Lumalagong Maraming Lettuce sa Mas Malayong Puwang O Lumalagong Lettuce sa Space, (Higit Pa o Mas kaunti) .: 10 Hakbang

2024 May -akda: John Day | [email protected]. Huling binago: 2024-01-30 13:12

Ito ay isang propesyonal na pagsusumite sa Lumalagong Beyond Earth, Contest ng Maker, na isinumite sa pamamagitan ng Mga Instructable.

Hindi ako naging mas nasasabik na magdidisenyo para sa produksyon ng space crop at mai-post ang aking unang Instructable.

Upang magsimula, hiniling sa amin ng paligsahan na.

"… magsumite ng isang Maituturo na nagdedetalye sa disenyo at pagbuo ng iyong kamara ng paglago ng halaman na (1) umaangkop sa loob ng isang 50cm x 50cm x 50cm na dami, (2) naglalaman ng lahat ng mga tampok na kinakailangan upang mapanatili ang paglago ng halaman, ibig sabihin artipisyal na ilaw, isang sistema ng irigasyon, at paraan ng pag-ikot ng hangin, at (3) ginagawang epektibo at imbentibong paggamit ng panloob na lakas ng tunog upang magkasya at matagumpay na mapalago ang maraming mga halaman hangga't maaari."

Matapos basahin ang mga kinakailangan sa paligsahan at FAQ's, ginawa ko ang mga sumusunod na palagay sa proseso ng disenyo.

Sa sandaling lingguhang nakaplanong pakikipag-ugnayan sa "proyekto" ng isang Astronaut ay magiging katanggap-tanggap at hindi mapatanggal ang awtomatikong aspeto ng kontrol sa pamantayan ng paligsahan.

Ang PSU para sa "proyekto" ay maaaring mailagay sa labas ng 50cm3, dahil ang ISS ay magkakaloob ng lakas sa yunit, kung ang yunit ay nasa kalawakan. Ang paglamig para sa LED sa loob ng "proyekto" ay maaaring magmula sa labas ng 50cm3, dahil ang ISS ay maaaring magbigay ng paglamig sa yunit, kung ang yunit ay nasa kalawakan.

Ang "Gumagamit" ay maaaring magkaroon ng walang limitasyong pag-access sa tuktok at 4 na panig ng dami ng 50cm3 para sa nakaplanong lingguhang pagpapanatili, ngunit hindi ibinubukod ang mga hindi nakaplanong isyu, kung dapat lumitaw ang isang hindi nakaplanong isyu sa "proyekto".

Susunod, tinipon ko ang mga parameter para sa patimpalak

Data ng Proyekto

Tubig: 100 ML / halaman / araw (iminungkahi)

Pag-iilaw: 300-400? Mol / M2 / s sa loob ng PAR 400-700nm (iminungkahi)

Banayad na ikot: 12/12

Uri ng ilaw: LED (iminungkahi)

Pag-ikot ng hangin: para sa 2.35cf / 0.0665m3 (lugar ng paglaki ng aking disenyo)

Temperatura sa ISS: 65 hanggang 80˚F / 18.3 hanggang 26.7 ° C (para sa sanggunian)

Uri ng halaman: 'Outredgeous' Red Romaine letsugas

Mature na laki ng halaman: 15cm taas at 15cm ang diameter

Lumago system: (Pagpipili ng taga-disenyo)

Mga gamit

Kakailanganin namin ang mga suplay

(Ang mga bahaging ito ay ginagamit para sa patunay ng konsepto, marahil ay HINDI naaprubahan ang paglalakbay sa kalawakan)

1 - 0.187 "48" x96 "White ABS

3 - Mga Micro Controller

1 - 1602 LCD display

1 - Kalasag ng Data Logger para kay Nano

3 - Mga resistors ng larawan

4 - AM2302 sensor

1 - sensor ng temperatura ng DS18B20

1 - EC sensor, 1 - 15mA 5V Optical Liquid Level

1 - DS3231 para sa Pi (RTC)

