Microgravity Plant Grower "Disco Ball": 13 Βήματα

2024 Συγγραφέας: John Day | [email protected]. Τελευταία τροποποίηση: 2024-01-30 08:34

Γεια σας αναγνώστες, αυτό το έργο είναι μια επαγγελματική υποβολή στον Διαγωνισμό Growing Beyond Earth Maker.

Αυτό το έργο είναι μια απόδειξη της ιδέας για ένα πιθανό σχέδιο καλλιεργητή που θα μπορούσε να χρησιμοποιηθεί για την ανάπτυξη σχεδίου στη μικροβαρύτητα.

Με βάση τους κανόνες του διαγωνισμού παρέθεσα τις απαιτήσεις του συστήματος,

1. Το σύστημα πρέπει να χωράει σε περιοχή 50 cm^3.
2. Το σύστημα πρέπει να εκμεταλλευτεί τη μικροβαρύτητα.
3. Το σύστημα θα μπορούσε να προσανατολιστεί σε οποιαδήποτε θέση
4. Το σύστημα μπορεί να είναι πηγή ενέργειας εξωτερικά από τις εσωτερικές ράγες τροφοδοσίας ISS.
5. Το σύστημα πρέπει να αυτοματοποιήσει μεγάλο μέρος της αναπτυσσόμενης διαδικασίας με ελάχιστη αλληλεπίδραση από τους αστροναύτες.

με τις παραπάνω παραδοχές άρχισα να σχεδιάζω το σύστημα.

Βήμα 1: Πρόταση έργου

Για να ξεκινήσω, σχεδίασα ένα περίγραμμα του πώς νόμιζα ότι θα μπορούσε να μοιάζει το σύστημα, Η αρχική ιδέα που είχα ήταν μια σφαίρα κρεμασμένη στο κέντρο του αναπτυσσόμενου περιβάλλοντος με φωτισμό τοποθετημένο στο περιβάλλον πλαίσιο.

Η βάση αυτού του κουτιού θα φιλοξενούσε το νερό και τα ηλεκτρονικά.

Σε αυτό το στάδιο άρχισα να απαριθμώ το είδος των πιθανών συστατικών ενός τέτοιου συστήματος,

1. Πλαίσιο - Θα χρειαστεί να επιλέξετε ένα κατάλληλο υλικό πλαισίου
2. Φωτισμός - Τι τύπος φωτισμού θα ήταν ο καλύτερος; Λωρίδες LED;
3. Αισθητήρες - Για να αυτοματοποιηθεί το σύστημα θα πρέπει να είναι σε θέση να αισθάνεται υγρασία όπως υγρασία και θερμοκρασία.
4. Έλεγχος - Ο χρήστης θα χρειαζόταν έναν τρόπο αλληλεπίδρασης με το MCU

Ο στόχος αυτού του έργου είναι να παραγάγει μια απόδειξη της ιδέας, με βάση τα διδάγματα που θα αντλήσω θα κάνω μια λίστα μελλοντικών εργασιών και ανάπτυξης που απαιτούνται για να προχωρήσουμε περαιτέρω αυτήν την ιδέα.

Βήμα 2: Απόδειξη της έννοιας - BOM

Το BOM (Bill of Materials) για αυτό το έργο θα κοστίσει περίπου £ 130 για την παραγγελία όλων των απαιτούμενων, από αυτό το κόστος περίπου £ 100 θα χρησιμοποιηθεί για την κατασκευή μιας μονάδας μονάδας καλλιέργειας εργοστασίων.

Είναι πιθανό ότι θα έχετε ένα αρκετά μεγάλο μέρος των ηλεκτρονικών εξαρτημάτων που μειώνουν δραματικά τον κώδικα.

Βήμα 3: Ηλεκτρονικά - Σχεδιασμός

Έχω χρησιμοποιήσει το Fritzing για να σχεδιάσω τα ηλεκτρονικά που απαιτούνται για αυτό το έργο, Οι συνδέσεις πρέπει να έχουν ως εξής,

LCD 16x2 I2C

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

Rotary Encoder (D3 & D2 επιλέχθηκαν καθώς είναι οι ακίδες Arduino Uno Interupt)

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

Αισθητήρας θερμοκρασίας DS18B20

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

Αισθητήρας υγρασίας εδάφους

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

Μονάδα διπλού ρελέ

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

για τους άλλους συνδέσμους, δείτε το παραπάνω διάγραμμα.

Βήμα 4: Ηλεκτρονικά - Συναρμολόγηση

Συγκέντρωσα τα ηλεκτρονικά όπως περιγράφεται στο διάγραμμα της προηγούμενης σελίδας, Χρησιμοποίησα το protoboard για να φτιάξω μια ασπίδα για το Arduino Uno, Για να το κάνω αυτό έσπασα τον πίνακα σε περίπου το μέγεθος του Uno και στη συνέχεια πρόσθεσα αρσενικές καρφίτσες κεφαλίδας που ευθυγραμμίστηκαν με τις θηλυκές κεφαλίδες στο Uno.

