Dyrkning af mere salat på mindre plads eller Dyrkning af salat i rummet, (mere eller mindre) .: 10 trin

2024 Forfatter: John Day | [email protected]. Sidst ændret: 2024-01-30 08:27

Dette er en professionel indsendelse til Growing Beyond Earth, Maker Contest, indsendt via Instructables.

Jeg kunne ikke være mere begejstret for at designe til produktion af rumafgrøder og sende min første Instructable.

Konkurrencen bad os om at starte

“… indsende en instruks, der beskriver designet og opbygningen af dit plantevækstkammer, som (1) passer inden for et volumen på 50 cm x 50 cm x 50 cm, (2) indeholder alle de funktioner, der er nødvendige for at opretholde plantevækst, dvs. kunstigt lys, et kunstvandingssystem, og midler til cirkulerende luft, og (3) gør effektiv og opfindsom brug af det indre volumen for at passe og med succes vokse så mange planter som muligt.”

Efter at have læst konkurrencekravene og ofte stillede spørgsmål, gjorde jeg følgende antagelser i designprocessen.

En gang ugentlig planlagt interaktion med "projektet" af en astronaut ville være acceptabel og ikke ugyldiggøre det automatiske kontrolaspekt i konkurrencekriterierne.

PSU'en til "projektet" kan placeres uden for 50cm3, da ISS ville levere strøm til enheden, hvis enheden var i rummet. Køling til LED'erne inde i "projektet" kan stamme uden for 50cm3, da ISS kan levere køling til enheden, hvis enheden var i rummet.

"Bruger" kan have ubegrænset adgang til toppen og 4 sider af 50 cm3 volumen til den planlagte ugentlige vedligeholdelse, men ikke udelukke uplanlagte problemer, hvis der skulle opstå et uplanlagt problem med "projektet".

Dernæst samlede jeg parametrene for konkurrencen

Projektdata

Vand: 100 ml/plante/dag (foreslået)

Belysning: 300-400 µmol/M2/s inden for PAR 400-700nm (foreslået)

Lyscyklus: 12/12

Lystype: LED (foreslået)

Luftcirkulation: til 2,35cf/0,0665m3 (mit designs vækstområde)

Temperatur på ISS: 65 til 80˚F / 18,3 til 26,7 ° C (til reference)

Plantetype: 'Outredgeous' Rød Romaine -salat

Moden plantestørrelse: 15 cm høj og 15 cm i diameter

Grow system: (Designer valg)

Forbrugsvarer

Vi får brug for forsyninger

(Disse dele bruges til bevis på koncept, de er sandsynligvis IKKE godkendt til rumrejser)

1 - 0,187”48” x96”Hvid ABS

3 - Micro controllere

1 - 1602 LCD -display

1 - Datalogger -skjold til Nano

3 - Fotomodstande

4 - AM2302 sensorer

1 - DS18B20 temperatursensor

1 - EF -sensor, 1 - 15mA 5V optisk væskeniveau

1 - DS3231 til Pi (RTC)

… og flere forsyninger

1 - Peristaltisk doseringspumpe

1 - 12V vandpumpe

1 - Piezo -summer

3 - 220 Ohm modstandere

1 - DPST switch

1-265-275nm UVC-sterilisator

24 - 1½”sanitetshætter

1 - Flydende/luftmagnetisk omrøringstrin

1 - Drypkontrolhoved, 8 linjer

1 - Drypvandingsrør

1 - Udskiftning af vandbeholder

1 - ½ ID PVC -rør

70 - Skruer til fastgørelse af lysdioder

18 AWG & 22 AWG Wire

1 - Krympeslange

1 - Aluminium til LED kølelegeme

5 - 6 mm høje taktile kontakter

4 - 1 Ohm, 1 Watt modstande

1 - Pkg frø "Outredgeous" salat

…og mere

1 - 400W Boost board

32-3W hvide lysdioder, (6000-6500k)

