Vairāk salātu audzēšana mazāk vietas vai Salātu audzēšana kosmosā, (vairāk vai mazāk): 10 soļi

2024 Autors: John Day | [email protected]. Pēdējoreiz modificēts: 2024-01-30 10:53

Šis ir profesionāls iesniegums konkursam Growing Beyond Earth, Maker Contest, kas iesniegts, izmantojot Instructables.

Es nevarēju būt vairāk satraukts par to, ka plānoju kosmosa kultūraugu ražošanu un ievietoju savu pirmo Instructable.

Lai sāktu, konkurss mums lūdza

“… Iesniedziet instrukciju, kurā sīki izklāstīts jūsu augu augšanas kameras dizains un uzbūve, kas (1) ietilpst 50 cm x 50 cm x 50 cm tilpumā, (2) satur visas funkcijas, kas nepieciešamas augu augšanai, piemēram, mākslīgā gaisma, apūdeņošanas sistēma, un gaisa cirkulācijas līdzekļus, un (3) efektīvi un izgudrojami izmanto iekšējo tilpumu, lai ietilptu un veiksmīgi audzētu pēc iespējas vairāk augu.”

Izlasot konkursa prasības un bieži uzdotos jautājumus, projektēšanas procesā izdarīju šādus pieņēmumus.

Reizi nedēļā plānotā Astronauta mijiedarbība ar “projektu” būtu pieņemama un neatceltu automātiskās kontroles aspektu konkursa kritērijos.

“Projekta” barošanas bloku var izvietot ārpus 50 cm3, jo ISS piegādātu iekārtai elektroenerģiju, ja vienība būtu kosmosā. Dzesēšana gaismas diodēm “projekta” iekšienē var būt ārpus 50 cm3, jo ISS var piegādāt iekārtai dzesēšanu, ja iekārta atrodas kosmosā.

Lietotājam var būt neierobežota piekļuve 50 cm3 apjoma augšdaļai un četrām pusēm plānotās iknedēļas apkopes laikā, bet neizslēgt neplānotas problēmas, ja ar projektu rodas neplānota problēma.

Tālāk es apkopoju konkursa parametrus

Projekta dati

Ūdens: 100 ml/augs/dienā (ieteicams)

Apgaismojums: 300–400 µm/M2/s PAR 400–700 nm robežās (ieteicams)

Gaismas cikls: 12/12

Gaismas tips: LED (ieteicams)

Gaisa cirkulācija: 2,35 cf/0,0665 m3 (mana dizaina izaugsmes zona)

Temperatūra ISS: no 65 līdz 80˚F / 18,3 līdz 26,7 ° C (atsaucei)

Augu veids: ‘Outredgeous’ Red Romaine salāti

Nobrieduša auga izmērs: 15 cm augsts un 15 cm diametrā

Audzēšanas sistēma: (dizainera izvēle)

Piegādes

Mums būs nepieciešami krājumi

(Šīs daļas tiek izmantotas koncepcijas pierādīšanai, iespējams, tās NAV apstiprinātas kosmosa ceļojumos)

1 - 0,187”48” x 96”balts ABS

3 - Mikrokontrolleri

1 - 1602 LCD displejs

1 - datu reģistrētāja vairogs Nano

3 - Foto rezistori

4 - AM2302 sensori

1 - DS18B20 temperatūras sensors

1 - EK sensors, 1 - 15mA 5V optiskā šķidruma līmenis

1 - DS3231 Pi (RTC)

… Un vairāk preču

1 - Peristaltiskais dozēšanas sūknis

1 - 12 V ūdens sūknis

1 - Pjezo skaņas signāli

3 - 220 omi rezistori

1 - DPST slēdzis

1-265-275 nm UVC sterilizators

24 - 1½”higiēnas vāciņi

1 - šķidruma/gaisa magnētiskā maisīšanas pakāpe

1 - pilienu kontroles galva, 8 līnijas

1 - Pilienveida apūdeņošanas caurules

1 - rezerves ūdens tvertne

1 - ½ ID PVC caurule

70 - Skrūves gaismas diožu piestiprināšanai

18 AWG un 22 AWG stieples

1 - saraušanās caurules

1 - alumīnijs LED siltuma izlietnei

5 - 6 mm augsti taustes slēdži

4 - 1 omi, 1 vatu rezistori

1 - Pkg sēklas “Outredgeous” salāti

…un vēl

1 - 400 W pastiprinātājs

32-3 W baltas gaismas diodes, (6000-6500k)

