Microgravity Plant Odlare "Disco Ball": 13 steg

2024 Författare: John Day | [email protected]. Senast ändrad: 2024-01-30 12:41

Hej läsare, detta projekt är ett professionellt bidrag till Growing Beyond Earth Maker Contest.

Detta projekt är ett bevis på konceptet för en potentiell planteringsdesign som kan användas för att växa plan i mikrogravitation.

Baserat på tävlingsreglerna listade jag kravet på systemet,

1. Systemet måste passa i ett område på 50 cm^3.
2. Systemet måste dra nytta av mikrogravitation.
3. Systemet kan orienteras i vilken position som helst
4. Systemet kan vara källkraft externt från ISS interna strömskenor.
5. Systemet måste automatisera mycket av tillväxtprocessen med minimal interaktion från astronauter.

med ovanstående antaganden började jag designa systemet.

Steg 1: Projektförslag

Till att börja med ritade jag en grov kontur av hur jag trodde att systemet kunde se ut, Den första idén jag hade var en orb som hängde i mitten av odlingsmiljön med belysning monterad på den omgivande ramen.

Basen i denna låda skulle rymma vatten och elektronik.

Vid det här stadiet började jag lista den sortens potentiella komponenter i ett sådant system,

1. Ram - Skulle behöva välja ett lämpligt rammaterial
2. Belysning - Vilken typ av belysning skulle vara bäst? LED -remsor?
3. Sensorer - För att systemet ska bli automatiserat måste det kunna känna av fuktsaker som fukt och temperatur.
4. Kontroll - Användaren skulle behöva ett sätt att interagera med MCU

Målet med detta projekt är att ta fram ett bevis på koncept, baserat på de lärdomar jag kommer att göra en lista över framtida arbete och utveckling som krävs för att ta denna idé vidare.

Steg 2: Proof of Concept - BOM

Stämpeln (materialräkning) för detta projekt kommer att kosta cirka 130 pund för att beställa allt som krävs, av den kostnaden kommer cirka 100 pund att användas för att tillverka en enda växtodlare.

Det är troligt att du skulle ha en rejäl del av elektronikkomponenterna som dramatiskt minskar koden.

Steg 3: Elektronik - Design

Jag har använt Fritzing för att planera elektroniken som krävs för detta projekt, Anslutningarna ska gå enligt följande,

LCD 16x2 I2C

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

Rotary Encoder (D3 & D2 valdes eftersom de är Arduino Uno Interupt -stiften)

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

DS18B20 Temp Sensor

1. GND> GND
2. DQ> D4 (Arduino, med en 5V pull up på 4k7)
3. VDD> 5V

Jordfuktighetssensor

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

Dubbel relämodul

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

för de andra länkarna, se diagrammet ovan.

Steg 4: Elektronik - Montering

Jag monterade elektroniken enligt beskrivningen i föregående sidas diagram, Jag använde protoboardet för att göra en sköld för Arduino Uno, För att göra detta bröt jag brädet till ungefär storleken på Uno och lade sedan till manliga huvudstiften som var i linje med de kvinnliga rubrikerna på Uno.

Om anslutningarna matchar det tidigare diagrammet ska systemet fungera korrekt, det kan vara en bra idé att förenkla layouten på ett liknande sätt som jag.

Steg 5: Programvara - Planera

Den allmänna idén för programvarufunktionaliteten är att systemet kontinuerligt ska gå runt och läsa sensorvärdena. På varje cykel visas värdena på LCD -skärmen.

Användaren kommer att få åtkomst till menyn genom att hålla vridknappen intryckt, när detta upptäcks öppnas menygränssnittet. Användaren kommer att ha några sidor tillgängliga,

1. Starta vattenpumpen
2. Växla LED -status (På / Av)
3. Ändra systemläge (automatiskt / manuellt)
4. Avsluta menyn

Om användaren har valt automatiskt läge kommer systemet att kontrollera om fuktnivåerna ligger inom tröskelvärdet, om de inte är det kommer det automatiskt att pumpa vatten vänta en fast fördröjning och kontrollera om.

Detta är ett grundläggande automatiseringssystem men kommer att fungera som en utgångspunkt för framtida utveckling.

Steg 6: Programvara - Utveckling

Obligatoriska bibliotek

• Dallas Temperatur
• LiquidCrystal_I2C-master
• OneWire

Programvaranoteringar

Denna kod är det första utkastet till kod som ger systemet grundläggande funktionalitet, den innehåller

Se den bifogade Nasa_Planter_Code_V0p6.ino för den senaste versionen av systemkoden, Temperatur- och fuktavläsningar visas.

