Uzlauzt Hollow's Wolverine Grow Cube ISS: 5 soļi

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

Mēs esam West Hollow vidusskola no Long Islandes, NY. Mēs esam topošie inženieri, kas tiekas reizi nedēļā klubā ar nosaukumu Hack the Hollow, kurā izstrādājam, kodējam un veidojam vairākus veidotāju projektus. Ar visiem projektiem, pie kuriem strādājam, var iepazīties ŠEIT. Mūsu galvenais mērķis ir pētīt pārtikas un vides robotikas nākotni. Mēs kopā ar skolotāju Regini kungu esam savākuši un uzturējuši automatizētu vertikālās hidroponikas fermu mūsu zinātnes laboratorijas aizmugurē. Pēdējos divus gadus esam piedalījušies arī GBE programmā. Mēs zinām, ka šis izaicinājums prasīja vidusskolēnus, taču bijām pārāk satraukti, gaidot vēl divus gadus, lai iepazīstinātu jūs ar mūsu skolas talismana vārdā nosaukto āmriju. Tas ir veids, kā mēs darām!

Šajā projektā jūs atradīsiet daudzas lietas, kuras mums patīk izmantot, ieskaitot Arduino, Raspberry Pi un visus ar tiem saistītos elektroniskos labumus. Mums patika arī izmantot Fusion 360 kā soli uz priekšu no TinkerCad, lai izstrādātu kubu. Šis projekts bija lieliska iespēja griezt zobus uz dažām jaunām veidotāju platformām. Mēs bijām sadalīti dizaina komandās, kurām katrai bija jākoncentrējas uz vienu Grow Cube aspektu. Mēs to sadalījām rāmī, vākā un pamatplāksnē, apgaismojumā, audzējām sienas, ūdeni, ventilatorus un vides sensorus. Mēs esam izveidojuši saites mūsu krājumu sarakstā uz visiem izmantotajiem materiāliem, ja jums nepieciešama palīdzība, lai vizualizētu detaļas, kas tiek apspriestas turpmākajās darbībās. Mēs ceram, ka jums patiks!

Piegādes

Rāmis:

• 1 "80/20 alumīnija ekstrūzijas
• Tee rieksti
• Atbalsta kronšteini
• Eņģes
• Ar T-kanālu saderīgi planieru savienojumi
• Ar T-kanālu saderīgas cauruļu un vadu vadotnes
• Magnēti durvju aizvēršanai
• 3 x magnētiskie niedru slēdži

Audzēt sienas:

• Farm Tech zema profila NFT kanāli
• NFT kanālu vāki
• Gofrētas plastmasas loksnes
• Magnēti noņemamo kanālu noturēšanai

Vāks:

• Gofrēta plastmasas loksne
• 3D drukāta LED augšanas gaismas ierīce (Fusion 360)
• Plastmasas statīvi un aparatūra elektronikai

Apgaismojums:

• Adresējamas neopikseļu sloksnes no Adafruit (60LED/m)
• Neopikseļu savienotāji
• Neopikseļu klipi
• 330uF, 35V atvienošanas kondensators
• 1K omu rezistors
• Sudrabota HVAC alumīnija folijas lente
• Buck pārveidotājs

Ūdens: (mūsu iecienītākā iezīme):

• 2 x Nema 17 soļu motori
• Adafruit pakāpju vairogs Arduino
• 3D drukāts lineāra izpildmehānisma šļirces sūknis (Fusion 360)
• 2 x 100-300 ml šļirces
• Caurules ar Luer slēdzenes savienojumiem un tee/elkoņa locītavām
• 2 x 300 mm x 8 mm T8 svina skrūves un uzgriežņi
• 2 x lidojošais savienotājs
• 2 x spilvenu gultņu bloki
• 4 x 300 mm x 8 mm lineārās kustības stieņa vārpstas vadotnes
• 4 x 8 mm LM8UU lineārie gultņi
• 4 x DF robota kapacitatīvās pretestības mitruma sensori, lai uzraudzītu augsni un kontrolētu šļirces sūkņus

Gaisa cirkulācija:

• 2 x 5 "12V ventilatori
• 5 collu ventilatora filtru vāki
• 2 x TIP120 Darlingtonas tranzistori un siltuma izlietnes
• 12V barošanas avots
• Paneļa stiprinājuma cilindra ligzdas savienojuma adapteris
• 2 x 1K omi rezistori
• 2 x atpakaļgaitas diodes
• 2 x 330uF, 35V elektrolītiskie atvienošanas kondensatori
• DHT22 temperatūras un mitruma sensors ar 4,7 K omu rezistoru