… at higit pang mga supply

1 - Peristaltic dosing pump

1 - 12V water pump

1 - Mga buzzer ng Piezo

3 - 220 Ohm resisters

1 - switch ng DPST

1 - 265-275nm UVC Sterilizer

24 - 1½”mga cap sa kalusugan

1 - Liquid / Air magnetic yugto ng pagpapakilos

1 - Tumulo control ulo, 8 linya

1 - Tumulo patubig na patubig

1 - Kapalit na lalagyan ng tubig

1 - ½ ID PVC pipe

70 - Mga tornilyo para sa paglakip ng mga LED

18 AWG & 22 AWG Wire

1 - Paliitin ang tubo

1 - Aluminium para sa LED heat sink

5 - 6mm taas na switch ng pandamdam

4 - 1 Ohm, 1 resistors ng Watt

1 - Mga binhi ng Pkg na "Lubhang" litsugas

…at iba pa

1 - 400W Boost board

32 - 3W White LEDs, (6000-6500k)

1 - 24V / 12V / 5V / 3.3V PSU

8 - 40mm mga tagahanga ng computer

11 - 5V Opto na nakahiwalay na mga relay

10 - 1N4007 flyback diode

24 - Rockwool plugs

1 - Mga Hydroponic nutrient

1 - Nutrisyon na lalagyan

1 - Mylar sheeting

… at mga tool

Solvent para sa pagdikit

Saw

Mga lagari sa butas

Panghinang

Panghinang

Drill

Mga piraso ng drill

Screwdrivers

Computer

kable ng USB

Software ng Arduino IDE

Hakbang 1: Paghahambing sa Kasalukuyang "VEGGIE" System

Ang sistemang "VEGGIE" sa ISS ay maaaring lumaki ng 6 na ulo ng litsugas sa loob ng 28 araw (4 na linggo). Kung ang "VEGGIE" ay tumakbo sa loob ng 6 na buwan, (ang average na oras na ang isang astronaut ay nakasakay sa ISS) magpapalaki ito ng 36 ulo ng litsugas na may karagdagang 6 na ulo na may dalawang linggong gulang. Para sa isang crew ng 3, iyon ang mga sariwang gulay dalawang beses sa isang buwan.

Ang GARTH Project ay lalago ng 6 na ulo ng litsugas sa loob ng 28 araw (4 na linggo). NGUNIT.. kung tumakbo ito sa loob ng 6 na buwan, lumalaki ito ng 138 mga ulo ng litsugas, na may karagdagang 18 ulo sa iba't ibang mga yugto ng paglago. Para sa isang crew ng 3, iyon ang mga sariwang gulay 7½ beses sa isang buwan, o halos dalawang beses sa isang linggo.

Kung makukuha mo ang iyong pansin… tingnan natin ang disenyo

Hakbang 2: Ang GARTH Project

Paglaki ng Automation Resource Technology para sa Hortikultura

(Ang mga larawan ng GARTH Project ay isang buong scale mock-up, na ginawa mula sa Dollar Store foam core board)

Ang GARTH Project ay pinapakinabangan ang pagiging produktibo sa pamamagitan ng paggamit ng 4 na magkakahiwalay na na-optimize na mga lugar ng paglago. Kasama rin dito ang mga awtomatikong sistema ng kontrol para sa pag-iilaw, kalidad ng hangin, kalidad ng tubig at kapalit ng tubig.

32, White 6000K LED lights ay nagbibigay ng iminungkahing PAR kinakailangan. Ang isang dalawang fan air sirkulasyon system at isang apat na fan vent system ay isinama upang mapanatili ang panloob na kapaligiran, at isang automated, self optimizing Nutrient Thin Film (NTF) na hydroponic system ang napili upang pakainin at subaybayan ang mga halaman. Ang tubig na kapalit ng pagsingaw ay gaganapin sa isang hiwalay na reservoir sa itaas na lugar ng imbakan na malapit sa isang patuloy na hinalo na likidong nutrient reservoir, na kinakailangan upang mapanatili ang antas ng nutrient sa hydroponic system na walang tulong mula sa isang astronaut. Ang lahat ng lakas ay pumapasok, nagpapatakbo at ipinamamahagi mula sa itaas na lugar ng pag-iimbak.

Hakbang 3: Mga Tampok sa Disenyo

Ang apat na lugar ng paglaki

1st Stage (germination), para sa 0-1 na linggong gulang na binhi, humigit-kumulang na 750 cc ng paglago ng puwang

Ika-2 Yugto, para sa 1-2 linggong mga halaman, humigit-kumulang na 3, 600 cc ng paglago ng puwang

Ika-3 Yugto, para sa 2-3 linggong mga halaman, tinatayang 11, 000 cc ng paglago ng puwang

Ika-4 na Yugto, para sa 3-4 na lumang mga halaman, humigit-kumulang na 45, 000 cc ng paglago ng puwang