Εάν οι συνδέσεις ταιριάζουν με το προηγούμενο διάγραμμα, το σύστημα πρέπει να λειτουργεί σωστά, ίσως είναι καλή ιδέα να σχεδιάσω τις συνδέσεις με παρόμοιο τρόπο για μένα για λόγους απλότητας.

Βήμα 5: Λογισμικό - Σχέδιο

Η γενική ιδέα για τη λειτουργικότητα του λογισμικού είναι το σύστημα να περιστρέφεται συνεχώς γύρω από την ανάγνωση των τιμών του αισθητήρα. Σε κάθε κύκλο οι τιμές θα εμφανίζονται στην οθόνη LCD.

Ο χρήστης θα μπορεί να έχει πρόσβαση στο μενού κρατώντας πατημένο τον περιστροφικό διακόπτη, μόλις εντοπιστεί αυτό, το περιβάλλον χρήστη του μενού θα ανοίξει. Ο χρήστης θα έχει μερικές διαθέσιμες σελίδες,

1. Εκκίνηση Αντλίας Νερού
2. Εναλλαγή κατάστασης LED (ενεργοποίηση / απενεργοποίηση)
3. Αλλαγή λειτουργίας συστήματος (αυτόματο / χειροκίνητο)
4. Έξοδος από το μενού

Εάν ο χρήστης έχει επιλέξει Αυτόματη λειτουργία, το σύστημα θα ελέγξει εάν τα επίπεδα υγρασίας είναι εντός της οριακής τιμής, εάν δεν είναι, θα αντλήσει αυτόματα νερό περιμένετε μια σταθερή καθυστέρηση και θα ελέγξετε ξανά.

Αυτό είναι ένα βασικό σύστημα αυτοματισμού, αλλά θα λειτουργήσει ως αφετηρία για μελλοντικές εξελίξεις.

Βήμα 6: Λογισμικό - Ανάπτυξη

Απαιτούμενες Βιβλιοθήκες

• DallasTemperature
• LiquidCrystal_I2C-master
• OneWire

Σημειώσεις λογισμικού

Αυτός ο κώδικας είναι το πρώτο σχέδιο κώδικα που παρέχει στο σύστημα βασικές λειτουργίες, που περιλαμβάνει

Δείτε το συνημμένο Nasa_Planter_Code_V0p6.ino για την τελευταία έκδοση του κώδικα συστήματος, Ένδειξη θερμοκρασίας και υγρασίας στην οθόνη.

Αυτόματη λειτουργία & χειροκίνητη λειτουργία - Ο χρήστης μπορεί να κάνει το σύστημα αυτόματη αντλία νερού σε υγρασία κατωφλίου

Βαθμονόμηση αισθητήρα Moisuture - AirValue & WaterValue cont int πρέπει να γεμίσετε χειροκίνητα, καθώς κάθε αισθητήρας θα είναι ελαφρώς διαφορετικός.

Διεπαφή χρήστη για τον έλεγχο του συστήματος.

Βήμα 7: Μηχανολογικό - Σχεδιασμός (CAD)

Για να σχεδιάσω αυτό το σύστημα χρησιμοποίησα το Fusion 360, μπορείτε να δείτε/ κατεβάσετε την τελική συναρμολόγηση από τον παρακάτω σύνδεσμο

a360.co/2NLnAQT

Το συγκρότημα ταιριάζει στον διαγωνιστικό χώρο των 50cm^3 και έχει χρησιμοποιήσει σωλήνα PVC για την κατασκευή του πλαισίου του κουτιού, με τρισδιάστατη εκτύπωση βραχίονα για τις γωνιακές συνδέσεις. Αυτό το πλαίσιο διαθέτει περισσότερα τρισδιάστατα εκτυπωμένα μέρη που χρησιμοποιούνται για την τοποθέτηση των τοίχων του περιβλήματος και τον φωτισμό LED.

Στο κέντρο του περιβλήματος έχουμε τη ζαρντινιέρα "Disco Orb" που είναι ένα συγκρότημα 4 μερών, (2 μισά σφαίρα, 1 βάση σφαίρας, 1 σωλήνας). Αυτό έχει συγκεκριμένες διακοπές για να επιτρέψει την εισαγωγή του σωλήνα της αντλίας νερού και του χωρητικού αισθητήρα υγρασίας στο τμήμα του εδάφους.

Στη βάση του σχεδιασμού μπορείτε να δείτε το κουτί ελέγχου, αυτό στεγάζει τα ηλεκτρονικά & δίνει ακαμψία στο πλαίσιο. Σε αυτήν την ενότητα μπορούμε να δούμε την οθόνη και στοιχεία ελέγχου διεπαφής χρήστη.

Βήμα 8: Μηχανικά - τρισδιάστατα τυπωμένα μέρη

Το μηχανικό συγκρότημα απαιτεί διάφορα τρισδιάστατα τυπωμένα μέρη, Γωνιακοί βραχίονες πλαισίου, στηρίγματα πλαϊνών πάνελ, μεντεσές πόρτας, βάσεις LED & βραχίονες κουτιού ελέγχου, Το σύνολο αυτών των εξαρτημάτων θα πρέπει να έχει συνολικό βάρος 750 γραμμάρια και χρόνο εκτύπωσης 44 ώρες.

