 - Tuburi de irigare prin picurare

1 - Recipient de apă de schimb

1 - ½ țeavă din PVC ID

70 - Șuruburi pentru atașarea LED-urilor

Sârmă de 18 AWG și 22 AWG

1 - Tuburi retractabile

1 - Aluminiu pentru radiator LED

Comutatoare tactile înalte de 5 - 6 mm

Rezistențe 4 - 1 Ohm, 1 Watt

1 - Pkg semințe de salată „Outredgeous”

…și altele

Placă Boost 1 - 400W

LED-uri albe de 32 - 3W, (6000-6500k)

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

Ventilatoare de computer de 8 - 40mm

Relee izolate opto 11 - 5V

10 - 1N4007 diodă flyback

24 - Mufe din vată de piatră

1 - Nutrienți hidroponici

1 - Recipient pentru nutrienți

1 - Foi Mylar

… și instrumente

Solvent pentru lipire

A văzut

Ferăstraie cu găuri

Ciocan de lipit

Solder

Burghiu

Capete de burghiu

Șurubelnițe

Calculator

cablu USB

Software Arduino IDE

Pasul 1: Compararea sistemului actual „VEGGIE”

Sistemul „VEGGIE” de pe ISS poate crește 6 capete de salată în 28 de zile (4 săptămâni). Dacă „VEGGIE” ar funcționa timp de 6 luni, (timpul mediu în care un astronaut este la bordul ISS) ar crește 36 de capete de salată, cu încă 6 capete vechi de două săptămâni. Pentru un echipaj de 3 persoane, sunt legume proaspete de două ori pe lună.

Proiectul GARTH va crește 6 capete de salată în 28 de zile (4 săptămâni). DAR.. dacă ar dura 6 luni, ar crește 138 de capete de salată, cu încă 18 capete în diferite stadii de creștere. Pentru un echipaj de 3 persoane, este vorba de legume proaspete de 7½ ori pe lună, sau aproape de două ori pe săptămână.

Dacă asta vă atrage atenția … să aruncăm o privire mai atentă asupra designului

Pasul 2: Proiectul GARTH

Tehnologia resurselor de automatizare a creșterii pentru horticultură

(Fotografiile proiectului GARTH au o machetă pe scară largă, realizate din placa de bază din spumă Dollar Store)

Proiectul GARTH maximizează productivitatea prin utilizarea a 4 zone separate de creștere optimizate. De asemenea, include sisteme de control automat pentru iluminat, calitatea aerului, calitatea apei și înlocuirea apei.

32, lumini LED 6000K albe oferă cerințele PAR sugerate. Un sistem de circulație a aerului cu două ventilatoare și un sistem de aerisire cu patru ventilatoare au fost încorporate pentru a menține mediul interior și a fost ales un sistem hidroponic Nutrient Thin Film (NTF) automatizat pentru autoalimentarea și monitorizarea plantelor. Apa de înlocuire a evaporării este ținută într-un rezervor separat în zona superioară de depozitare, lângă un rezervor de nutrienți lichizi amestecați constant, necesar pentru menținerea nivelului de nutrienți din sistemul hidroponic cu ajutorul unui astronaut. Toată puterea intră, funcționează și este distribuită din zona superioară de stocare.

Pasul 3: Caracteristici de proiectare

Cele patru zone de creștere

Etapa 1 (germinare), pentru semințe vechi de 0-1 săptămână, aproximativ 750 cmc de spațiu de creștere

Etapa a 2-a, pentru plante vechi de 1-2 săptămâni, aproximativ 3, 600 cmc spațiu de creștere

Etapa a 3-a, pentru plante vechi de 2-3 săptămâni, aproximativ 11, 000 cc spațiu de creștere

Etapa a 4-a, pentru plante vechi de 3-4 săptămâni, aproximativ 45 000 cc spațiu de creștere

(Zonele din prima și a doua etapă sunt combinate pe o tavă detașabilă pentru a facilita plantarea, întreținerea și curățarea)

Pasul 4: Sistem de iluminare

Iluminarea a fost dură fără acces la un contor PAR, din fericire, concursul l-a avut pe domnul Dewitt la Grădina Botanică Tropicală Fairchild, pentru a merge cu întrebări. El m-a îndreptat către diagrame care au fost foarte utile și acele diagrame m-au condus și la led.linear1. Cu diagramele și site-ul web, am putut să calculez nevoile mele de iluminat și circuite.

Proiectarea mea utilizează 26,4V de tensiune sursă pentru a rula 4 tablouri de 8, 3 wați LED-uri în serie cu rezistențe de 1 ohm, 1 watt. Voi folosi o sursă de alimentare de 24V și un convertor Boost pentru a ridica curentul constant la 26,4V. (La bordul ISS, proiectarea mea ar folosi 27V disponibil și un convertor Buck pentru a reduce tensiunea și a furniza curentul constant de 26,4V)

Aceasta este lista pieselor pentru sistemul de iluminat.