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

8-40 mm computerblæsere

11 - 5V Opto isolerede relæer

10 - 1N4007 flyback diode

24 - Rockwool -stik

1 - Hydroponiske næringsstoffer

1 - Næringsstofbeholder

1 - Mylarplader

… og værktøjer

Opløsningsmiddel til limning

Sav

Hulsave

Loddekolbe

Lodde

Bore

Bor

Skruetrækkere

Computer

USB -kabel

Arduino IDE software

Trin 1: Sammenligning af det nuværende “VEGGIE” -system

“VEGGIE” -systemet på ISS kan dyrke 6 salathoveder på 28 dage (4 uger). Hvis “VEGGIE” kørte i 6 måneder ((den gennemsnitlige tid, en astronaut er ombord på ISS), ville det vokse 36 salathoveder med yderligere 6 hoveder, der var to uger gamle. For en besætning på 3 er det friske grøntsager to gange om måneden.

GARTH -projektet vokser 6 salathoveder på 28 dage (4 uger). MEN.. hvis det kørte i 6 måneder, ville det vokse 138 hoveder af salat, med yderligere 18 hoveder i forskellige vækststadier. For en besætning på 3 er det friske grøntsager 7½ gange om måneden eller næsten to gange om ugen.

Hvis det fanger din opmærksomhed … lad os se nærmere på designet

Trin 2: GARTH -projektet

Growth Automation Resource Technology for Gartneri

(Fotos af GARTH-projektet er i fuld skala, fremstillet af Dollar Store skumkerne)

GARTH -projektet maksimerer produktiviteten ved brug af 4 separate optimerede vækstområder. Det inkluderer også automatiske kontrolsystemer til belysning, luftkvalitet, vandkvalitet og vandudskiftning.

32, hvide 6000K LED -lys giver de foreslåede PAR -krav. Et luftcirkulationssystem med to ventilatorer og et ventilationssystem med fire ventilatorer blev indarbejdet for at opretholde det indre miljø, og et automatiseret, selvoptimerende hydratiseret Nutrient Thin Film (NTF) system blev valgt til at fodre og overvåge planterne. Fordampningsudskiftningsvand holdes i et separat reservoir i det øvre lagerområde nær et konstant omrørt flydende næringsstofreservoir, der er nødvendigt for at opretholde næringsniveauet i det hydroponiske system uden hjælp fra en astronaut. Al strøm kommer ind, fungerer og distribueres fra det øverste lagerområde.

Trin 3: Designfunktioner

De fire vækstområder

1. fase (spiring), for 0-1 uger gamle frø, ca. 750 cm3 vækstplads

2. etape, for 1-2 uger gamle planter, ca. 3, 600 cc vækstplads

3. fase, for 2-3 uger gamle planter, ca. 11.000 cc vækstplads

4. etape, for 3-4 uger gamle planter, ca. 45.000 cc vækstplads

(1. og 2. fase områder kombineres på en aftagelig bakke for at lette plantning, service og rengøring)

Trin 4: Belysningssystem

Belysningen var hård uden adgang til en PAR -måler, heldigvis havde konkurrencen hr. Dewitt i Fairchild Tropical Botanic Garden til at stille spørgsmål med. Han henviste mig til diagrammer, der var meget nyttige, og disse diagrammer førte mig også til led.linear1. Med diagrammerne og webstedet kunne jeg beregne mit lys- og kredsløbbehov.

Mit design bruger 26,4V kildespænding til at køre 4 arrays med 8, 3 watt LED'er i serie med 1 ohm, 1 watt modstande. Jeg vil bruge en 24V forsyning og en Boost -konverter til at hæve den konstante strøm til 26,4V. (Ombord på ISS ville mit design bruge 27V, som er tilgængelig, og en Buck -omformer til at sænke spændingen og levere den konstante strøm på 26,4V)

Dette er listen over dele til belysningssystemet.

32, Hvid 6000-6500k, 600mA, DC 3V – 3.4V, 3W LED'er

4, 1 ohm - 1W modstande

1, 12A 400W Boost -konverter

1, 40 mm blæser

1, termistor

1, DS3231 til Pi (RTC) eller datalogger

18 AWG ledning

… og sådan har jeg tænkt mig at bruge de toogtredive, 3W lysdioder.

En LED i trin 1, fire i fase 2 og ni i fase 3. De sidste atten lysdioder vil tænde trin 4 og bringe os til hele 96 watt lys med cirka 2,4 ampere.

