Hack Hollow's Wolverine Grow Cube ISS jaoks: 5 sammu

2024 Autor: John Day | [email protected]. Viimati modifitseeritud: 2024-01-30 08:47

Oleme West Hollow'i keskkool Long Islandist, NY. Oleme innukad insenerid, kes kohtuvad kord nädalas klubis nimega Hack the Hollow, kus kavandame, kodeerime ja ehitame mitmeid tegijaprojekte. Kõikide projektidega, millega tegeleme, saate tutvuda SIIN. Meie põhirõhk on olnud toidu- ja keskkonna robootika tuleviku uurimisel. Oleme koos oma õpetaja härra Reginiga oma teaduslabori taga kokku pannud ja hooldanud automatiseeritud vertikaalse hüdropoonikafarmi. Oleme viimased kaks aastat osalenud ka GBE programmis. Me teame, et see väljakutse nõudis keskkooliõpilasi, kuid olime liiga põnevil, et oodata veel kaks aastat, et tutvustada teile meie kooli maskoti nime saanud Wolverine'i. See on omamoodi, mida me teeme!

Selles projektis leiate palju asju, mida me armastame kasutada, sealhulgas Arduino, Raspberry Pi ja kõik nendega kaasnevad elektroonilised maiuspalad. Nautisime ka Fusion 360 kasutamist kuubiku kujundamisel TinkerCadist sammuna. See projekt oli suurepärane võimalus lõigata hambad mõnel uuel tegijaplatvormil. Olime jagatud disainimeeskondadeks, kes pidid keskenduma ühele Grow Cube'i aspektile. Me purustasime selle raami, kaane ja alusplaadi, valgustuse, seinte, vee, ventilaatorite ja keskkonnaandurite kasvatamiseks. Oleme lisanud oma tarvikute loendisse lingid kõikidele materjalidele, mida kasutame, kui vajate abi järgnevates sammudes käsitletud osade visualiseerimisel. Loodame, et naudite!

Tarvikud

Raam:

• 1 "80/20 alumiiniumist ekstrusioonid
• Tee pähklid
• Toetusklambrid
• Hinged
• T-kanaliga ühilduvad purilennukid
• T-kanaliga ühilduvad toru- ja traatjuhikud
• Magnetid uste sulgemiseks
• 3 x magnetilised pilliroo lülitid

Kasvatage seinu:

• Farm Tech madala profiiliga NFT kanalid
• NFT kanalikaaned
• Gofreeritud plastist lehed
• Magnetid eemaldatavate kanalite hoidmiseks

Kaas:

• Gofreeritud plastleht
• 3D -prinditud LED -valgusti (Fusion 360)
• Plastist takistid ja elektroonika riistvara

Valgustus:

• Adafruit'i adresseeritavad neopikseliribad (60LED/m)
• Neopixeli pistikud
• Neopikseli klambrid
• 330uF, 35V lahtiühendamise kondensaator
• 1K oomi takisti
• Hõbetatud HVAC alumiiniumfooliumlint
• Bucki muundur

Vesi: (Meie lemmikfunktsioon):

• 2 x Nema 17 samm -mootorid
• Adafruit Stepper Shield Arduino jaoks
• 3D trükitud lineaarse ajamiga süstlapump (Fusion 360)
• 2 x 100-300 ml süstalt
• Torud Lueri lukustusühenduste ja tee/küünarliigenditega
• 2 x 300 mm x 8 mm T8 juhtkruvid ja mutrid
• 2 x lendav haakeseade
• 2 x padi laagriplokki
• 4 x 300 mm x 8 mm lineaarse liikumisvarda võlli juhikud
• 4 x 8 mm lineaarsed laagrid LM8UU
• 4 x DF Robot mahtuvuslikud niiskuseandurid pinnase jälgimiseks ja süstlapumpade juhtimiseks

Õhuringlus:

• 2 x 5 "12V ventilaatorit
• 5 "ventilaatori filtri kaaned
• 2 x TIP120 Darlingtoni transistorit ja jahutusradiaatorit
• 12V toide
• Paneelile paigaldatav tünnipistiku ühendusadapter
• 2 x 1K oomi takistid
• 2 x tagasivoolu dioodi
• 2 x 330uF, 35V elektrolüütilist lahtiühendamise kondensaatorit
• DHT22 temperatuuri- ja niiskusandur koos 4,7 K oomi takistiga