1 - 24V / 12V / 5V / 3,3 V barošanas avots

8-40 mm datoru ventilatori

11 - 5V Opto izolētie releji

10 - 1N4007 atpakaļgaitas diode

24 - Rockwool kontaktdakšas

1 - hidroponiskas barības vielas

1 - barības vielu konteiners

1 - Mylar loksne

… Un instrumentus

Šķīdinātājs līmēšanai

Ieraudzīja

Caurumu zāģi

Lodāmurs

Lodēt

Urbis

Urbji

Skrūvgrieži

Dators

USB kabelis

Arduino IDE programmatūra

1. darbība. Pašreizējās “VEGGIE” sistēmas salīdzināšana

ISS “VEGGIE” sistēma 28 dienu (4 nedēļu) laikā var izaudzēt 6 salātu galviņas. Ja “VEGGIE” darbotos 6 mēnešus (vidējais laiks, kad astronauts atrodas uz SKS), tas audzētu 36 salātu galvas un vēl 6 galvas, kas bija divas nedēļas vecas. 3 cilvēku apkalpei tas ir svaigi dārzeņi divas reizes mēnesī.

Projekts GARTH 28 dienu (4 nedēļu) laikā izaudzēs 6 salātu galviņas. BET.. ja tas darbotos 6 mēnešus, tas audzētu 138 salātu galviņas, turklāt vēl 18 galvas dažādās augšanas stadijās. 3 cilvēku apkalpei tie ir svaigi dārzeņi 7½ reizes mēnesī vai gandrīz divas reizes nedēļā.

Ja tas piesaista jūsu uzmanību… aplūkosim dizainu tuvāk

2. solis: GARTH projekts

Izaugsmes automatizācijas resursu tehnoloģija dārzkopībai

(GARTH projekta fotoattēli ir pilna mēroga maketi, kas izgatavoti no Dollar Store putu kodola plāksnes)

GARTH projekts palielina produktivitāti, izmantojot 4 atsevišķas optimizētas izaugsmes zonas. Tas ietver arī automātiskās apgaismojuma, gaisa kvalitātes, ūdens kvalitātes un ūdens nomaiņas vadības sistēmas.

32, baltas 6000K LED gaismas nodrošina ieteiktās PAR prasības. Lai saglabātu iekšējo vidi, tika iekļauta divu ventilatoru gaisa cirkulācijas sistēma un četru ventilatoru ventilācijas sistēma, un augu barošanai un uzraudzībai tika izvēlēta automatizēta, pašoptimizējoša barības vielu plānas plēves (NTF) hidroponiskā sistēma. Iztvaikošanas rezerves ūdens tiek turēts atsevišķā rezervuārā augšējā uzglabāšanas zonā netālu no pastāvīgi maisītas šķidru barības vielu rezervuāra, kas nepieciešams, lai uzturētu barības vielu līmeni hidroponiskajā sistēmā bez astronauta palīdzības. Visa jauda nonāk, darbojas un tiek sadalīta no augšējās uzglabāšanas vietas.