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

Rezistențe de 4, 1 ohm - 1W

1, convertor 12A 400W Boost

1, ventilator de 40 mm

1, termistor

1, DS3231 pentru Pi (RTC) sau datalogger

Sârmă de 18 AWG

… Și așa intenționez să folosesc acele treizeci și două de LED-uri de 3W.

Un LED în etapa 1, patru în etapa 2 și nouă în etapa 3. Ultimele optsprezece LED-uri vor aprinde etapa 4 și ne vor aduce la un total enorm de 96 de wați de lumină la aproximativ 2,4 amperi.

Pasul 5: sistemul de circulație și aerisire a aerului

(Vă rugăm să rețineți că instalațiile sanitare și cablurile electrice nu sunt complete. Acestea sunt fotografii ale unei machete a sistemului propus)

Circulația se realizează cu două ventilatoare de 40 mm. Un ventilator de împingere care suflă în a 4-a etapă din conductă în partea din spate sus stângă. Aerul va curge în etapa a 4-a și în partea din față a celei de-a treia etape, apoi prin a treia etapă și în spate (în sus și în jurul primei etape, printr-un canal scurt) în partea din spate a celei de-a doua etape. Un ventilator de tragere în conducta de deasupra celei de-a doua etape, va trage aerul prin a doua etapă și va ieși din colțul din dreapta sus. Finalizarea călătoriei prin sistemul de circulație a aerului.

Cea de-a patra etapă de aerisire va fi direct pe peretele posterior superior. A treia etapă va ieși și prin peretele din spate superior. Etapa a 2-a va fi ventilată drept prin partea superioară, iar etapa de germinare (etapa 1) va ieși din peretele din spate, similar cu etapele 3 și 4.

Pasul 6: Sistem hidroponic NFT

(Sonda EC, sonda de temperatură, senzorul de nivel al lichidului, furtunurile pentru înlocuirea evaporării din rezervorul de apă dulce și furtunurile care conectează pompa bazinului la canale, toate vor fi amplasate aici în bazin, dar nu au fost prezentate în această fotografie)

Sistemul include un bazin de 9 000 000 ml / cc, un rezervor de apă dulce de 7 000 000 ml cc pentru înlocuirea evaporării, o pompă de apă de 12 V 800 L / oră, un sterilizator UV-C pentru a ucide orice algă din apa care intră în Colector de debit reglabil cu 8 porturi, un turn de aerare cu ventilator de debit opus pentru aerarea apei care curge în jos din etapa 2 și etapa de agitare a apei de evacuare, un senzor de nivel de lichid, un senzor EC, un senzor de temperatură a apei, o pompă peristaltică dozată din rezervorul de nutrienți, o etapă de agitare care menține substanțele nutritive în soluție în rezervor și cinci jgheaburi sau canale de creștere. Cele cinci canale de creștere, etapa de agitare, turnul de aerare primesc apă din colectorul de debit reglabil în 8 porturi. Când sistemul hidroponic trebuie întreținut, un comutator de întrerupere cu un singur pol (DPST) situat pe panoul frontal va opri alimentarea în pompa de apă, sterilizatorul UV-C și dozatorul de nutrienți al pompei peristaltice. Acest lucru va permite „utilizatorului” să lucreze în siguranță la sistemul hidroponic fără a se pune în pericol pe sine sau pe cultura.

Pasul 7: Sistem automat de livrare a nutrienților

Folosesc „Auto Optimizing Arduino Nutrient Doser” dezvoltat de Michael Ratcliffe pentru acest proiect. I-am adaptat schița la sistemul și hardware-ul meu și folosesc „Three Dollar EC - PPM Meter” al lui Michael ca senzor EC.

Informații sau instrucțiuni pentru ambele proiecte pot fi găsite la: element14, hackaday sau michaelratcliffe

Pasul 8: Electronica sistemelor de automatizare

Sistemul de iluminat va utiliza un microcontroler Arduino, un DS3231 pentru Pi (RTC), un modul cu 4 relee, patru rezistențe de 1 ohm - 1 watt, treizeci și două de LED-uri albe de 3 W, un convertor Boost de 400 W, trei rezistențe foto, un computer de 40 mm ventilator și un termistor. Microcontrolerul va utiliza RTC pentru a cronometra luminile într-un ciclu de 12 ore pornit, 12 ore oprit. Acesta va monitoriza nivelurile de lumină din etapele 2, 3 și 4 cu rezistențe foto și va alerta cu o alarmă LED / piezo, dacă detectează un nivel scăzut de lumină în orice etapă, în timpul unui ciclu de aprindere. Temperatura plăcii driverului LED va fi monitorizată de un termistor conectat în linie la ventilatorul de 40 mm și va începe automat să se răcească atunci când este detectată suficientă căldură.