Elektronika:

• Raspberry Pi 3B+ ar motora cepuri
• 8 GB SD karte
• Arduino Mega
• Adafruit perma-proto maizes dēlis
• 2 x 20x4 i2C LCD
• 22AWG vītņoti savienojuma vadi
• Dupont savienotāju komplekts
• Adafruit SGP30 gaisa kvalitātes sensors ar eCO2

Rīki:

• Lodāmurs
• Lodēšanas komplekts
• Palīdzīgas rokas
• Gofrēšanas un noņemšanas instrumenti vadiem
• Skrūvgrieži
• Kafija (Regini kungam)

1. darbība: 1. darbība: rāmja veidošana

Rāmis tiks izgatavots, izmantojot vieglu 1 80/20 t kanāla alumīnija ekstrūziju. Tas tiks turēts kopā ar alumīnija elkoņa locītavām un t uzgriežņiem. Papildus svara samazināšanai kanāli darbosies kā mūsu ūdens virzošie ceļi. līnijas un vadi.

Kubs balstīsies uz sliežu komplekta, kas aprīkots ar slīdošiem savienojumiem, kas ļaus kubu izvilkt no sienas, lai atklātu ne tikai tā priekšpusi, bet arī abas malas. Iedvesmu tam deva viens no mūsu studentiem, domājot par garšvielu plauktu viņa virtuves skapjos mājās.

Izmantojot vienkāršas eņģes, priekšpusē un sānos būs durvis, kas var atvērties, kad kubs tiek izvilkts uz sliedēm. Aizverot tos tur magnēti. Visi 6 šī kuba paneļi ir noņemami, jo visas virsmas tur arī magnēti. Šīs konstrukcijas izvēles mērķis bija nodrošināt vieglu piekļuvi visām virsmām sēšanai, augu apkopei, datu vākšanai, novākšanai un tīrīšanai/remontam.

Nākamajā solī varat redzēt mūsu paneļu dizainu.

2. darbība: 2. darbība: audzēšanas sienu veidošana

Pirmais elements, par kuru mēs domājām, bija materiāli, ko izmantot pašām sienām. Mēs zinājām, ka tiem jābūt vieglam, bet pietiekami spēcīgiem, lai atbalstītu augus. Balta gofrēta plastmasa tika izvēlēta pār dzidru akrilu, lai gan mums patika V. E. G. G. I. E attēli, kur varēja redzēt augus iekšā. Šā lēmuma iemesls bija tas, ka lielāko daļu skata traucētu augu kanāli, un mēs vēlējāmies pēc iespējas vairāk atspoguļot gaismas diodes. Šī loģika radās, pārbaudot vienību, kas mums tika nosūtīta kā daļa no mūsu GBE dalības. Kā minēts iepriekšējā solī, šīs plāksnes ar magnētiem tiek turētas pie alumīnija rāmja, lai tās varētu viegli noņemt.

Šīm plāksnēm ir pievienoti trīs zemā profila NFT augšanas sliežu kanāli, kurus mēs izmantojam mūsu hidroponikas laboratorijā. Mums patīk šī izvēle, jo tie ir izgatavoti no plānas PVC ar pārvalkiem, kas viegli nobīdās, lai implantētu augošos spilvenus. Visas augšanas barotnes tiks ievietotas speciāli izstrādātos spilvenos, kurus mēs redzējām jau izmantojam SKS, lasot ŠO RAKSTU. Visi paneļi starp sliedēm tiks pārklāti ar sudrabainu HVAC izolācijas lenti, lai veicinātu augšanas gaismas atstarošanos.

Mūsu atveres ir 1 3/4 collas un ir izvietotas 6 collu attālumā no centra. Tas ļauj izveidot 9 stādīšanas vietas katrā no kuba četriem paneļiem, iegūstot kopumā 36 augus. Mēs centāmies saglabāt šo atstarpi atbilstoši sarkanajam. Kanāli ir slīpēti ar spraugām, lai pieņemtu mūsu mitruma sensorus, kas uzraudzīs augsnes mitrumu un pieprasīs ūdeni no šļirces sūkņiem. Hidratācija tiks sadalīta katram atsevišķam augu spilvenam caur medicīnisko cauruļu laistīšanas kolektoru, kas pievienots šiem sūkņiem. Šo laistīšanas metodi, kuras pamatā ir šļirces, mēs pētījām kā labāko praksi gan precīzai laistīšanai, gan nulles/mikrogravitācijas vides problēmu pārvarēšanai. Caurules iekļūs augu spilvena pamatnē, lai veicinātu sakņu augšanu uz āru. Mēs paļausimies uz kapilāru, lai palīdzētu ūdenim izkliedēties visā augšanas vidē.

