Mikrogravitatsioonitaimede kasvataja "Diskopall": 13 sammu

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

Tere lugejad, see projekt on professionaalne esitus konkursile Growing Beyond Earth Maker.

See projekt on potentsiaalse istutuskonstruktsiooni kontseptsiooni tõestus, mida saaks kasutada plaani kasvatamiseks mikrogravitatsioonis.

Võistlusreeglite põhjal loetlesin süsteemi nõuded,

1. Süsteem peab mahtuma 50 cm^3 alale.
2. Süsteem peab kasutama mikrogravitatsiooni.
3. Süsteemi saab suunata mis tahes asendisse
4. Süsteem saab toiteallikaks väljastpoolt ISSi sisemisi toitepiire.
5. Süsteem peab automatiseerima suure osa kasvuprotsessist astronautide minimaalse suhtlemisega.

ülaltoodud eeldustega hakkasin süsteemi projekteerima.

Samm: projekti ettepanek

Alustuseks joonistasin ligikaudse ülevaate sellest, milline võiks minu arvates süsteem välja näha, Esialgne idee oli mul kasvukeskkonna keskele riputatud orb, mille valgustus oli paigaldatud ümbritsevale raamile.

Selle kasti aluses oleks vesi ja elektroonika.

Selles etapis hakkasin loetlema sellise süsteemi võimalikke komponente,

1. Raam - peate valima sobiva raami materjali
2. Valgustus - milline valgustus oleks parim? LED ribad?
3. Andurid - süsteemi automatiseerimiseks peab see olema võimeline tajuma niiskust, näiteks niiskust ja temperatuuri.
4. Juhtimine - kasutajal oleks vaja MCU -ga suhelda

Selle projekti eesmärk on tõestada kontseptsiooni, koostades saadud õppetundide põhjal nimekirja tulevastest töödest ja arendustest, mis on vajalikud selle idee edasiarendamiseks.

2. samm: kontseptsiooni tõestus - BOM

Selle projekti BOM (Bill of Materials) maksab kogu vajaliku tellimiseks umbes 130 naela, millest umbes 100 naela kasutatakse ühe taimekasvataja üksuse valmistamiseks.

On tõenäoline, et teil oleks õiglane osa elektroonikakomponente, mis vähendaksid koodi märkimisväärselt.

3. samm: elektroonika - disain

Olen selle projekti jaoks vajaliku elektroonika kavandamiseks kasutanud Fritzingi, Ühendused peaksid olema järgmised,

LCD 16x2 I2C

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

Pöörlemiskooder (D3 ja D2 valiti, kuna need on Arduino Uno katkestajad)

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

DS18B20 temperatuuriandur

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

Mulla niiskuse andur

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

Kahekordne releemoodul

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

teiste linkide puhul vaadake ülaltoodud diagrammi.

4. samm: elektroonika - kokkupanek

Panin elektroonika kokku, nagu on kirjeldatud eelmise lehe skeemil, Ma kasutasin protoboardi Arduino Uno kilbi valmistamiseks, Selleks purustasin tahvli umbes Uno suuruseks ja lisasin siis isased päisepoldid, mis joondusid Uno naissoost päistega.

Kui ühendused vastavad eelmisele skeemile, peaks süsteem õigesti töötama, võib lihtsuse huvides olla hea paigutada ühendused sarnaselt minuga.

5. samm: tarkvara - plaan

Tarkvara funktsionaalsuse üldine idee on see, et süsteem jätkab andurite väärtuste lugemist. Igal tsüklil kuvatakse väärtused LCD -ekraanil.

Kasutaja pääseb menüüsse, hoides pöördlülitit all, kui see on tuvastatud, avaneb menüü kasutajaliides. Kasutajal on saadaval mõned lehed,

1. Käivitage veepump
2. LED -oleku lülitamine (sisse / välja)
3. Süsteemirežiimi muutmine (automaatne / käsitsi)
4. Välju menüüst

Kui kasutaja on valinud automaatrežiimi, kontrollib süsteem, kas niiskustase jääb läviväärtuse piiresse, vastasel juhul pumbab vesi automaatselt ootele fikseeritud viivituse ja kontrollib uuesti.

See on põhiline automatiseerimissüsteem, kuid toimib lähtepunktina tulevastele arengutele.

6. samm: tarkvara - arendus

Nõutavad raamatukogud

• Dallas Temperatuur
• LiquidCrystal_I2C-master
• OneWire

Tarkvara märkused

See kood on esimene koodi mustand, mis annab süsteemile põhifunktsioonid

Süsteemikoodi uusima versiooni leiate lisatud Nasa_Planter_Code_V0p6.ino, Ekraanil on temperatuuri ja niiskuse näidud.

Automaatrežiim ja käsitsi režiim - kasutaja saab panna süsteemi automaatselt pumpama vett niiskuse künnisel

Niiskusanduri kalibreerimine - AirValue & WaterValue cont int tuleb täita käsitsi, kuna iga andur on pisut erinev.

