Microgravity Plant Grower "Disco Ball": 13 trin

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

Hej læsere, dette projekt er en professionel indsendelse til konkurrencen Growing Beyond Earth Maker.

Dette projekt er et bevis på konceptet for et potentielt plantedesign, der kan bruges til at vokse plan i mikrogravity.

Baseret på konkurrencereglerne anførte jeg systemets krav,

1. Systemet skal passe i et område på 50 cm^3.
2. Systemet skal drage fordel af mikrogravitation.
3. Systemet kan orienteres i enhver position
4. Systemet kan være strømkilde eksternt fra ISS interne strømskinner.
5. Systemet skal automatisere meget af vækstprocessen med minimal interaktion fra astronauter.

med ovenstående antagelser begyndte jeg at designe systemet.

Trin 1: Projektforslag

Til at begynde med tegnede jeg en grov oversigt over, hvordan jeg troede, systemet kunne se ud, Den første idé, jeg havde, var en kugle hængende i midten af vækstmiljøet med belysning monteret på den omgivende ramme.

Basen i denne boks ville rumme vandet og elektronikken.

På dette stadium begyndte jeg at liste sorteringen af de potentielle komponenter i et sådant system,

1. Ramme - Skal vælge et passende rammemateriale
2. Belysning - Hvilken type belysning ville være bedst? LED strips?
3. Sensorer - For at systemet skulle blive automatiseret, skulle det være i stand til at registrere fugtige ting som fugt og temperatur.
4. Kontrol - Brugeren skal bruge en måde at interagere med MCU'en

Målet med dette projekt er at producere et proof of concept, baseret på de erfaringer, jeg vil lave en liste over fremtidigt arbejde og udvikling, der kræves for at tage denne idé videre.

Trin 2: Proof of Concept - BOM

Styklisten (stykliste) til dette projekt vil koste cirka £ 130 for at bestille alt, hvad der kræves, heraf vil cirka £ 100 blive brugt til at lave en enkelt planteavler.

Det er sandsynligt, at du ville have en god del af elektronikkomponenterne, der drastisk reducerede koden.

Trin 3: Elektronik - Design

Jeg har brugt Fritzing til at planlægge den elektronik, der kræves til dette projekt, Forbindelserne skal gå som følger,

LCD 16x2 I2C

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

Rotary Encoder (D3 & D2 blev valgt, da det er Arduino Uno Interupt pins)

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

DS18B20 Temp Sensor

1. GND> GND
2. DQ> D4 (Arduino, med en 5V pull up på 4k7)
3. VDD> 5V

Jordfugtighedssensor

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

Modul med dobbelt relæ

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

for de andre links se venligst diagrammet ovenfor.

Trin 4: Elektronik - Montering

Jeg samlede elektronikken som beskrevet i diagrammet på den forrige side, Jeg brugte protoboardet til at lave et skjold til Arduino Uno, For at gøre dette brød jeg brættet til nogenlunde på størrelse med Uno og tilføjede derefter mandlige headerstifter, der var på linje med de kvindelige overskrifter på Uno.

Hvis forbindelserne matcher det forrige diagram, skulle systemet fungere korrekt, kan det være en god idé at placere forbindelserne på en lignende måde som mig for nemheds skyld.

Trin 5: Software - Planlæg

Den generelle idé til softwarefunktionaliteten er, at systemet løbende løber rundt og læser sensorværdierne. I hver cyklus vises værdierne på LCD'et.

Brugeren vil have adgang til menuen ved at holde drejeknappen nede, når dette er registreret, åbnes menuens brugergrænseflade. Brugeren har et par tilgængelige sider,

1. Start vandpumpe
2. Skift LED -tilstand (tænd / sluk)
3. Skift systemtilstand (automatisk / manuel)
4. Afslut menu

Hvis brugeren har valgt automatisk tilstand, kontrollerer systemet, om fugtighedsniveauerne ligger inden for tærskelværdien, hvis det ikke er det, vil det automatisk pumpe vand, vente en fast forsinkelse og kontrollere igen.

Dette er et grundlæggende automatiseringssystem, men vil fungere som udgangspunkt for fremtidig udvikling.

Trin 6: Software - Udvikling

Påkrævede biblioteker

• Dallas Temperatur
• LiquidCrystal_I2C-master
• OneWire

Software noter

Denne kode er det første kladdeudkast, der giver systemet grundlæggende funktionalitet, det inkluderer

Se den vedhæftede Nasa_Planter_Code_V0p6.ino for den nyeste version af systemkoden, Temperatur- og fugtaflæsning på displayet.

