Mikrogravitācijas augu audzētājs "Disko bumba": 13 soļi

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

Sveiki lasītāji, šis projekts ir profesionāls iesniegums konkursam Growing Beyond Earth Maker.

Šis projekts ir potenciālā stādītāja dizaina koncepcijas pierādījums, ko varētu izmantot, lai izstrādātu plānu mikrogravitācijas apstākļos.

Pamatojoties uz konkursa noteikumiem, es uzskaitīju sistēmas prasības,

1. Sistēmai jāietilpst 50 cm^3 platībā.
2. Sistēmai ir jāizmanto mikrogravitācijas priekšrocības.
3. Sistēmu var orientēt jebkurā pozīcijā
4. Sistēma var būt enerģijas avots ārēji no ISS iekšējām barošanas sliedēm.
5. Sistēmai ir jāautomatizē liela daļa augšanas procesa ar minimālu astronautu mijiedarbību.

ar iepriekšminētajiem pieņēmumiem es sāku izstrādāt sistēmu.

1. darbība: projekta priekšlikums

Lai sāktu, es uzzīmēju aptuvenu ieskatu, kāda, manuprāt, varētu izskatīties sistēma, Sākotnējā ideja man bija orbs, kas apturēts augošās vides centrā ar apgaismojumu, kas uzstādīts uz apkārtējā rāmja.

Šīs kastes pamatnē atradīsies ūdens un elektronika.

Šajā posmā es sāku uzskaitīt šādas sistēmas potenciālos komponentus,

1. Rāmis - būtu jāizvēlas piemērots rāmja materiāls
2. Apgaismojums - kāda veida apgaismojums būtu vislabākais? LED sloksnes?
3. Sensori - lai sistēma būtu automatizēta, tai jāspēj uztvert mitruma lietas, piemēram, mitrumu un temperatūru.
4. Kontrole - lietotājam ir nepieciešams veids, kā mijiedarboties ar MCU

Šī projekta mērķis ir radīt koncepcijas pierādījumu, pamatojoties uz gūto pieredzi, es izveidošu sarakstu ar turpmāko darbu un attīstību, kas nepieciešama šīs idejas īstenošanai.

2. solis: koncepcijas pierādījums - BOM

Šī projekta BOM (materiālu saraksts) izmaksās aptuveni £ 130, lai pasūtītu visu nepieciešamo, no kuriem aptuveni 100 GBP tiks izmantoti, lai izveidotu vienu augu audzētāja vienību.

Iespējams, ka jums būtu diezgan liela daļa elektronikas komponentu, kas ievērojami samazinātu kodu.

3. solis: elektronika - dizains

Esmu izmantojis Fritzing, lai plānotu šim projektam nepieciešamo elektroniku, Savienojumiem jābūt šādiem,

LCD 16x2 I2C

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

Rotācijas kodētājs (D3 un D2 tika atlasīti, jo tie ir Arduino Uno Interupt tapas)

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

DS18B20 temperatūras sensors

1. GND> GND
2. DQ> D4 (Arduino, ar 5V pacelšanu 4k7)
3. VDD> 5V

Augsnes mitruma sensors

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

Dual Relay Module

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

pārējās saites, lūdzu, skatiet iepriekš redzamajā diagrammā.

4. solis: elektronika - montāža

Es saliku elektroniku, kā aprakstīts iepriekšējās lapas diagrammā, Es izmantoju protoboudu, lai izgatavotu vairogu Arduino Uno, Lai to izdarītu, es salauzu tāfeli aptuveni Uno lielumā, pēc tam pievienoju vīriešu galvenes tapas, kas izlīdzinājās ar Uno sieviešu galvenēm.

Ja savienojumi atbilst iepriekšējai diagrammai, sistēmai vajadzētu darboties pareizi, vienkāršības labad varētu būt ieteicams sakarus izkārtot līdzīgi man.

5. solis: programmatūra - plāns

Programmatūras funkcionalitātes vispārējā ideja ir tāda, ka sistēmai nepārtraukti jāpārbauda sensora vērtību nolasīšana. Katrā ciklā vērtības tiks parādītas LCD.

Lietotājs varēs piekļūt izvēlnei, turot nospiestu daudzfunkcionālo slēdzi, tiklīdz tas tiks atklāts, tiks atvērta izvēlnes lietotāja saskarne. Lietotājam būs pieejamas dažas lapas,

1. Iedarbiniet ūdens sūkni
2. Pārslēgt LED stāvokli (ieslēgts / izslēgts)
3. Sistēmas režīma maiņa (automātiska / manuāla)
4. Iziet no izvēlnes

Ja lietotājs ir izvēlējies automātisko režīmu, sistēma pārbaudīs, vai mitruma līmenis ir robežvērtības robežās, ja tas tā nav, tas automātiski sūknē ūdeni, gaidot noteiktu aizkavi un veicot atkārtotu pārbaudi.

Šī ir pamata automatizācijas sistēma, taču tā darbosies kā sākumpunkts turpmākajai attīstībai.

6. solis: programmatūras izstrāde

Nepieciešamās bibliotēkas

• Dalasas temperatūra
• LiquidCrystal_I2C-master
• OneWire

Programmatūras piezīmes

Šis kods ir pirmais koda uzmetums, kas sistēmai nodrošina pamatfunkcijas

Jaunāko sistēmas koda versiju skatiet pievienotajā Nasa_Planter_Code_V0p6.ino, Temperatūras un mitruma rādījumi displejā.