Trin 5: Luftcirkulations- og udluftningssystem

(Husk venligst, at VVS og elektriske ledninger ikke er komplette. Dette er fotos af en mock-up af det foreslåede system)

Cirkulation opnås med to 40 mm blæsere. En skubblæser, der blæser ind i 4. etape fra kanalen øverst til venstre bagpå. Luften flyder hen over den 4. etape og ind i den forreste del af den 3. etape, derefter gennem den tredje etape og ud bagfra (op og omkring den 1. etape, via en kort kanal) ind på bagsiden af den 2. etape. En trækventilator i kanalen over det 2. trin, vil trække luften gennem det 2. trin og ud i det øverste højre øverste hjørne. Afslutter rejsen gennem luftcirkulationssystemet.

Udluftning i 4. trin vil være direkte ud af den øverste bagvæg. Den tredje fase vil også lufte gennem dens øvre bagvæg. Det andet trin ventileres lige gennem toppen, og spiringstrinnet (trin 1) vil udlufte bagvæggen, svarende til trin 3 og 4.

Trin 6: NFT Hydroponic System

(EC -sonden, temperatursonden, væskeniveausensoren, slanger til udskiftning af fordampning fra ferskvandsreservoir og slanger, der forbinder sump -pumpen med kanalerne, alle vil være placeret her i sumpen, men blev ikke vist på dette foto)

Systemet indeholder en 9.000+ml/cc sump, en 7.000+ml // cc ferskvandsreservoir til udskiftning af fordampning, en 12V 800L/time vandpumpe, en UV-C sterilisator for at dræbe alger i vandet, der kommer ind i vandet 8 port justerbar flowmanifold, et beluftningstårn med modstående flowventilator til luftning af det nedstrømmende vand fra fase 2 og omrøring af udstødningsvand, en væskestandssensor, en EC -sensor, en vandtemperaturføler, en peristaltisk pumpedosering fra næringsreservoiret, et omrøringstrin, der holder næringsstofferne i opløsning i reservoiret og fem væksttrug eller kanaler. De fem vækstkanaler, omrøringstrinnet, beluftningstårnet modtager vand fra den 8 -ports justerbare flowmanifold. Når det hydroponiske system skal serviceres, lukker en dobbeltpolet enkeltkast (DPST) afbryderkontakt på frontpanelet strømmen ud til vandpumpen, UV-C sterilisator og peristaltisk pumpe næringsdosering. Dette gør det muligt for "brugeren" at arbejde sikkert på det hydroponiske system uden at bringe sig selv eller afgrøden i fare.

Trin 7: Automatisk næringsleveringssystem

Jeg bruger “Self Optimizing Automated Arduino Nutrient Doser” udviklet af Michael Ratcliffe til dette projekt. Jeg har tilpasset hans skitse til mit system og hardware, og jeg bruger Michaels “Three Dollar EC - PPM Meter” som min EC -sensor.

Information eller instruktion til begge disse projekter kan findes på: element14, hackaday eller michaelratcliffe

Trin 8: Elektronikken i automatiseringssystemerne

Belysningssystemet vil bruge en Arduino mikrokontroller, en DS3231 til Pi (RTC), et 4 relæmodul, fire 1 ohm-1 watt modstande, toogtredive 3W hvide LED'er, en 400W Boost-konverter, tre fotomodstande, en 40 mm computer ventilator og en termistor. Mikrocontrolleren vil bruge RTC til at timere lysene i en 12 timers tændt, 12 timers slukket cyklus. Det vil overvåge lysniveauerne i 2., 3. og 4. etape med fotomodstande og advarsel med en LED/piezo -alarm, hvis det registrerer et lavt lysniveau i et hvilket som helst trin under et lys på cyklus. Temperaturen på LED -driverkortet overvåges af en termistor, der er forbundet i linje med 40 mm blæseren, og starter automatisk afkøling, når der opdages tilstrækkelig varme.

