Microgravity Plant cultivator "Disco Ball": 13 Etape

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

Bună ziua cititorilor, acest proiect este o prezentare profesională la Concursul Growing Beyond Earth Maker.

Acest proiect este o dovadă a conceptului pentru un potențial proiect de plantator care ar putea fi folosit pentru a crește planul în microgravitate.

Pe baza regulilor concursului am enumerat cerința sistemului,

1. Sistemul trebuie să se potrivească într-o zonă de 50cm ^ 3.
2. Sistemul trebuie să profite de microgravitate.
3. Sistemul ar putea fi orientat în orice poziție
4. Sistemul poate fi sursa de alimentare externă de la șinele de alimentare interne ale ISS.
5. Sistemul trebuie să automatizeze o mare parte din procesul de creștere cu o interacțiune minimă de la astronauți.

cu ipotezele de mai sus am început să proiectez sistemul.

Pasul 1: Propunere de proiect

Pentru a începe, am trasat o schiță aproximativă a ceea ce credeam că ar putea arăta sistemul, Ideea inițială pe care am avut-o a fost un glob suspendat în centrul mediului în creștere, cu iluminare montată pe cadrul înconjurător.

Baza acestei cutii ar găzdui apa și electronica.

În această etapă, am început să enumăr sortul componentelor potențiale ale unui astfel de sistem,

1. Cadru - Ar trebui să selectați un material adecvat pentru cadru
2. Iluminat - Ce tip de iluminat ar fi cel mai bun? Benzi LED?
3. Senzori - Pentru ca sistemul să fie automatizat, ar trebui să fie capabil să simtă umezeala, cum ar fi timpul liber și temperatura.
4. Control - Utilizatorul ar avea nevoie de un mod de interacțiune cu MCU

Scopul acestui proiect este de a produce o dovadă a conceptului, pe baza lecțiilor învățate, voi face o listă a lucrărilor viitoare și a dezvoltării necesare pentru a duce mai departe această idee.

Pasul 2: Dovada conceptului - DOM

BOM (Lista de materiale) pentru acest proiect va costa aproximativ 130 de lire sterline pentru a comanda tot ceea ce este necesar, din acest cost aproximativ 100 de lire sterline va fi utilizat pentru a face o singură unitate de cultivare a plantei.

Este probabil că veți avea o bucată corectă de componente electronice, reducând dramatic codul.

Pasul 3: Electronică - Proiectare

Am folosit Fritzing pentru a planifica electronica necesară pentru acest proiect, Conexiunile ar trebui să meargă după cum urmează,

LCD 16x2 I2C

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

Codificator rotativ (D3 și D2 au fost selectate deoarece sunt pinii Arduino Uno Interupt)

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

Senzor de temperatură DS18B20

1. GND> GND
2. DQ> D4 (Arduino, cu un pull de 5V de 4k7)
3. VDD> 5V

Senzor de umiditate a solului

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

Modul de releu dual

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

pentru celelalte link-uri vă rugăm să priviți diagrama de mai sus.

Pasul 4: Electronică - Asamblare

Am asamblat electronica așa cum este descris în diagrama paginii anterioare, Am folosit protoboardul pentru a face un scut pentru Arduino Uno, Pentru a face acest lucru, am rupt placa la dimensiunea aproximativă a Uno, apoi am adăugat știfturi masculine care se aliniază cu antetele feminine de pe Uno.

Dacă conexiunile se potrivesc cu diagrama anterioară, sistemul ar trebui să funcționeze corect, ar putea fi o idee bună să planificați conexiunile într-un mod similar cu mine, pentru simplitate.

Pasul 5: Software - Plan

Ideea generală pentru funcționalitatea software-ului este ca sistemul să continue să citească valorile senzorului. La fiecare ciclu valorile vor fi afișate pe ecranul LCD.

Utilizatorul va putea accesa meniul ținând apăsat butonul rotativ, odată ce acesta este detectat, se va deschide UI-ul meniului. Utilizatorul va avea câteva pagini disponibile,

1. Porniți pompa de apă
2. Comutați starea LED-ului (On / Off)
3. Schimbați modul de sistem (automat / manual)
4. Ieșiți din meniu

Dacă utilizatorul a selectat modul Automat, sistemul va verifica dacă nivelurile de umiditate se încadrează în valoarea pragului, dacă nu, va pompa automat apa, așteaptă o întârziere fixă și va verifica din nou.

Acesta este un sistem de automatizare de bază, dar va funcționa ca un punct de plecare pentru dezvoltările viitoare.

Pasul 6: Software - Dezvoltare

Biblioteci obligatorii

• DallasTemperature
• LiquidCrystal_I2C-master
• OneWire

Note software

Acest cod este primul proiect de cod care oferă sistemului funcționalitatea de bază, acesta include

Consultați Nasa_Planter_Code_V0p6.ino atașat pentru cea mai recentă versiune a codului de sistem, Citiri de temperatură și umiditate afișate.

Mod automat și mod manual - Utilizatorul poate face sistemul să pompeze automat apa la un prag de umiditate

Calibrarea senzorului de măsurare - AirValue și WaterValue trebuie să fie completate manual, deoarece fiecare senzor va fi ușor diferit.