Elektroonika:

• Vaarika Pi 3B+ mootorimütsiga
• 8 GB SD -kaart
• Arduino Mega
• Adafruit perma-proto leivalaud
• 2 x 20x4 i2C LCD -ekraani
• 22AWG keermeühendusega juhtmed
• Duponti pistikute komplekt
• Adafruit SGP30 õhukvaliteedi andur koos eCO2 -ga

Tööriistad:

• Jootekolb
• Jootekomplekt
• Abistavad käed
• Juhtmete pressimis- ja eemaldamistööriistad
• Kruvikeerajad
• Kohv (härra Regini jaoks)

1. samm: 1. samm: raami ehitamine

Raami ehitamiseks kasutatakse kergeid 1 80/20 t kanali alumiiniumist ekstrusioone. Seda hoitakse koos alumiiniumist küünarnukkide ja t -mutritega. Lisaks kaalu vähendamisele toimivad kanalid meie vee juhtteedena liinid ja juhtmestik.

Kuup toetub liugühendustega varustatud rööbaste komplektile, mis võimaldab kuubi seinast välja tõmmata, et paljastada mitte ainult selle esikülg, vaid ka mõlemad küljed. Selleks sai inspiratsiooni üks meie õpilastest, kes mõtles kodus köögikappide vürtsiriiulile.

Kasutades lihtsaid liigendeid, on esiküljel ja külgedel uksed, mis võivad kuubi rööbastelt välja tõmmates avaneda. Suletuna hoiavad neid magnetid. Selle kuubi kõik 6 paneeli on eemaldatavad, kuna magnetid hoiavad kõiki nägusid paigal. Selle disainivaliku eesmärk oli hõlbustada juurdepääsu kõikidele pindadele külvamiseks, taimede hooldamiseks, andmete kogumiseks, koristamiseks ja puhastamiseks/parandamiseks.

Meie paneelide kujundust näete järgmises etapis.

2. samm: 2. samm: kasvavate seinte ehitamine

Esimene element, millele mõtlesime, olid materjalid, mida seinte jaoks ise kasutada. Me teadsime, et need peavad olema kerged, kuid piisavalt tugevad, et taimi toetada. Valge gofreeritud plastik valiti selge akrüüli asemel, kuigi meile meeldisid V. E. G. G. I. E pildid, kus nägime taimi sees. Selle otsuse põhjuseks oli asjaolu, et taimede kanalid takistaksid suurema osa vaateväljast ja tahtsime peegeldada võimalikult palju meie LED -ide valgust. See loogika tuli kontrollides üksust, mis meile saadeti osana GBE osalemisest. Nagu eelmises etapis öeldud, hoitakse neid plaate magnetitega alumiiniumraami küljes, et neid oleks lihtne eemaldada.

Nende plaatide külge on kinnitatud kolm madala profiiliga NFT kasvurööbaste kanalit, mida kasutame oma hüdropoonikalaboris. Meile meeldib see valik, sest need on valmistatud õhukesest PVC -st, millel on katted, mis libisevad kergesti kasvavate padjade paigaldamiseks maha. Kõik kasvusubstraadid asuvad spetsiaalselt selleks ette nähtud padjades, mida nägime ISS -is juba seda artiklit lugedes. Kõik rööbaste vahelised paneelid kaetakse hõbetatud HVAC isolatsiooniteibiga, et edendada kasvavate tulede peegelduvust.

Meie avad on 1 3/4 tolli ja keskel 6 tolli kaugusel. See võimaldab kuubi neljal paneelil 9 istutuskohta, andes kokku 36 taime. Püüdsime hoida seda vahekaugust punasega Kanalid on freesitud piludega, et võtta vastu meie niiskuseandurid, mis jälgivad mulla niiskust ja nõuavad vett süstlapumpadest. Hüdratsioon jaotatakse igale taimepadjale nende pumpade külge kinnitatud meditsiinilise toru jootmiskollektori kaudu. Seda süstlapõhist jootmismeetodit uurisime kui parimat praktikat nii täpseks jootmiseks kui ka null-/mikrogravitatsioonikeskkonna väljakutsete ületamiseks. Torud sisenevad taimepadja alusele, et edendada juurte kasvu väljaspool. Loodame kapillaarsusele, mis aitab vett hajutada kogu kasvusubstraadis.