Nutrient Delivery -systemet blev udviklet af Michael Ratcliffe. Systemet bruger en Arduino Mega, en af Michaels EC -sondeideer, et 1602 LCD -tastatur displayskærm, en DS18B20 vandtemperaturføler, en 12V peristaltisk doseringspumpe og et 5V opto isoleret relæ. Jeg tilføjede en optisk væskeniveausensor. Systemet vil overvåge EC- og vandtemperaturen og aktivere den peristaltiske pumpe for at dosere næringsstoffer efter behov. Mikrocontrolleren overvåger vandstanden i sumpen og advarer med en LED/piezo -alarm, hvis sumpens vandtemperatur er uden for det brugerindstillede område, hvis EC -sensordata er længere end det brugerindstillede område i længere tid end brugerens sæt tidsperiode, eller hvis vandstanden i sumpen falder under det brugerindstillede niveau.

Luftcirkulationssystemet består af en Arduino mikrokontroller, fire AM2302 sensorer, seks 40 mm computerblæsere (to luftcirkulationsventilatorer til 2., 3. og 4. trin og 4 ventilatorer), en UV-C-sterilisator og seks 5V opto isolerede relæer (for fansen). Controlleren overvåger lufttemperaturen og fugtigheden i alle 4 trin og starter automatisk de to ventilatorcirkulationssystem eller de enkelte trinventilatorer efter behov for at holde temperaturen og fugtigheden inden for de brugerindstillede områder. Controlleren vil også indstille og styre UV-C-sterilisatorens timing og opretholde en LED/piezo-alarm, hvis temperaturen eller fugtigheden går ud over de brugerindstillede niveauer i et af de 4 trin.

Trin 9: Bygningen

50 cm3 -kassen, kanalerne, erstatningsreservoiret til fordampning af ferskvand, beluftningstårnet, den centrale luftcirkulationskanal, 1. og 2. etapeskuffe, tagbøjlerne (ikke vist) og de fleste andre understøttende strukturer, vil blive bygget fra 0.187” Sort ABS. De forreste gardiner til scenerne er vist i Mylar -film på mock up, men vil højst sandsynligt være fremstillet af reflekterende belagt akryl eller polycarbonat på den egentlige prototype. Belysningen (ikke vist, men bestående af 4 arrays med 8, 3W LED'er i serie) monteres på cirka 0,125”aluminiumsplader med 0,125” kobberrør loddet på oversiden til væskekøling, (den køling ville komme ind og ud af bagsiden af enheden for at adskille ikke-konkurrencerelateret køler). VVS af NTF-vand til trin 1 & 2 (vises ikke på nogen af billederne, men) ville blive vedhæftet via en hurtig forbindelse foran på 2. etape.

Boostomformeren (vist på billedet af det øverste lagerområde) kan flyttes under spiringsbakken (trin 1) for at give yderligere varme til spiring. AM2302, temperatur- og fugtighedsfølere (ikke vist), vil være placeret højt i hvert trin (ud af den regelmæssigt planlagte luftcirkulationsbane)

Designet ser måske ikke ud til at tænke på plads overhovedet,

men det er ikke tilfældet. Mit NTF -system, der er beskrevet her, er ikke optimeret eller modificeret til plads, men NTF hydroponiske systemer er seriøse udfordrere til rumafgrødernes unikke behov i mikrogravity, og jeg har ideer til dets pladsoptimering.

Konkurrencen bad os om at designe et system, der voksede flere planter i et defineret rum og automatisere designet så meget som muligt.

De designs, der er valgt til fase 2, skal først dyrke planter på jorden. Jeg tror, at mit design opfylder alle konkurrencens krav og gør det, samtidig med at jeg respekterer den sande plads, der er nødvendig for plantevækst, luftcirkulation, automatiseret miljøkontrol og forbrugsstoffer til en uge værd. Alt inden for det 50 cm3 store rum, vi fik.

Trin 10: At pakke det op

Automatiseringen af The GARTH Project reducerer den nødvendige opmærksomhed til en gang om ugen.

Et syvdoblet fald i vedligeholdelse sammenlignet med "VEGGIE" -systemet.

Seks anlæg startede ugentligt i The GARTH Project.

En firdobling i produktionen sammenlignet med seks fabrik, der startede månedligt i "VEGGIE" -systemet.

Jeg anser disse ændringer for effektive, opfindelige og effektive.

Det håber jeg også du vil.

Runner Up i konkurrencen Growing Beyond Earth Maker