Microgravity Plant Grower "Disco Ball": 13 trinn

2024 Forfatter: John Day | [email protected]. Sist endret: 2024-01-30 11:22

Hei lesere, dette prosjektet er en profesjonell innsending til Growing Beyond Earth Maker Contest.

Dette prosjektet er et bevis på konseptet for en potensiell planterdesign som kan brukes til å vokse plan i mikrogravity.

Basert på konkurransereglene listet jeg opp kravet til systemet,

1. Systemet må passe i et område på 50 cm^3.
2. Systemet må dra fordel av mikrogravitasjon.
3. Systemet kan orienteres i hvilken som helst posisjon
4. Systemet kan være kildeeffekt eksternt fra ISS interne strømskinner.
5. Systemet må automatisere mye av vekstprosessen med minimal interaksjon fra astronauter.

med forutsetningene ovenfor begynte jeg å designe systemet.

Trinn 1: Prosjektforslag

Til å begynne med tegnet jeg en grov oversikt over hvordan jeg trodde systemet kunne se ut, Den første ideen jeg hadde var en kule suspendert i midten av vekstmiljøet med belysning montert på rammen rundt.

Basen i denne boksen vil inneholde vann og elektronikk.

På dette stadiet begynte jeg å liste opp sorteringen av de potensielle komponentene i et slikt system,

1. Ramme - Må velge et passende rammemateriale
2. Belysning - Hvilken type belysning ville være best? LED strips?
3. Sensorer - For at systemet skal bli automatisert, må det være i stand til å kjenne på fuktighetsting som fukt og temperatur.
4. Kontroll - Brukeren trenger en måte å samhandle med MCU

Målet med dette prosjektet er å produsere et bevis på konseptet, basert på erfaringene jeg vil lage en liste over fremtidig arbeid og utvikling som kreves for å ta denne ideen videre.

Trinn 2: Proof of Concept - BOM

Styklisten (Materialregning) for dette prosjektet vil koste omtrent £ 130 for å bestille alt som kreves, av den kostnaden vil omtrent £ 100 brukes til å lage en enkelt planteavler.

Det er sannsynlig at du vil ha en god del av elektronikkomponentene som dramatisk reduserer koden.

Trinn 3: Elektronikk - Design

Jeg har brukt Fritzing til å planlegge elektronikken som kreves for dette prosjektet, Tilkoblingene bør gå som følger,

LCD 16x2 I2C

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

Rotary Encoder (D3 og D2 ble valgt som Arduino Uno Interupt -pinner)

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

Jordfuktighetssensor

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

Modul med to reléer

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

For de andre koblingene, se diagrammet ovenfor.

Trinn 4: Elektronikk - Montering

Jeg monterte elektronikken som beskrevet i diagrammet på forrige side, Jeg brukte protoboardet til å lage et skjold for Arduino Uno, For å gjøre dette brøt jeg brettet til omtrent størrelsen på Uno og la deretter til mannlige toppstifter som var i linje med kvinnelige overskrifter på Uno.

Hvis tilkoblingene samsvarer med det forrige diagrammet, bør systemet fungere riktig, for enkelhets skyld kan det være en god idé å sette opp tilkoblingene på samme måte som meg.

Trinn 5: Programvare - Planlegg

Den generelle ideen for programvarefunksjonaliteten er at systemet kontinuerlig skal gå rundt og lese sensorverdiene. Verdiene vises på hver syklus på LCD -skjermen.

Brukeren får tilgang til menyen ved å holde dreiebryteren nede. Når dette er oppdaget, åpnes menygrensesnittet. Brukeren vil ha noen få sider tilgjengelig,

1. Start vannpumpen
2. Veksle LED -tilstand (på / av)
3. Endre systemmodus (automatisk / manuell)
4. Avslutt meny

Hvis brukeren har valgt Automatisk modus, vil systemet sjekke om fuktighetsnivået er innenfor terskelverdien, hvis det ikke er det, vil det automatisk pumpe vann, vente en fast forsinkelse og sjekke på nytt.

Dette er et grunnleggende automatiseringssystem, men vil fungere som et utgangspunkt for fremtidig utvikling.

Trinn 6: Programvare - Utvikling

Nødvendige biblioteker

• Dallas Temperatur
• LiquidCrystal_I2C-master
• OneWire

Programvarenotater

Denne koden er det første utkastet til kode som gir systemet grunnleggende funksjonalitet, den inkluderer

Se den vedlagte Nasa_Planter_Code_V0p6.ino for den siste versjonen av systemkoden, Temperatur- og fuktighetsavlesninger på displayet.