3. darbība: dizaina iezīmes

Četras izaugsmes zonas

1. posms (dīgtspēja) 0–1 nedēļu vecām sēklām, aptuveni 750 cm3 augšanas vietas

2. posms, 1–2 nedēļas veciem augiem, aptuveni 3 600 cm3 augšanas vietas

Trešais posms 2-3 nedēļu veciem augiem, aptuveni 11 000 cm3 augšanas vietas

4. posms, 3-4 nedēļas veciem augiem, aptuveni 45 000 cm3 augšanas vietas

(1. un 2. posma laukumi ir apvienoti uz noņemamas paplātes, lai atvieglotu stādīšanu, apkopi un tīrīšanu)

4. solis: apgaismojuma sistēma

Apgaismojums bija grūts bez piekļuves PAR skaitītājam, par laimi, konkursam bija jāraksta Dewitt kungs Fairchild tropiskajā botāniskajā dārzā, lai uzdotu jautājumus. Viņš mani novirzīja uz diagrammām, kas bija ļoti noderīgas, un šīs diagrammas arī noveda mani pie led.linear1. Izmantojot diagrammas un vietni, es varēju aprēķināt savas apgaismojuma un shēmas vajadzības.

Mans dizains izmanto 26,4 V avota spriegumu, lai sērijveidā darbinātu 4 8, 3 vatu gaismas diodes ar 1 omu, 1 vatu rezistoriem. Es izmantošu 24V barošanu un Boost pārveidotāju, lai paaugstinātu pastāvīgo strāvu līdz 26,4V. (Uz ISS klāja mans dizains izmantotu pieejamo 27 V un Buck pārveidotāju, lai pazeminātu spriegumu un nodrošinātu nemainīgu 26,4 V strāvu)

Šis ir apgaismes sistēmas detaļu saraksts.

32, baltas 6000-6500k, 600mA, DC 3V – 3,4V, 3W gaismas diodes

4, 1 omi - 1W rezistori

1, 12A 400W pastiprinātājs

1, 40 mm ventilators

1, termistors

1, DS3231 Pi (RTC) vai datu reģistrators

18 AWG vads

… Un šādā veidā es plānoju izmantot šīs trīsdesmit divas 3W gaismas diodes.

Viena gaismas diode 1. stadijā, četras 2. posmā un deviņas 3. posmā. Pēdējās astoņpadsmit gaismas diodes iedegs 4. posmu un novedīs pie nepārspējamas 96 vatu gaismas aptuveni 2,4 ampēros.

5. solis: gaisa cirkulācijas un ventilācijas sistēma

(Lūdzu, atcerieties, ka santehnika un elektroinstalācija nav pabeigta. Tie ir piedāvātās sistēmas maketa fotoattēli)

Cirkulācija tiek panākta ar diviem 40 mm ventilatoriem. Stumšanas ventilators, kas no kanāla augšējā kreisajā aizmugurē iepūš 4. posmā. Gaiss ieplūdīs pāri 4. posmam un 3. posma priekšpusē, tad caur 3. posmu un no aizmugures (augšup un ap 1. posmu, izmantojot īsu kanālu) 2. posma aizmugurē. Izvelkot ventilatoru kanālā virs 2. posma, gaiss tiks izvadīts caur 2. posmu un no labās priekšējā augšējā stūra. Brauciena pabeigšana caur gaisa cirkulācijas sistēmu.

4. posma ventilācija būs tieši ārpus augšējās aizmugurējās sienas. Trešais posms izplūst arī caur augšējo aizmugurējo sienu. Otrais posms tiks izvadīts taisni caur augšpusi, un dīgtspējas posms (1. posms) izvadīs aizmugurējo sienu, līdzīgi kā 3. un 4. posms.

6. solis: NFT hidroponiskā sistēma

(EK zonde, temperatūras zonde, šķidruma līmeņa sensors, šļūtenes iztvaikošanas nomaiņai no saldūdens rezervuāra un šļūtenes, kas savieno tvertnes sūkni ar kanāliem, visas atradīsies tepat tvertnē, bet nebija redzamas šajā fotoattēlā)