Τα εξαρτήματα μπορούν είτε να εξαχθούν από το συγκρότημα 3D που συνδέθηκε στην προηγούμενη σελίδα είτε να βρεθούν στο thingiverse εδώ, www.thingiverse.com/thing:4140191

Βήμα 9: Μηχανικό - Συναρμολόγηση

Σημειώστε ότι η συναρμολόγηση μου παρέλειψε τα μέρη του τοίχου του περιβλήματος, κυρίως λόγω περιορισμών χρόνου και κόστους, Αρχικά, πρέπει να κόψουμε τον σωλήνα PVC σε τμήματα 440mm, θα χρειαστούμε 8 τμήματα σωλήνων όπως αυτό. 8 Στήριες LED τυπωμένες & 4 γωνιακές αγκύλες πλαισίου.

Τώρα πρέπει να προετοιμάσουμε τις λωρίδες LED,

1. Κόψτε τις λωρίδες στα σημάδια ψαλιδιού σε μήκος περίπου 15 εκατοστά, πρέπει να κόψουμε 8 τμήματα λωρίδας LED
2. Εκθέστε τα μαξιλάρια + & - αφαιρώντας λίγο λάστιχο
3. Συγκολλήστε τους αρσενικούς συνδετήρες κεφαλίδας (κόψτε τμήματα των 3 και κολλήστε κάθε άκρο σε ένα μαξιλάρι)
4. Αφαιρέστε το αυτοκόλλητο προστατευτικό στο πίσω μέρος κάθε λωρίδας και στερεώστε το στα τρισδιάστατα εξαρτήματα του εκτυπωτή με βάση LED.
5. Τώρα φτιάξτε ένα καλώδιο για να συνδέσετε όλα τα θετικά και αρνητικά της κάθε λωρίδας
6. Τέλος, ενεργοποιήστε το και ελέγξτε ότι λειτουργούν όλα τα LED

Βήμα 10: Έργο - Πρόοδος Μέχρι στιγμής

Μέχρι στιγμής αυτό έχει φτάσει στο σημείο που έχω περάσει από τη συναρμολόγηση αυτού του έργου, Σκοπεύω να συνεχίσω την ενημέρωση αυτού του οδηγού καθώς αναπτύσσεται το έργο,

Τι μένει να κάνουμε

• Πλήρης συναρμολόγηση κουτιού ελέγχου
• House Electronics
• Δοκιμάστε το σύστημα άντλησης νερού
• Ελέγξτε την πρόοδο

Βήμα 11: Διδάγματα

Παρόλο που μέχρι τώρα το έργο δεν έχει ολοκληρωθεί, έχω μάθει ακόμα μερικά σημαντικά πράγματα από την έρευνα αυτού του έργου.

Δυναμική ρευστών στη μικροβαρύτητα

Αυτό είναι ένα εκπληκτικά περίπλοκο θέμα, το οποίο εισάγει πολλά αόρατα ζητήματα για την τυπική δυναμική των ρευστών που βασίζονται στη βαρύτητα. Όλα τα φυσικά μας ένστικτα για το πώς θα δράσουν τα υγρά βγαίνουν από το παράθυρο στη μικροβαρύτητα και η NASA αναγκάστηκε να ανακαλύψει ξανά τον τροχό για να λειτουργήσουν σχετικά απλά γήινα συστήματα.

Αίσθηση υγρασίας

Μάθετε για τις διάφορες μεθόδους που χρησιμοποιούνται συνήθως για την ανίχνευση υγρασίας (Ογκομετρικοί αισθητήρες, Τενσιόμετρα & Στερεά κατάσταση, δείτε αυτόν τον σύνδεσμο για καλή ανάγνωση στο θέμα

Μικρές σημειώσεις

Ο σωλήνας PVC είναι εξαιρετικός για γρήγορη κατασκευή πλαισίων, Χρειάζομαι καλύτερα ξύλινα εργαλεία!

Προγραμματίστε εκ των προτέρων έργα για χόμπι, τμηματοποιήστε εργασίες και ορίστε προθεσμίες όπως στην εργασία!

Βήμα 12: Μελλοντική εργασία

Αφού διαβάσω πώς διαχειριζόμαστε τη δυναμική των ρευστών στη μικροβαρύτητα, ενδιαφέρομαι πολύ να σχεδιάσω τη δική μου λύση για το πρόβλημα, Θα ήθελα να προχωρήσω αυτόν τον πρόχειρο σχεδιασμό, η ιδέα για αυτό το σύστημα είναι να χρησιμοποιήσετε μια δεξαμενή φυσητήρα με βηματικούς κινητήρες που μπορούν να συμπιέσουν την περιοχή του δοχείου για να διατηρήσουν μια ορισμένη πίεση σωλήνων.

Βήμα 13: Συμπέρασμα

Ευχαριστώ για την ανάγνωση Ελπίζω να σας άρεσε, εάν έχετε οποιεσδήποτε ερωτήσεις ή θα θέλατε βοήθεια για οτιδήποτε καλύπτεται σε αυτό το έργο, μη διστάσετε να σχολιάσετε!

Γρύλος.