Visbeidzot, mēs vēlējāmies atrast veidu, kā izmantot pamatplāksni. Mēs izveidojām nelielu lūpu uz apakšējās sejas, kas pieņemtu augošu paklāju, lai audzētu mikro zaļumus. Ir zināms, ka mikrozaļumos ir gandrīz 40 reizes vairāk svarīgu barības vielu nekā to nobriedušajos kolēģos. Tie varētu izrādīties ļoti izdevīgi astronautu uzturam. Šis ir viens raksts, ko mūsu studenti atrada par mikrozaļumu uzturvērtību.

3. solis: 3. solis: augu laistīšana

Iepriekšējā solī mēs atsaucāmies uz mūsu lineārajiem izpildmehānisma šļirces sūkņiem. Šī ir mūsu iecienītākā šīs konstrukcijas daļa. NEMA 17 pakāpju motori darbinās lineāros izpildmehānismus, kas nospiedīs divu 100cc-300cc šļirču virzuli uz augšanas kuba vāka. Mēs izstrādājām motoru korpusus, virzuli un virzošo sliedes platformu, izmantojot Fusion 360, pēc tam, kad esam pārbaudījuši lieliskus atvērtā koda projektus Hackaday. Mēs sekojām šai apmācībai Adafruit pārsteidzošajā vietnē, lai uzzinātu, kā vadīt motorus.

Mēs vēlējāmies atrast veidu, kā atbrīvot astronautus no laistīšanas uzdevuma. Steperi tiek aktivizēti, kad sistēmas augi pieprasa ūdeni. Augu spilvenos dažādās augšanas kuba vietās ir pievienoti 4 kapacitatīvi mitruma sensori. Katrai sistēmas stādīšanas vietai ir slots, lai pieņemtu šos sensorus, kas iefrēzēti augšanas kanālos. Tas ļauj šo sensoru izvietojumu izvēlēties un periodiski mainīt astronauti. Papildus tam, lai maksimāli palielinātu ūdens izplatīšanas efektivitāti sistēmā, tas ļaus vizualizēt, kā katrs augs patērē savu ūdeni. Mitruma sliekšņus astronauti var noteikt tā, lai laistīšanu varētu automatizēt atbilstoši savām vajadzībām. Šļirces ir pievienotas galvenajam laistīšanas kolektoram ar Luer slēdzenes savienojumiem ērtai uzpildīšanai. Audzēšanas paneļi izmanto līdzīgu laistīšanas kolektora savienojuma protokolu, lai tos varētu viegli noņemt no kuba.

Sensoru apkopotos datus var nolasīt lokāli uz 20x4 LCD ekrāna, kas piestiprināts pie vāka, vai attālināti, kur tie tiek savākti, parādīti un attēloti, integrējot sistēmu ar Cayenne vai Adafruit IO IoT platformām. Arduino nosūta savus datus uz borta Raspberry Pi, izmantojot USB kabeli, kas pēc tam nokļūst internetā, izmantojot Pi WiFi karti. Šajās platformās var iestatīt brīdinājumus, lai informētu astronautus, kad kāds no mūsu sistēmas mainīgajiem ir izgājis no iepriekš iestatītajām sliekšņa vērtībām.

4. darbība: 4. darbība: viedais vāks ar apgaismojumu un ventilatora vadību

Mūsu audzēšanas kuba vāks darbojas kā visas darbības smadzenes, kā arī nodrošina korpusus kritiskiem augšanas elementiem. No vāka apakšējās malas uz leju ir 3D drukāts LED korpuss, kas nodrošina gaismu katrai augošajai sienas plāksnei, kā arī mikrozaļo paklāju apakšējā daļā. Tas atkal tika izstrādāts programmā Fusion 360 un izdrukāts uz mūsu MakerBot. Katrā gaismas nodalījumā ir 3 LED sloksnes, kas ir aizsargātas ar ieliektu balstu. Šis atbalsts ir sudrabots ar HVAC izolācijas lenti, lai palielinātu tā atstarošanos. Elektroinstalācija pārvietojas augšup pa dobu kolonnu, lai piekļūtu jaudai un datiem vāka augšpusē. Šī korpusa izmērs tika izvēlēts tā, lai tam būtu nospiedums, kas ļautu augiem, kas aug ap to, sasniegt maksimālo 8 collu augstumu. Tika konstatēts, ka šis skaitlis ir nobriedušu salātu vidējais augstums, ko mēs audzējam mūsu laboratorijas vertikālajos hidroponiskajos dārzos. Tie var sasniegt pat 12 collas garu, bet mēs sapratām, ka, pieaugot, astronauti tos ganīs, padarot šo griezto un atkal augošo kubu.

