Mikrogravitacinių augalų augintojas „Disko kamuolys“: 13 žingsnių

2024 Autorius: John Day | [email protected]. Paskutinį kartą keistas: 2024-01-30 10:45

Sveiki skaitytojai, šis projektas yra profesionalus konkursas „Growing Beyond Earth Maker“.

Šis projektas yra potencialaus sodintojo dizaino, kuris galėtų būti naudojamas planui auginti mikrogravitacijoje, koncepcijos įrodymas.

Remdamasis konkurso taisyklėmis, išvardijau sistemos reikalavimus,

1. Sistema turi tilpti 50 cm^3 plote.
2. Sistema turi pasinaudoti mikrogravitacija.
3. Sistema gali būti orientuota bet kurioje padėtyje
4. Sistema gali būti maitinama išoriškai iš ISS vidinių maitinimo bėgių.
5. Sistema turi automatizuoti didžiąją augimo proceso dalį su minimalia astronautų sąveika.

vadovaudamasis pirmiau pateiktomis prielaidomis, pradėjau kurti sistemą.

1 žingsnis: projekto pasiūlymas

Norėdami pradėti, nubraižiau apytikslę schemą, kuri, mano manymu, galėtų atrodyti, Iš pradžių turėjau idėją, kad augančios aplinkos centre buvo pakabinta rutulė su apšvietimu, sumontuotu ant aplinkinio rėmo.

Šios dėžutės pagrinde būtų vanduo ir elektronika.

Šiame etape pradėjau išvardyti galimus tokios sistemos komponentus,

1. Rėmas - reikia pasirinkti tinkamą rėmo medžiagą
2. Apšvietimas - koks apšvietimas būtų geriausias? LED juostelės?
3. Jutikliai - kad sistema būtų automatizuota, ji turėtų sugebėti jausti drėgmės dalykus, tokius kaip drėgmė ir temperatūra.
4. Kontrolė - vartotojui reikia sąveikos su MCU būdo

Šio projekto tikslas yra pateikti koncepcijos įrodymą, remiantis gautomis pamokomis sudarysiu būsimų darbų ir plėtros, reikalingos šiai idėjai įgyvendinti, sąrašą.

2 žingsnis: koncepcijos įrodymas - BOM

Šio projekto BOM (medžiagų sąrašas) kainuos maždaug 130 svarų sterlingų, kad būtų užsakyta viskas, ko reikia, iš kurių maždaug 100 svarų bus panaudota vienam augalų augintojui.

Tikėtina, kad turėsite nemažą elektronikos komponentų dalį, kuri žymiai sumažins kodą.

3 žingsnis: Elektronika - projektavimas

Aš naudoju „Fritzing“planuodamas šiam projektui reikalingą elektroniką, Ryšiai turėtų vykti taip,

LCD 16x2 I2C

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

Rotacinis kodavimo įrenginys (buvo pasirinkti D3 ir D2, nes jie yra „Arduino Uno Interupt“kaiščiai)

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

DS18B20 temperatūros jutiklis

1. GND> GND
2. DQ> D4 („Arduino“, 5 V pakeliant 4 k7)
3. VDD> 5V

Dirvožemio drėgmės jutiklis

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

Dvigubo relės modulis

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

kitų nuorodų ieškokite aukščiau esančioje diagramoje.

4 žingsnis: Elektronika - surinkimas

Aš surinkau elektroniką, kaip aprašyta ankstesnio puslapio diagramoje, Aš naudoju protoboardą, kad padaryčiau „Arduino Uno“skydą, Norėdami tai padaryti, aš sulaužiau plokštę iki maždaug „Uno“dydžio, tada pridėjau vyriškus antraštės kaiščius, kurie suderinti su „Uno“antraštėmis.

Jei jungtys atitinka ankstesnę schemą, sistema turėtų veikti tinkamai, gali būti gera idėja išdėstyti jungtis panašiai kaip aš, kad būtų paprasčiau.

5 žingsnis: programinė įranga - planuokite

Bendra programinės įrangos funkcionalumo idėja yra ta, kad sistema nuolatos nuskaito jutiklių vertes. Kiekvieno ciklo metu vertės bus rodomos LCD ekrane.

Vartotojas galės patekti į meniu laikydamas nuspaustą sukamąjį jungiklį, kai tai bus nustatyta, atsidarys meniu vartotojo sąsaja. Vartotojas turės kelis puslapius,

1. Paleiskite vandens siurblį
2. Perjungti LED būseną (įjungta / išjungta)
3. Keisti sistemos režimą (automatinis / rankinis)
4. Išeiti iš meniu

Jei vartotojas pasirinko automatinį režimą, sistema patikrins, ar drėgmės lygis neviršija ribinės vertės, o jei ne-automatiškai siurbia vandenį, palaukia nustatytą atidėjimą ir pakartotinai patikrina.

Tai yra pagrindinė automatizavimo sistema, tačiau ji bus atspirties taškas būsimiems pokyčiams.

6 žingsnis: programinės įrangos kūrimas

Reikalingos bibliotekos

• Dalaso temperatūra
• „LiquidCrystal_I2C-master“
• „OneWire“

Programinės įrangos pastabos

Šis kodas yra pirmasis kodo juodraštis, suteikiantis sistemai pagrindines funkcijas, įskaitant

Naujausią sistemos kodą rasite pridedamame „Nasa_Planter_Code_V0p6.ino“, Temperatūros ir drėgmės rodmenys rodomi ekrane.