Lõpuks tahtsime leida viisi alusplaadi kasutamiseks. Lõime alumisele küljele väikese huule, mis võtaks vastu mikroroheliste kasvatamiseks kasvavat matti. Mikrohelistel on teadaolevalt peaaegu 40 korda rohkem elutähtsaid toitaineid kui nende küpsetel kolleegidel. Need võivad astronautide toitumisele väga kasulikud olla. See on üks artikkel, mille meie õpilased leidsid mikroroheliste toiteväärtuse kohta.

3. samm: 3. samm: taimede kastmine

Eelmises etapis viitasime meie lineaarsete täiturmehhanismi süstlapumpadele. See on selle ehituse meie lemmikosa. NEMA 17 samm-mootorid hakkavad kasutama lineaarseid täiturmehhanisme, mis suruvad kahe 100cc-300cc süstla kolbi kasvukuubi kaanel. Pärast Hackaday suurepäraste avatud lähtekoodiga projektide tutvumist kujundasime mootori korpused, kolvijuhi ja juhtrööbastee Fusion 360 abil. Järgisime seda õpetust Adafruit'i hämmastaval veebisaidil, et õppida mootorite juhtimist.

Tahtsime leida viisi, kuidas vabastada astronaudid jootmise ülesandest. Stepperid aktiveeritakse, kui süsteemis olevad taimed nõuavad oma vett. 4 mahtuvuslikku niiskuseandurit on ühendatud taimepatjadega erinevates kohtades kogu kasvukuubiku ulatuses. Süsteemi igal istutuskohal on pesa nende kasvukanalitesse jahvatatud andurite vastuvõtmiseks. See võimaldab astronautidel nende andurite paigutuse valida ja neid perioodiliselt muuta. Lisaks süsteemi vee jaotamise efektiivsuse maksimeerimisele võimaldab see visualiseerida, kuidas iga taim oma vett tarbib. Niiskuskünnised saavad astronaudid määrata nii, et kastmist saaks automatiseerida vastavalt nende vajadustele. Süstlad on hõlpsaks täitmiseks Lueri lukustusühendustega kinnitatud põhilise jootmiskollektori külge. Kasvupaneelid kasutavad ise kastmiskollektori sarnast ühendusprotokolli, nii et neid saab hõlpsalt kuubikult eemaldada.

Andurite kogutud andmeid saab lugeda kohapeal kaane külge kinnitatud 20x4 LCD -ekraanilt või eemalt, kus neid kogutakse, kuvatakse ja joonistatakse süsteemi integreerimisega kas Cayenne'i või Adafruit IO IoT platvormidega. Arduino saadab oma andmed USB -kaabli abil Raspberry Pi pardale, mis seejärel suundub Pi -i WiFi -kaardi abil Internetti. Nendel platvormidel saab seadistada hoiatusi, mis teavitavad astronaute, kui mõni meie süsteemimuutuja on eelseadistatud läviväärtustest väljunud.

4. samm: 4. samm: nutikas kaas koos valgustuse ja ventilaatori juhtimisega

Meie kasvukuubiku kaas toimib kogu operatsiooni ajuna ning pakub korpust kriitilistele kasvuelementidele. Kaane alaosast allapoole ulatub 3D -prinditud LED -korpus, mis annab valgust igale kasvavale seinaplaadile ja valgustab ülaosas asuvat mikrorohelist matti. See kujundati uuesti Fusion 360 -s ja trükiti meie MakerBotile. Igas valguslahes on 3 LED -riba, mis on varjatud nõgusa toega. See tugi on hõbetatud HVAC isolatsiooniteibiga, et maksimeerida selle peegelduvust. Juhtmed liiguvad mööda õõnsat keskset kolonni üles, et pääseda juurde kaane ülaosas asuvale toiteallikale ja andmetele. Selle korpuse suurus valiti jalajälje järgi, mis võimaldaks selle ümber kasvavatel taimedel saavutada maksimaalse kõrguse 8 tolli. Leiti, et see arv on küpsete Outredgeous salatite keskmine kõrgus, mida kasvatame oma laboris vertikaalsetes hüdropoonilistes aedades. Need võivad ulatuda kuni 12 tolli kõrguseks, kuid arvasime, et astronaudid karjatavad neid, kui nad kasvavad, muutes selle lõikamise ja taaskasvamise kuubikuks.