Automatisk modus og manuell modus - Brukeren kan la systemet automatisk pumpe vann til en terskel fuktighet

Kalibrering av Moisuture Sensor - AirValue & WaterValue kont int må fylles manuelt da hver sensor vil være litt forskjellig.

Brukergrensesnitt for kontroll av systemet.

Trinn 7: Mekanisk - Design (CAD)

For å designe dette systemet brukte jeg Fusion 360, den siste samlingen kan sees/ lastes ned fra lenken nedenfor

a360.co/2NLnAQT

Samlingen passer inn i konkurranseområdet på 50 cm^3 og har brukt PVC -rør for å konstruere rammen på esken, med 3D -trykt brakett for hjørnesamlinger. Denne rammen har flere 3D -trykte deler som brukes til å montere skapets vegger og LED -belysning.

I midten av skapet har vi plantemaskinen "Disco Orb" som er en 4-delt samling, (2 halvdeler av orb, 1 base av orb, 1 tube). Dette har spesifikke utsnitt for å la vannpumperøret og kapasitiv fuktighetssensor settes inn i jorddelen.

I bunnen av designet kan du se kontrollboksen, dette huser elektronikken og gir rammen stivhet. I denne delen kan vi se brukergrensesnittets skjerm og kontroller.

Trinn 8: Mekaniske - 3D -trykte deler

Den mekaniske monteringen krever forskjellige 3D -trykte deler, Hjørnebraketter, sidepanelfester, dørhengsel, LED -fester og kontrollboksbraketter, Disse delene bør omtrent være 750 g vekt og 44 timers utskriftstid.

Delene kan enten eksporteres fra 3D -enheten som er lenket til forrige side, eller du kan finne dem på thingiverse her, www.thingiverse.com/thing:4140191

Trinn 9: Mekanisk - Montering

Vær oppmerksom på at montering jeg hoppet over veggedelene i skapet, hovedsakelig på grunn av tids- og kostnadsbegrensninger, Først må vi kutte ned PVC -røret til 440 mm seksjoner, vi trenger 8 seksjoner rør som dette. 8 LED -fester trykt og 4 ramme hjørnebraketter.

Nå må vi forberede LED -stripene,

1. Klipp ned stripene ved saksmerkene i omtrent 15 cm lengder, vi må kutte 8 deler av LED -stripen
2. Avslør + & - putene ved å fjerne litt gummi
3. Lodd ned de mannlige topptekstene (Skjær seksjoner på 3 og lodd hver ende til en pute)
4. Fjern limbeskytteren på baksiden av hver stripe og fest den til LED -monterte 3D -skriverdeler.
5. Lag nå en kabel for å koble opp alt det positive og negative ved hver stripe
6. Slå den til slutt og sjekk at alle lysdiodene fungerer

Trinn 10: Prosjekt - Fremgang så langt

Så langt er dette så langt jeg har fått gjennom montering av dette prosjektet, Jeg planlegger å fortsette å oppdatere denne veiledningen etter hvert som prosjektet utvikler seg,

Hva er igjen å gjøre

• Komplett kontrollboks
• Huselektronikk
• Test vannpumpesystem
• Gjennomgå fremgang

Trinn 11: Lærte leksjoner

Selv om prosjektet foreløpig ikke er fullført, har jeg fortsatt lært noen viktige ting ved å forske på dette prosjektet.

Væskedynamikk i Microgravity

Dette er et utrolig komplekst emne, som introduserer mange usynlige problemer for standard tyngdekraftbasert væskedynamikk. Alle våre naturlige instinkter for hvordan væsker vil virke, går ut av vinduet i mikrogravity og NASA har måttet finne opp hjulet på nytt for å få relativt enkle jordbaserte systemer til å fungere.

Fuktfølelse

Lær om de forskjellige metodene som vanligvis brukes for fuktdeteksjon (volumetriske sensorer, tensiometre og solid state, se denne lenken for å lese godt om emnet

Mindre notater

PVC -rør er utmerket for raskt å bygge rammer, Jeg trenger bedre treverktøy!

Planlegg hobbyprosjekter, segmenter oppgaver og sett tidsfrister akkurat som på jobben!

Trinn 12: Fremtidig arbeid

Etter å ha lest om hvordan vi håndterer væskedynamikk i mikrogravitasjon, er jeg veldig interessert i å designe min egen løsning på problemet, Jeg vil gjerne ta denne grove konstruksjonen videre, ideen for dette systemet er å bruke en belgetank med trinnmotorer som kan komprimere beholderområdet for å opprettholde et visst rørtrykk.

Trinn 13: Konklusjon

Takk for at du leser. Jeg håper du likte det, hvis du har spørsmål eller ønsker hjelp med alt som er dekket i dette prosjektet, er du velkommen til å kommentere!

Jack.