Automatinis režimas ir rankinis režimas - vartotojas gali priversti sistemą automatiškai siurbti vandenį esant ribinei drėgmei

Drėgmės jutiklio kalibravimą - „AirValue“ir „WaterValue cont int“reikia užpildyti rankiniu būdu, nes kiekvienas jutiklis bus šiek tiek kitoks.

Valdymo sistemos vartotojo sąsaja.

7 žingsnis: mechaninis projektavimas (CAD)

Norėdami sukurti šią sistemą, naudoju „Fusion 360“, galutinį surinkimą galima peržiūrėti/ atsisiųsti iš toliau pateiktos nuorodos

a360.co/2NLnAQT

Surinkimas telpa į 50 cm^3 varžybų plotą ir dėžutės rėmui sukonstruoti panaudojo PVC vamzdį su 3D atspausdintu laikikliu kampiniams sujungimams. Šis rėmas turi daugiau 3D spausdintų dalių, naudojamų korpuso sienoms montuoti ir LED apšvietimui.

Korpuso centre yra sėjamasis „Disco Orb“, kuris yra 4 dalių mazgas (2 pusės rutulio, 1 rutulio pagrindas, 1 vamzdelis). Jame yra specialūs išjungimai, leidžiantys vandens siurblio vamzdį ir talpinį drėgmės jutiklį įterpti į dirvožemio dalį.

Dizaino pagrinde galite pamatyti valdymo dėžutę, kurioje yra elektronika ir suteikiamas rėmo standumas. Šiame skyriuje matome vartotojo sąsajos ekraną ir valdiklius.

8 žingsnis: mechaninės - 3D spausdintos dalys

Mechaniniam surinkimui reikia įvairių 3D spausdintų dalių, Kampiniai rėmo laikikliai, šoninio skydo laikikliai, durų vyriai, LED laikikliai ir valdymo dėžės laikikliai, Šios dalys turėtų sudaryti maždaug 750 g svorio ir 44 valandas spausdinti.

Dalys gali būti eksportuojamos iš 3D rinkinio, susieto ankstesniame puslapyje, arba jas galima rasti „thingiverse“čia, www.thingiverse.com/thing:4140191

9 žingsnis: mechaninis - surinkimas

Atkreipkite dėmesį, kad surinkdamas aš praleidau korpuso sienos dalis, daugiausia dėl laiko ir išlaidų apribojimų, Pirmiausia turime sumažinti PVC vamzdį iki 440 mm sekcijų, mums reikės 8 tokių vamzdžių sekcijų. Atspausdinti 8 LED laikikliai ir 4 rėmo kampiniai laikikliai.

Dabar turime paruošti LED juosteles,

1. Nupjaukite juostas ties žirklėmis maždaug 15 cm ilgio, turime iškirpti 8 LED juostos dalis
2. Atskleiskite + ir - pagalvėles, pašalindami šiek tiek gumos
3. Lituokite antgalių jungtis (supjaustykite 3 dalis ir lituokite kiekvieną galą prie trinkelės)
4. Nuimkite lipnią apsaugą kiekvienos juostelės gale ir pritvirtinkite prie LED laikiklio 3D spausdintuvo dalių.
5. Dabar padarykite kabelį, kad susietumėte visus kiekvienos juostos teigiamus ir neigiamus aspektus
6. Galiausiai įjunkite ir patikrinkite, ar veikia visi šviesos diodai

10 žingsnis: projektas - pažanga iki šiol

Kol kas man pavyko surinkti šį projektą, Planuoju toliau atnaujinti šį vadovą, kai projektas vystysis,

Ką belieka nuveikti

• Pilnas valdymo dėžutės surinkimas
• Namų elektronika
• Išbandykite vandens siurbimo sistemą
• Peržiūrėkite pažangą

11 žingsnis: išmoktos pamokos

Nors iki šiol projektas nebuvo baigtas, vis tiek sužinojau keletą svarbių dalykų tyrinėdamas šį projektą.

Skysčio dinamika mikrogravitacijoje

Tai nuostabiai sudėtinga tema, kurioje pateikiama daug nematytų problemų, susijusių su standartine gravitacine skysčio dinamika. Visi mūsų natūralūs instinktai, kaip skysčiai veiks, išeina pro langą mikrogravitacijos sąlygomis, ir NASA turėjo iš naujo išrasti ratą, kad veiktų palyginti paprastos žemės sistemos.

Drėgmės jutimas

Sužinokite apie įvairius metodus, kurie dažniausiai naudojami drėgmei aptikti (tūriniai jutikliai, įtempio matuokliai ir kietojo kūno, žr. Šią nuorodą, kad gerai perskaitytumėte temą

Mažos pastabos

PVC vamzdis puikiai tinka greitai pastatyti rėmus, Man reikia geresnių medžio apdirbimo įrankių!

Iš anksto planuokite pomėgių projektus, segmentuokite užduotis ir nustatykite terminus, kaip ir darbe!

12 žingsnis: būsimas darbas

Perskaitęs, kaip valdome skysčių dinamiką mikrogravitacijoje, man labai įdomu sukurti savo problemos sprendimą, Norėčiau toliau plėtoti šią grubią konstrukciją, šios sistemos idėja yra naudoti silfono baką su žingsniniais varikliais, kurie gali suspausti konteinerio sritį, kad būtų išlaikytas tam tikras vamzdžio slėgis.

13 žingsnis: Išvada

Dėkojame, kad perskaitėte Tikiuosi, kad jums patiko, jei turite klausimų ar norėtumėte pagalbos dėl bet kurio šio projekto klausimo, nedvejodami komentuokite!

Domkratas.