Sistēmā ietilpst 9 000+ml/cc tvertne, 7 000+ml // cc saldūdens rezervuārs iztvaikošanas nomaiņai, 12 V 800 l/h ūdens sūknis, UV-C sterilizators, lai iznīcinātu visas aļģes ūdenī, kas nonāk 8 portu regulējams plūsmas kolektors, aerācijas tornis ar pretēju plūsmas ventilatoru, lai vēdinātu lejup plūstošo ūdeni no 2. posma un maisīšanas stadijas izplūdes ūdeni, šķidruma līmeņa sensors, EC sensors, ūdens temperatūras sensors, peristaltiska sūkņa dozēšana no barības vielu rezervuāra, maisīšanas stadija, kas uzturvielas uztur šķīdumā rezervuārā un piecos augšanas traukos vai kanālos. Pieci augšanas kanāli, maisīšanas stadija, aerācijas tornis saņem ūdeni no 8 portu regulējamas plūsmas kolektora. Ja ir jāapkalpo hidroponiskā sistēma, dubultpolu viena metiena (DPST) izslēgšanas slēdzis, kas atrodas priekšējā panelī, izslēgs strāvu pie ūdens sūkņa, UV-C sterilizatora un peristaltiskā sūkņa barības vielu dozētāja. Tas ļaus "Lietotājam" droši strādāt pie hidroponiskās sistēmas, neapdraudot sevi vai ražu.

7. darbība: automātiska barības vielu piegādes sistēma

Es šim projektam izmantoju Maikla Ratklifa izstrādāto “Self Optimizing Automated Arduino Nutrient Doser”. Esmu pielāgojis viņa skici savai sistēmai un aparatūrai, un kā savu EK sensoru izmantoju Maikla “Trīs dolāru EC - PPM mērītāju”.

Informāciju vai norādījumus par abiem šiem projektiem var atrast: element14, hackaday vai michaelratcliffe

8. solis: automatizācijas sistēmu elektronika

Apgaismošanas sistēmā tiks izmantots Arduino mikrokontrolleris, viens DS3231 Pi (RTC), viens 4 releju modulis, četri 1 omi-1 vatu rezistori, trīsdesmit divi 3 W balti LED, viens 400 W pastiprinātājs, trīs foto rezistori, viens 40 mm dators ventilators un viens termistors. Mikrokontrolieris izmantos RTC, lai iestatītu gaismas 12 stundu ieslēgšanas un 12 stundu izslēgšanas ciklā. Tas uzraudzīs gaismas līmeņus 2., 3. un 4. pakāpē ar fotorezistoriem un brīdinās ar LED/pjezo signalizāciju, ja kādā cikla laikā tas atklāj vāju apgaismojuma līmeni. LED draivera plates temperatūru uzraudzīs termistors, kas savienots rindā ar 40 mm ventilatoru, un automātiski uzsāks dzesēšanu, kad tiks konstatēts pietiekami daudz siltuma.

Barības vielu piegādes sistēmu izstrādāja Maikls Ratklifs. Sistēma izmanto Arduino Mega, vienu no Michael's EC zondes idejām, vienu 1602 LCD tastatūras displeja vairogu, vienu DS18B20 ūdens temperatūras sensoru, vienu 12 V peristaltisko dozēšanas sūkni un vienu 5 V opto izolēto releju. Es pievienoju vienu optisko šķidruma līmeņa sensoru. Sistēma uzraudzīs EK un ūdens temperatūru un aktivizēs peristaltisko sūkni, lai vajadzības gadījumā dozētu barības vielas. Mikrokontrolieris uzraudzīs ūdens līmeni tvertnē un brīdinās ar LED/pjezo signālu, ja tvertnes ūdens temperatūra ir ārpus lietotāja iestatītā diapazona, ja EK sensora dati pārsniedz lietotāja iestatīto diapazonu ilgāk par lietotāja iestatīto laika periodā vai ja tvertnes ūdens līmenis nokrītas zem lietotāja noteiktā līmeņa.