Automatiskt läge och manuellt läge - Användaren kan få systemet att automatiskt pumpa vatten vid en tröskelfuktighet

Kalibrering av Moisuture Sensor - AirValue & WaterValue fortsätter att behöva fyllas manuellt eftersom varje sensor kommer att vara något annorlunda.

Användargränssnitt för styrning av systemet.

Steg 7: Mekanisk - Design (CAD)

För att designa detta system använde jag Fusion 360, den slutliga monteringen kan ses/ laddas ner från länken nedan

a360.co/2NLnAQT

Monteringen passar in i tävlingsområdet 50 cm^3 och har använt PVC -rör för att konstruera lådans ram, med 3D -tryckt fäste för hörnfogarna. Denna ram har fler 3D -tryckta delar som används för att montera skåpets väggar och LED -belysning.

I mitten av höljet har vi planteringen "Disco Orb" som är en 4-delad enhet, (2 halvs orb, 1 bas av orb, 1 rör). Detta har specifika utskärningar för att tillåta vattenpumprör och kapacitiv fuktsensor att sättas in i jordavsnittet.

I basen av designen kan du se kontrollboxen, den rymmer elektroniken och ger ramen stelhet. I det här avsnittet kan vi se användargränssnittets display och kontroller.

Steg 8: Mekaniska - 3D -tryckta delar

Den mekaniska monteringen kräver olika 3D -tryckta delar, Hörnstativfästen, sidopanelmontage, dörrgångjärn, LED -fästen och kontrollboxfästen, Dessa delar ska ungefär vara 750 g vikt och 44 timmars utskriftstid.

Delarna kan antingen exporteras från 3D -enheten som är länkad på föregående sida eller kan hittas på thingiverse här, www.thingiverse.com/thing:4140191

Steg 9: Mekanisk - Montering

Observera att min enhet jag hoppade över väggdelarna i skåpet, mestadels på grund av tids- och kostnadsbegränsningar, Först och främst måste vi skära ner PVC -röret till 440 mm sektioner, vi kommer att behöva 8 rördelar så här. 8 LED -fästen tryckta och 4 ramhörnfästen.

Nu måste vi förbereda LED -remsorna,

1. Klipp ner remsorna vid saxmärken i ungefär 15 cm längder, vi måste klippa 8 sektioner av LED -remsor
2. Exponera + & - kuddarna genom att ta bort lite gummi
3. Löd ner de manliga huvudkontakterna (skär sektioner av 3 och löd varje ände till en kudde)
4. Ta bort det självhäftande skyddet på baksidan av varje remsa och fäst det på LED -monterade 3D -skrivardelar.
5. Gör nu en kabel för att koppla ihop alla positiva och negativa sidor för varje remsa
6. Slutligen slå på den och kontrollera att alla lysdioder fungerar

Steg 10: Projekt - Framsteg hittills

Än så länge är det så långt jag har fått genom att montera detta projekt, Jag planerar att fortsätta uppdatera denna guide när projektet utvecklas,

Vad är kvar att göra

• Komplett kontrollboxenhet
• Huselektronik
• Testa vattenpumpningssystem
• Granska framsteg

Steg 11: Lärdomar

Även om projektet från och med nu inte har slutförts har jag fortfarande lärt mig några viktiga saker från att undersöka detta projekt.

Vätskedynamik i Microgravity

Detta är ett otroligt komplext ämne som introducerar massor av osynliga problem för standard gravitationsbaserad vätskedynamik. Alla våra naturliga instinkter för hur vätskor kommer att fungera går ut genom fönstret i mikrogravitation och NASA har fått uppfinna hjulet igen för att få relativt enkla jordbaserade system att fungera.

Fuktavkänning

Lär dig mer om de olika metoder som vanligtvis används för fuktdetektering (volymetriska sensorer, tensiometrar och solid state, se denna länk för en bra läsning om ämnet

Mindre anteckningar

PVC -rör är utmärkt för att snabbt bygga ramar, Jag behöver bättre träbearbetningsverktyg!

Planera framåt på hobbyprojekt, segmentera uppgifter och sätt deadlines precis som på jobbet!

Steg 12: Framtidsarbete

Efter att ha läst om hur vi hanterar vätskedynamik i mikrogravitation är jag mycket intresserad av att designa min egen lösning för problemet, Jag skulle vilja ta denna grova design vidare, tanken med detta system är att använda en bälgtank med stegmotorer som kan komprimera behållarområdet för att bibehålla ett visst rörtryck.

Steg 13: Slutsats

Tack för att du läser. Jag hoppas att du gillade det, om du har några frågor eller vill ha hjälp med något som omfattas av det här projektet får du gärna kommentera!

Jack.