Mūsu izmantotie neopikseļi ir individuāli adresējami, kas nozīmē, ka mēs varam kontrolēt to izstaroto krāsu spektru. To var izmantot, lai mainītu gaismas spektrus, ko augi saņem dažādos augšanas posmos vai no dažādām sugām. Vairogi bija paredzēti, lai vajadzības gadījumā katrā sienā būtu dažādi apgaismojuma apstākļi. Mēs saprotam, ka tas nav ideāls iestatījums un ka mūsu izmantotās gaismas nav tehniski augošas gaismas, taču mēs uzskatījām, ka tas ir jauks koncepcijas pierādījums.

Vāka augšpusē ir divi 5 collu 12 V dzesēšanas ventilatori, kurus parasti izmanto, lai kontrolētu datoru torņu temperatūru. Mēs to izstrādājām tā, lai viens sistēmā iespiestu gaisu, bet otrs darbotos kā gaisa izvads. Tie abi ir pārklāti ar smalku sieta sietu, lai nodrošinātu, ka netīrumi netiek izvilkti un nonāk astronauta elpošanas vidē. Ventilatori tiek izslēgti, kad kāds no durvīm piestiprinātajiem magnētiskajiem niedru slēdžiem ir atvērts, lai novērstu nejaušu gaisa piesārņojumu. Ventilatoru ātrumu kontrolē, izmantojot PWM, izmantojot Motor HAT uz Raspberry pi. Ventilatorus var nosacīti paātrināt vai palēnināt, pamatojoties uz temperatūras vai mitruma vērtībām, ko Pi piegādā kubā iebūvētais DHT22 sensors. Šos rādījumus atkal var apskatīt lokāli LCD ekrānā vai attālināti tajā pašā IoT informācijas panelī kā mitruma sensorus.

Domājot par fotosintēzi, mēs arī vēlējāmies ņemt vērā CO2 līmeni un vispārējo gaisa kvalitāti augšanas kubā. Šim nolūkam mēs iekļāvām SGP30 sensoru, lai uzraudzītu eCO2, kā arī kopējos GOS. Arī tie tiek nosūtīti vizualizēšanai uz LCD un IoT informācijas paneli.

Jūs arī redzēsiet, ka mūsu pāris šļirču sūkņi ir uzstādīti gar vāka sāniem. To caurules ir vērstas pa alumīnija ekstrūzijas atbalsta rāmja vertikālajiem kanāliem.

5. solis: aizveriet domas un nākotnes atkārtojumus

Mēs izstrādājām Wolverine, izmantojot zināšanas, ko esam ieguvuši, kopīgi audzējot pārtiku. Mēs savus dārzus esam automatizējuši jau vairākus gadus, un šī bija tik aizraujoša iespēja to izmantot unikālam inženiertehniskam uzdevumam. Mēs saprotam, ka mūsu dizainam ir pazemīgs sākums, taču mēs ceram uz tā izaugsmi.

Viens no būvniecības aspektiem, ko mēs nevarējām pabeigt pirms termiņa, bija attēlu uzņemšana. Viens no mūsu studentiem ir eksperimentējis ar Raspberry Pi kameru un OpenCV, lai noskaidrotu, vai mēs varam automatizēt augu veselības noteikšanu, apgūstot mašīnu. Mēs vismaz gribējām, lai mums būtu iespēja redzēt augus, neatverot durvis. Domā bija iekļaut panoramēšanas mehānismu, kas varētu griezties ap augšējā paneļa apakšpusi, lai uzņemtu katras augošās sienas attēlus un pēc tam izdrukātu tos Adafruit IO informācijas panelī, lai tos vizualizētu. Tas varētu izraisīt arī patiešām atdzist augošo kultūru laika noilgumu. Mēs domājam, ka tā ir tikai daļa no inženiertehniskās projektēšanas procesa. Vienmēr būs jāpaveic un jāveic uzlabojumi. Liels paldies par iespēju piedalīties!