Kasutatavad neopikslid on individuaalselt adresseeritavad, mis tähendab, et saame kontrollida nende poolt eralduvat värvispektrit. Seda saab kasutada valguse spektrite muutmiseks, mida taimed saavad erinevatel kasvuperioodidel või liikide kaupa. Kilbid pidid võimaldama vajadusel igal seinal erinevaid valgustingimusi. Mõistame, et see pole täiuslik seadistus ja et meie kasutatavad tuled ei ole tehniliselt kasvavad tuled, kuid meie arvates oli see hea kontseptsiooni tõestus.

Kaane ülaosas on kaks 5 -tollist 12 V jahutusventilaatorit, mida tavaliselt kasutatakse arvutitornide temperatuuri reguleerimiseks. Konstrueerisime selle nii, et üks surub süsteemi õhku, teine aga õhu väljatõmbamisena. Mõlemad on kaetud peene võrgusilmaga, et vältida prahi väljavõtmist ja astronaudi hingamiskeskkonda. Ventilaatorid lülitatakse välja, kui mõni uste külge kinnitatud magnetiline roostiku lüliti on avatud, et vältida tahtmatut õhu saastumist. Ventilaatorite kiirust kontrollitakse PWM -i abil, kasutades Raspberry pi mootoriga HAT. Ventilaatoreid saab tinglikult kiirendada või aeglustada, lähtudes kas temperatuuri või niiskuse väärtustest, mida Pi -le kuubis olev sisseehitatud DHT22 andur toidab. Neid näiteid saab jällegi vaadata kohapeal LCD -ekraanil või eemalt samal IoT armatuurlaual, kus on niiskuseandurid.

Fotosünteesile mõeldes tahtsime arvestada ka süsinikdioksiidi taset ja üldist õhukvaliteeti kasvukuubis. Selleks kaasasime SGP30 anduri, mis jälgib nii eCO2 kui ka lenduvate orgaaniliste ühendite kogust. Ka need saadetakse visualiseerimiseks LCD -dele ja asjade Interneti armatuurlauale.

Samuti näete, et meie paar süstlapumpa on paigaldatud piki kaane külge. Nende torud on suunatud alumiiniumist väljapressimisraami vertikaalsete kanalite alla.

Samm: sulgege mõtted ja tulevased kordused

Kavandasime Wolverine’i, kasutades teadmisi, mis oleme omandanud ühiselt toitu kasvatades. Oleme oma aedu automatiseerinud juba mitu aastat ja see oli nii põnev võimalus rakendada seda ainulaadse inseneriülesande täitmisel. Mõistame, et meie disainil on tagasihoidlik algus, kuid ootame selle kasvamist.

Ehituse üks aspekt, mida me ei saanud enne tähtaega lõpule viia, oli piltide jäädvustamine. Üks meie õpilastest on katsetanud Raspberry Pi kaamera ja OpenCV -ga, et näha, kas me saame masinõppe abil automatiseerida taimetervise tuvastamise. Tahtsime vähemalt taimi näha ilma uksi avamata. Mõte oli lisada pan-kallutusmehhanism, mis võiks pöörata ülemise paneeli alaosa ümber, et jäädvustada iga kasvava seina pilte ja seejärel printida need visualiseerimiseks Adafruit IO armatuurlauale. See võib põhjustada ka kasvavate põllukultuuride tõeliselt laheda ajakulu. Oletame, et see on vaid osa projekteerimisprotsessist. Alati tuleb tööd teha ja parandusi teha. Suur tänu võimaluse eest osaleda!