Sistemul de livrare a nutrienților a fost dezvoltat de Michael Ratcliffe. Sistemul folosește un Arduino Mega, una dintre ideile sondei Michael's EC, un ecran ecran 1602 cu tastatură LCD, un senzor de temperatură a apei DS18B20, o pompă de dozare peristaltică de 12V și un releu opto izolat de 5V. Am adăugat un senzor optic de nivel de lichid. Sistemul va monitoriza temperatura EC și a apei și va activa pompa peristaltică pentru a doza nutrienții după cum este necesar. Microcontrolerul va monitoriza nivelul apei din bazin și va alerta cu o alarmă LED / piezo dacă temperatura apei din bazin depășește intervalul setat de utilizator, dacă datele senzorului EC depășesc intervalul setat de utilizator mai mult decât setul utilizatorului perioada de timp sau dacă nivelul apei din bazin scade sub nivelul stabilit de utilizator.

Sistemul de circulație a aerului va consta dintr-un microcontroler Arduino, patru senzori AM2302, șase ventilatoare de computer de 40 mm (două ventilatoare de circulație a aerului pentru etapele 2, 3 și 4 și 4 ventilatoare de aerisire), un sterilizator UV-C și șase relee 5V opto izolate (pentru fani). Controlerul va monitoriza temperatura și umiditatea aerului în toate cele 4 etape și va porni automat sistemul de circulație a două ventilatoare sau ventilatoarele individuale de aerisire, după cum este necesar, pentru a menține temperatura și umiditatea în limitele setate de utilizator. De asemenea, controlerul va seta și controla sincronizarea sterilizatorului UV-C și va menține o alarmă LED / piezo în cazul în care temperatura sau umiditatea depășesc nivelurile stabilite de utilizator în oricare dintre cele 4 etape.

Pasul 9: Construirea

Carcasa de 50 cm3, canalele, rezervorul de înlocuire a evaporării apei dulci, turnul de aerare, conducta centrală de circulație a aerului, sertarul Etapei 1 și 2, parantezele acoperișului (nu sunt prezentate) și majoritatea celorlalte structuri de susținere, vor fi construite de la 0,187” ABS negru. Perdelele din față pentru etape sunt prezentate în film Mylar pe machetă, dar cel mai probabil ar fi realizate din acrilic acoperit cu reflectorizare sau policarbonat pe prototipul propriu-zis. Iluminatul (nu este afișat, dar constă din 4 tablouri de 8, LED-uri de 3W în serie) va fi montat pe tablă de aluminiu de aproximativ 0,125 "cu tub de cupru de 0,125" lipit pe partea superioară pentru răcirea lichidului (acea răcire ar intra și ieși din spate) a unității pentru a separa răcitorul care nu are legătură cu concursul). Instalația de apă NTF la Etapa 1 și 2 (nu este afișată în niciuna dintre fotografii, dar) ar fi atașată printr-o conexiune rapidă în partea din față a Etapei a 2-a.

Convertorul boost (prezentat în fotografia zonei de depozitare superioară) poate fi mutat sub tava germinativă (Etapa 1) pentru a furniza căldură suplimentară pentru germinare. AM2302, senzorii de temperatură și umiditate (nu sunt afișați), vor fi amplasați în fiecare etapă (în afara traseului de circulație a aerului planificat în mod regulat)

Este posibil ca designul să nu se gândească deloc la spațiu,

dar nu este cazul. Sistemul meu NTF descris aici nu este optimizat sau modificat pentru spațiu, dar sistemele hidroponice NTF sunt concurenți serioși pentru nevoile unice ale culturilor spațiale în microgravitație și am idei pentru optimizarea spațiului său.

Concursul ne-a cerut să proiectăm un sistem care să crească mai multe plante într-un spațiu definit și să automatizeze designul cât mai mult posibil.

Proiectele selectate pentru faza 2 vor trebui să crească mai întâi plante pe pământ. Cred că designul meu îndeplinește toate cerințele concursului și îl face respectând în același timp spațiul necesar pentru creșterea plantelor, circulația aerului, controale automate de mediu și consumabile pentru plante de o săptămână. Toate în spațiul de 50 cm3 ni s-a dat.

Pasul 10: Pentru a încheia

Automatizarea proiectului GARTH reduce atenția necesară o dată pe săptămână.

O scădere de șapte ori a întreținerii, comparativ cu sistemul „VEGGIE”.

Șase fabrici au început săptămânal în The GARTH Project.

O creștere de patru ori a producției, comparativ cu șase fabrici, a început lunar în sistemul „VEGGIE”.

Consider că aceste schimbări sunt eficiente, inventive și eficiente.

Sper că și tu o vei face.

Locul doi în concursul Growing Beyond Earth Maker