Kasutajaliides süsteemi juhtimiseks.

7. samm: mehaaniline - projekteerimine (CAD)

Selle süsteemi projekteerimisel kasutasin Fusion 360, lõppkomplekti saab vaadata/ alla laadida allolevalt lingilt

a360.co/2NLnAQT

Komplekt sobib võistlusalasse 50 cm^3 ja on karbi raami ehitamiseks kasutanud PVC -toru, 3D -trükitud sulg nurgaühenduste jaoks. Sellel raamil on rohkem 3D -trükitud osi, mida kasutatakse korpuse seinte ja LED -valgustite paigaldamiseks.

Korpuse keskel on istutusmasin "Disco Orb", mis on 4-osaline koosseis (2 pool orbist, 1 orbi alus, 1 toru). Sellel on spetsiaalsed väljalülitused, mis võimaldavad veepumba toru ja mahtuvusliku niiskusanduri pinnasesse sisestada.

Disaini põhjas näete juhtplokki, see sisaldab elektroonikat ja annab raamile jäikuse. Selles jaotises näeme kasutajaliidese kuva ja juhtelemente.

8. samm: mehaanilised - 3D -trükitud osad

Mehaaniline kokkupanek nõuab erinevaid 3D trükitud osi, Nurgakarkassi kronsteinid, külgpaneeli kinnitused, uksehinge, LED -alused ja juhtkarbi klambrid, Nende osade kaal peaks olema ligikaudu 750 g ja printimisaeg 44 tundi.

Osasid saab eksportida eelmisel lehel lingitud 3D -komplektist või leiate siit

www.thingiverse.com/thing:4140191

9. samm: mehaaniline - kokkupanek

Pange tähele, et minu kokkupanekul jätsin korpuse seinaosad vahele, peamiselt aja- ja kulupiirangute tõttu, Kõigepealt peame PVC toru lõikama 440 mm osadeks, vajame 8 sellist toruosa. 8 LED -kinnitust trükitud ja 4 raami nurgaklambrit.

Nüüd peame LED -ribad ette valmistama,

1. Lõika käärimärkide ribad umbes 15 cm pikkuseks, peame lõikama 8 LED -riba sektsiooni
2. Paljasta + & - padjad, eemaldades natuke kummi
3. Jootke isase päise pistikud alla (lõigake 3 tükki ja jootke mõlemad otsad padja külge)
4. Eemaldage liimikaitse iga riba tagaküljelt ja kinnitage LED -kinnitusega 3D -printeri osadele.
5. Nüüd tehke kaabel, et ühendada iga riba kõik positiivsed ja negatiivsed küljed
6. Lõpuks lülitage see sisse ja kontrollige, kas kõik LED -id töötavad

10. samm: projekt - edusammud siiani

Siiani on see nii palju, kui olen selle projekti kokkupanekuga hakkama saanud, Kavatsen jätkata selle juhendi uuendamist projekti edenedes,

Mis teha jääb

• Täielik juhtploki kokkupanek
• Maja elektroonika
• Katsetage vee pumpamise süsteemi
• Vaadake edusammud üle

Samm 11: Õppetunnid

Kuigi praeguseks pole projekt veel lõpule viidud, olen selle projekti uurimisest õppinud siiski mõningaid olulisi asju.

Vedeliku dünaamika mikrogravitatsioonis

See on hämmastavalt keeruline teema, mis tutvustab standardse gravitatsioonipõhise vedeliku dünaamika jaoks palju nähtamatuid probleeme. Kõik meie loomulikud instinktid vedelike toimimiseks lähevad mikrogravitatsioonis aknast välja ja NASA on pidanud ratta uuesti leiutama, et suhteliselt lihtsad maapealsed süsteemid toimima saada.

Niiskuse tuvastamine

Lugege erinevate meetodite kohta, mida tavaliselt kasutatakse niiskuse tuvastamiseks (mahulised andurid, tensiomeetrid ja tahke olek, vaadake seda linki, et saada head lugemist teemal

Väiksemad märkmed

PVC toru sobib suurepäraselt raamide kiireks ehitamiseks, Vajan paremaid puutöövahendeid!

Planeerige huviprojekte ette, segmenteerige ülesandeid ja määrake tähtajad nagu tööl!

12. samm: tulevane töö

Pärast mikrogravitatsiooni vedeliku dünaamika haldamise lugemist olen väga huvitatud probleemile oma lahenduse väljatöötamisest, Tahaksin seda jämedat disaini edasi arendada, selle süsteemi idee on kasutada astmeliste mootoritega lõõtspaaki, mis suudavad teatud toru rõhu säilitamiseks mahuti ala kokku suruda.

13. samm: järeldus

Täname, et lugesite. Loodan, et teile meeldis. Kui teil on küsimusi või soovite abi selle projektiga seotud küsimustes, kommenteerige julgelt!

Jack.