Interfață utilizator pentru controlul sistemului.

Pasul 7: Mecanică - Proiectare (CAD)

Pentru proiectarea acestui sistem am folosit Fusion 360, ansamblul final poate fi vizualizat / descărcat de pe linkul de mai jos

a360.co/2NLnAQT

Ansamblul se încadrează în zona de concurs de 50cm ^ 3 și a folosit țevi din PVC pentru a construi cadrul cutiei, cu suport tipărit 3D pentru îmbinările de colț. Acest cadru are mai multe părți imprimate 3D care sunt utilizate pentru montarea pereților carcasei și a iluminării cu LED-uri.

În centrul incintei avem plantatorul "Disco Orb", care este un ansamblu din 4 părți (2 jumătăți de glob, 1 bază de glob, 1 tub). Aceasta are decupaje specifice pentru a permite introducerea conductei pompei de apă și a senzorului de umiditate capacitiv în secțiunea solului.

La baza designului puteți vedea cutia de control, aceasta găzduiește electronica și conferă rigiditate cadrului. În această secțiune putem vedea ecranul și comenzile interfeței utilizator.

Pasul 8: Mecanic - Piese imprimate 3D

Ansamblul mecanic necesită diferite piese imprimate 3D, Suporturi cadru de colț, Suporturi pentru panou lateral, Balama ușii, Suporturi LED și Suporturi pentru cutie de control, Aceste părți ar trebui să totalizeze aproximativ 750g de greutate și 44 de ore de imprimare.

Piesele pot fi exportate din ansamblul 3D legat în pagina anterioară sau pot fi găsite pe thingiverse aici, www.thingiverse.com/thing:4140191

Pasul 9: Mecanic - Asamblare

Rețineți că asamblarea mea a omis părțile peretelui carcasei, mai ales din cauza limitărilor de timp și costuri, În primul rând, trebuie să tăiem țeava din PVC până la secțiuni de 440 mm, vom avea nevoie de 8 secțiuni de țeavă ca aceasta. 8 suporturi cu LED tipărite și 4 suporturi de colț cu cadru.

Acum trebuie să pregătim benzile LED,

1. Tăiați benzile la marcajele foarfecelor la aproximativ 15 cm lungimi, trebuie să tăiem 8 secțiuni de benzi LED
2. Expuneți tampoanele + & - prin îndepărtarea unui pic de cauciuc
3. Lipiți în jos conectorii antetului masculin (tăiați secțiuni de 3 și lipiți fiecare capăt la un tampon)
4. Îndepărtați protectorul adeziv de pe spatele fiecărei benzi și atașați-l la componentele imprimantei 3D cu suport LED.
5. Acum creați un cablu pentru a conecta toate pozitivele și negative ale fiecărei benzi
6. În cele din urmă, porniți-l și verificați dacă toate LED-urile funcționează

Pasul 10: Proiect - Progres până acum

Până acum acest lucru este cât de mult am reușit eu prin asamblarea acestui proiect, Am de gând să actualizez în continuare acest ghid pe măsură ce proiectul se dezvoltă,

Ce mai rămâne de făcut

• Ansamblu complet al cutiei de control
• Electronică de casă
• Testarea sistemului de pompare a apei
• Examinați progresul

Pasul 11: Lecții învățate

Chiar dacă până acum proiectul nu a fost finalizat, am învățat încă câteva lucruri importante din cercetarea acestui proiect.

Dinamica fluidelor în microgravitate

Acesta este un subiect uimitor de complex, care introduce o mulțime de probleme nevăzute pentru dinamica fluidelor standard bazată pe gravitație. Toate instinctele noastre naturale pentru modul în care vor acționa fluidele ies pe fereastră în microgravitație, iar NASA a trebuit să reinventeze roata pentru ca sistemele relativ simple de pe pământ să funcționeze.

Detectarea umezelii

Aflați despre diferitele metode care sunt utilizate în mod obișnuit pentru detectarea umidității (senzori volumetrici, tensiometri și stare solidă, consultați acest link pentru o citire bună despre subiectul

Note minore

Țeava din PVC este excelentă pentru construirea rapidă a cadrelor, Am nevoie de unelte mai bune pentru prelucrarea lemnului!

Planificați din timp proiectele de hobby, segmentați sarcinile și stabiliți termene la fel ca la locul de muncă!

Pasul 12: Munca viitoare

După ce am citit modul în care gestionăm dinamica fluidelor în microgravitație, sunt foarte interesat să-mi proiectez propria soluție pentru problemă, Aș dori să duc mai departe acest design dur, ideea pentru acest sistem este de a utiliza un rezervor cu burduf cu motoare pas cu pas care pot comprima zona containerului pentru a menține o anumită presiune a țevii.

Pasul 13: Concluzie

Vă mulțumim pentru lectură Sper că v-a plăcut, dacă aveți întrebări sau doriți ajutor cu ceva acoperit în acest proiect, nu ezitați să comentați!

Jack.