Automātiskais režīms un manuālais režīms - Lietotājs var likt sistēmai automātiski sūknēt ūdeni pie mitruma sliekšņa

Mitruma sensora kalibrēšana - AirValue & WaterValue cont int ir jāaizpilda manuāli, jo katrs sensors būs nedaudz atšķirīgs.

Lietotāja saskarne vadības sistēmai.

7. darbība: mehāniskā projektēšana (CAD)

Lai izstrādātu šo sistēmu, es izmantoju Fusion 360, galīgo montāžu var apskatīt/ lejupielādēt no tālāk esošās saites

a360.co/2NLnAQT

Montāža iekļaujas konkursa laukumā 50 cm^3 un ir izmantojusi PVC cauruli, lai izveidotu kārbas rāmi, ar 3D drukātu kronšteinu stūra savienojumiem. Šim rāmim ir vairāk 3D drukātu detaļu, ko izmanto korpusa sienu un LED apgaismojuma montāžai.

Iežogojuma centrā ir stādītājs "Disco Orb", kas sastāv no četrām daļām (2 pusītes rumbas, 1 bumbiņas pamatne, 1 caurule). Tam ir īpaši atslēgumi, lai ūdens sūkņa cauruli un kapacitatīvo mitruma sensoru varētu ievietot augsnes daļā.

Dizaina pamatnē var redzēt vadības bloku, kurā ir elektronika un rāmis ir stingrs. Šajā sadaļā mēs varam redzēt lietotāja interfeisa displeju un vadīklas.

8. solis: mehāniskās - 3D drukātās detaļas

Mehāniskajai montāžai nepieciešamas dažādas 3D drukātas detaļas, Stūra rāmja kronšteini, sānu paneļa stiprinājumi, durvju eņģes, LED stiprinājumi un vadības kārbas kronšteini, Šo detaļu kopējais svars ir aptuveni 750 g un drukāšanas laiks 44 stundas.

Daļas var vai nu eksportēt no 3D komplekta, kas ir saistīts ar iepriekšējo lapu, vai arī atrast vietnē thingiverse šeit, www.thingiverse.com/thing:4140191

9. solis: mehāniskā montāža

Ņemiet vērā, ka montāžas laikā es izlaidu korpusa sienas daļas, galvenokārt laika un izmaksu ierobežojumu dēļ, Pirmkārt, mums ir jāsamazina PVC caurule līdz 440 mm sekcijām, mums būs vajadzīgas 8 cauruļu sekcijas. 8 iespiesti LED stiprinājumi un 4 rāmju stūra kronšteini.

Tagad mums jāsagatavo LED sloksnes,

1. Nogrieziet sloksnes pie šķērēm aptuveni 15 cm garumā, mums ir jāizgriež 8 LED sloksnes daļas
2. Atklājiet + & - spilventiņus, noņemot nedaudz gumijas
3. Lodējiet vīriešu galvenes savienotājus (sagrieziet 3 gabalus un pielodējiet katru galu pie spilventiņa)
4. Noņemiet līmējošo aizsargu katras sloksnes aizmugurē un piestipriniet pie LED stiprinājuma 3D printera detaļām.
5. Tagad izveidojiet kabeli, lai sasaistītu visas sloksnes pozitīvās un negatīvās puses
6. Visbeidzot ieslēdziet to un pārbaudiet, vai visas gaismas diodes darbojas

10. solis: projekts - progress līdz šim

Pagaidām tas ir tik tālu, cik man ir izdevies montēt šo projektu, Es plānoju turpināt atjaunināt šo rokasgrāmatu, attīstoties projektam,

Kas atliek darīt

• Pilnīga vadības kārbas montāža
• Mājas elektronika
• Pārbaudiet ūdens sūknēšanas sistēmu
• Pārskatiet progresu

11. solis: gūtās atziņas

Lai gan pagaidām projekts vēl nav pabeigts, es joprojām esmu uzzinājis dažas svarīgas lietas, pētot šo projektu.

Šķidruma dinamika mikrogravitācijā

Šī ir pārsteidzoši sarežģīta tēma, kas rada daudz neredzētu problēmu attiecībā uz standarta gravitācijas šķidruma dinamiku. Visi mūsu dabiskie instinkti, kā šķidrumi darbosies, iziet pa logu mikrogravitācijas spēkos, un NASA ir bijis jāizgudro ritenis, lai panāktu salīdzinoši vienkāršu uz zemes balstītu sistēmu darbību.

Mitruma noteikšana

Uzziniet par dažādām metodēm, kuras parasti izmanto mitruma noteikšanai (tilpuma sensori, tenzometri un cietvielas, skatiet šo saiti, lai labi izlasītu par tēmu

Nelielas piezīmes

PVC caurule ir lieliska, lai ātri izveidotu rāmjus, Man vajag labākus koka darbarīkus!

Plānojiet hobiju projektus, segmentējiet uzdevumus un nosakiet termiņus tāpat kā darbā!

12. solis. Nākotnes darbs

Pēc iepazīšanās ar to, kā mēs pārvaldām šķidruma dinamiku mikrogravitācijā, esmu ļoti ieinteresēts izstrādāt savu problēmas risinājumu, Es vēlētos turpināt šo aptuveno dizainu, šīs sistēmas ideja ir izmantot silfonu tvertni ar pakāpju motoriem, kas var saspiest konteinera zonu, lai saglabātu noteiktu caurules spiedienu.

13. darbība. Secinājums

Paldies, ka izlasījāt, es ceru, ka jums patika, ja jums ir kādi jautājumi vai vēlaties palīdzēt ar visu šajā projektā iekļauto, lūdzu, komentējiet!

Džeks.