Gaisa cirkulācijas sistēmu veidos Arduino mikrokontrolleris, četri AM2302 sensori, seši 40 mm datora ventilatori (divi gaisa cirkulācijas ventilatori 2., 3. un 4. posmam un 4 ventilācijas ventilatori), viens UV-C sterilizators un seši 5 V opto izolēti releji (faniem). Kontrolieris uzraudzīs gaisa temperatūru un mitrumu visos 4 posmos un automātiski iedarbinās divus ventilatoru cirkulācijas sistēmas vai atsevišķus ventilācijas ventilatorus pēc nepieciešamības, lai uzturētu temperatūru un mitrumu lietotāja iestatītajos diapazonos. Kontrolieris arī iestatīs un kontrolēs UV-C sterilizatora laiku un uzturēs LED/pjezo signālu, ja temperatūra vai mitrums jebkurā no 4 posmiem pārsniedz lietotāja iestatītos līmeņus.

9. solis: uzbūve

50 cm3 korpuss, kanāli, saldūdens iztvaikošanas rezervuārs, aerācijas tornis, centrālais gaisa cirkulācijas kanāls, 1. un 2. posma atvilktne, jumta stiprinājumi (nav parādīti) un lielākā daļa citu atbalsta konstrukciju tiks izgatavoti no 0,187” Melns ABS. Priekšējie aizkari skatuvēm ir parādīti Mylar plēvē uz maketa, bet, visticamāk, tie būtu izgatavoti no atstarojoša akrila vai polikarbonāta uz faktiskā prototipa. Apgaismojums (nav parādīts, bet sastāv no 4 sērijām no 8, 3 W LED sērijveidā) tiks uzstādīts uz aptuveni 0,125 collu alumīnija loksnes ar 0,125 collu vara caurulīti, kas lodēta augšpusē šķidruma dzesēšanai (lai dzesēšana ieietu un izietu no aizmugures) Lai atdalītu ar konkursu nesaistītu dzesētāju). NTF ūdens santehnika līdz 1. un 2. posmam (nav redzama nevienā no fotoattēliem, bet) tiks pievienota, izmantojot ātro savienojumu 2. posma priekšpusē.

Pastiprinājuma pārveidotāju (redzams augšējās uzglabāšanas vietas fotoattēlā) var pārvietot zem dīgtspējas paplātes (1. posms), lai dīgšanai nodrošinātu papildu siltumu. AM2302, temperatūras un mitruma sensori (nav parādīti), tiks izvietoti augstu katrā posmā (ārpus regulāri plānotā gaisa cirkulācijas ceļa)

Var šķist, ka dizains nemaz nedomā par telpu,

bet tas tā nav. Mana šeit aprakstītā NTF sistēma nav optimizēta vai modificēta kosmosam, bet NTF hidroponiskās sistēmas ir nopietni pretendenti uz kosmosa kultūru unikālajām vajadzībām mikrogravitācijas apstākļos, un man ir idejas tās telpas optimizēšanai.

Konkursā tika lūgts mums izveidot sistēmu, kas noteiktā telpā audzētu vairāk augu, un pēc iespējas automatizēt dizainu.

Otrajai fāzei izvēlētajiem dizainiem vispirms būs jāaudzē augi uz zemes. Es uzskatu, ka mans dizains atbilst visām konkursa prasībām un to dara, vienlaikus ievērojot patieso telpu, kas nepieciešama augu augšanai, gaisa cirkulācijai, automatizētai vides kontrolei un nedēļu ilgas izejvielas augiem. Visi 50 cm3 telpā, kas mums tika dota.

10. solis: to iesaiņot

Projekta The GARTH automatizācija samazina vajadzīgo uzmanību līdz vienai reizei nedēļā.

Septiņas reizes mazāks apkopes apjoms, salīdzinot ar "VEGGIE" sistēmu.

Projektā GARTH katru nedēļu sāka sešas rūpnīcas.

Ražošanas apjoms četras reizes palielinājās, salīdzinot ar sešām rūpnīcām, kas katru mēnesi tika uzsāktas “VEGGIE” sistēmā.

Es uzskatu, ka šīs izmaiņas ir efektīvas, izgudrojošas un efektīvas.

Es ceru, ka jūs arī to darīsit.

Otrās vietas ieguvējs konkursā Growing Beyond Earth