Automatisk tilstand og manuel tilstand - Brugeren kan få systemet til automatisk at pumpe vand ved en tærskelfugtighed

Moisuture Sensor Kalibrering - AirValue & WaterValue cont int skal udfyldes manuelt, da hver sensor vil være lidt anderledes.

Brugergrænseflade til styring af system.

Trin 7: Mekanisk - Design (CAD)

Til at designe dette system brugte jeg Fusion 360, den sidste samling kan ses/ downloades fra nedenstående link

a360.co/2NLnAQT

Samlingen passer ind i konkurrenceområdet på 50 cm^3 og har brugt PVC -rør til at konstruere kassen med 3D -printet beslag til hjørnesamlinger. Denne ramme har flere 3D -trykte dele, der bruges til at montere kabinets vægge og LED -belysning.

I midten af kabinettet har vi plantemaskinen "Disco Orb", som er en 4-delt samling, (2 halvdelen af kugle, 1 bund af kugle, 1 rør). Dette har specifikke udskæringer, så vandpumpens rør og kapacitiv fugtføler kan indsættes i jordafsnittet.

I bunden af designet kan du se kontrolboksen, dette huser elektronikken og giver rammen stivhed. I dette afsnit kan vi se brugergrænsefladevisning og kontrolelementer.

Trin 8: Mekanisk - 3D -trykte dele

Den mekaniske samling kræver forskellige 3D -trykte dele, Hjørnerammebeslag, Sidepanelbeslag, Dørhængsel, LED -beslag og kontrolboksbeslag, Disse dele skal omtrent udgøre 750 g vægt og 44 timers udskrivningstid.

Delene kan enten eksporteres fra 3D -samlingen, der er linket til den foregående side, eller kan findes på thingiverse her, www.thingiverse.com/thing:4140191

Trin 9: Mekanisk - Montering

Bemærk, at min samling jeg sprang kabinettets vægdele over, mest på grund af tids- og omkostningsbegrænsninger, Først skal vi skære PVC -røret ned til 440 mm sektioner, vi skal bruge 8 sektioner af rør som dette. 8 LED Mounts trykt & 4 Frame Corner Beslag.

Nu skal vi forberede LED -strimlerne,

1. Skær strimlerne ned ved saksemærkerne i cirka 15 cm længder, vi skal skære 8 sektioner af LED -strimmel
2. Afslør + & - puderne ved at fjerne en smule gummi
3. Lodde de mandlige header -stik (Skær sektioner på 3 og lod hver ende til en pude)
4. Fjern den klæbende beskytter på bagsiden af hver strimmel, og fastgør den til LED -monterede 3D -printerdele.
5. Lav nu et kabel til at forbinde alt det positive og negative ved hver strimmel
6. Endelig tænd den, og kontroller, at alle lysdioder fungerer

Trin 10: Projekt - Fremskridt indtil videre

Indtil videre er dette så langt, som jeg har nået gennem samlingen af dette projekt, Jeg planlægger at fortsætte med at opdatere denne vejledning, efterhånden som projektet udvikler sig,

Hvad er tilbage at gøre

• Komplet kontrolboks
• Huselektronik
• Test vandpumpesystem
• Gennemgå fremskridt

Trin 11: Lærte lektioner

Selvom projektet fra nu af ikke er afsluttet, har jeg stadig lært et par vigtige ting ved at undersøge dette projekt.

Væskedynamik i Microgravity

Dette er et utroligt komplekst emne, som introducerer masser af usynlige problemer for standard tyngdekraftsbaseret væskedynamik. Alle vores naturlige instinkter for, hvordan væsker vil virke, går ud af vinduet i mikrogravity, og NASA har været nødt til at genopfinde hjulet for at få relativt enkle jordbaserede systemer til at fungere.

Fugtfølelse

Lær om de forskellige metoder, der normalt bruges til fugtdetektering (volumetriske sensorer, tensiometre og solid state, se dette link for at læse godt om emnet

Mindre noter

PVC -rør er fremragende til hurtigt at bygge rammer, Jeg har brug for bedre træværktøjer!

Planlæg fremadrettet på hobbyprojekter, segmentér opgaver og sæt deadlines ligesom på arbejdet!

Trin 12: Fremtidigt arbejde

Efter at have læst op om, hvordan vi håndterer væskedynamik i mikrogravitation, er jeg meget interesseret i at designe min egen løsning på problemet, Jeg vil gerne tage dette grove design videre, ideen til dette system er at bruge en bælgetank med steppermotorer, der kan komprimere beholderområdet for at opretholde et bestemt rørtryk.

Trin 13: Konklusion

Tak fordi du læste, jeg håber du nød det, hvis du har spørgsmål eller ønsker hjælp til noget, der er omfattet af dette projekt, er du velkommen til at kommentere!

Jack.