(Ang mga lugar ng una at ika-2 na yugto ay pinagsama sa isang naaalis na tray upang mapadali ang pagtatanim, paglilingkod at paglilinis)

Hakbang 4: Lighting System

Ang ilaw ay matigas nang walang pag-access sa isang PAR meter, sa kabutihang palad ang paligsahan ay mayroong G. Dewitt sa Fairchild Tropical Botanic Garden, upang puntahan ang mga katanungan. Diniretso niya ako sa mga tsart na lubos na nakakatulong at ang mga tsart na iyon ay humantong din sa akin upang humantong.linear1. Sa mga tsart at website, nakalkula ko ang aking mga pangangailangan sa pag-iilaw at circuitry.

Gumagamit ang aking disenyo ng 26.4V ng mapagkukunan ng boltahe upang magpatakbo ng 4 na mga array ng 8, 3 watt LEDs sa serye na may 1 ohm, 1 watt resistors. Gumagamit ako ng isang 24V supply at isang Boost converter upang itaas ang pare-pareho na kasalukuyang sa 26.4V. (Sa board ng ISS, gagamitin ng aking disenyo ang 27V na magagamit at isang Buck converter upang babaan ang boltahe at ibigay ang palaging kasalukuyang 26.4V)

Ito ang listahan ng mga bahagi para sa sistema ng pag-iilaw.

32, White 6000-6500k, 600mA, DC 3V – 3.4V, 3W LEDs

4, 1 ohm - 1W resistors

1, 12A 400W Boost converter

1, 40mm fan

1, thermistor

1, DS3231 para sa Pi (RTC) o datalogger

18 AWG wire

… at ito ang kung paano ko planuhin na gamitin ang tatlumpu't dalawa, 3W LEDs.

Isang LED sa Yugto 1, apat sa Yugto 2 at siyam sa Yugto 3. Ang huling labing-walong LEDs ay sindihan ang Stage 4 at dalhin kami sa isang napakalaki na 96 watts ng ilaw sa humigit-kumulang na 2.4 amps.

Hakbang 5: Air Circulation at Venting System

(Mangyaring tandaan ang pagtutubero at mga kable ng kuryente ay hindi kumpleto. Ito ang mga larawan ng isang mock-up ng ipinanukalang system)

Nakamit ang sirkulasyon na may dalawang tagahanga ng 40mm. Isang push fan na pumutok sa 4th Stage mula sa duct sa itaas na kaliwang likuran. Ang hangin ay dumadaloy sa buong ika-4 na Entablado at sa harap ng ika-3 Yugto, pagkatapos ay sa pamamagitan ng ika-3 Yugto at palabas sa likuran (pataas at paligid ng ika-1 na Yugto, sa pamamagitan ng isang maikling maliit na tubo) sa likuran ng ika-2 Yugto. Ang isang tagahanga ng pull sa maliit na tubo sa itaas ng ika-2 Yugto, ay iguhit ang hangin sa pamamagitan ng ika-2 Yugto at palabas sa kanang sulok sa itaas. Pagkumpleto ng paglalakbay sa pamamagitan ng sistema ng sirkulasyon ng hangin.

Ang 4th Stage venting ay direktang lalabas sa itaas na pader sa likuran. Ang 3rd Stage ay magpapalabas sa pamamagitan ng pang-itaas na dingding din. Ang 2nd Stage ay ilalabas nang diretso sa tuktok at ang germination Stage (Stage 1) ay magpapalabas ng likurang pader, katulad ng Stages 3 at 4.

Hakbang 6: NFT Hydroponic System

(Ang probe ng EC, probe ng temperatura, sensor ng antas ng likido, mga hose para sa kapalit ng pagsingaw mula sa reservoir ng tubig-tabang at mga hose na kumukonekta sa sump pump sa mga kanal, lahat ay matatagpuan dito sa sump ngunit hindi ipinakita sa larawang ito)

Kasama sa system ang isang 9, 000 + ml / cc sump, isang 7, 000 + ml // cc freshwater reservoir para sa kapalit na pagsingaw, isang 12V 800L / oras na water pump, isang UV-C sterilizer upang pumatay ng anumang algae sa tubig na pumapasok sa 8 port adjustable flow manifold, isang aeration tower na may taliwas na flow fan upang i-aerate ang pababang dumadaloy na tubig mula sa Stage 2 at pagpapakilos ng yugto ng pag-ubos ng tubig, isang sensor ng antas ng likido, isang sensor ng EC, isang sensor ng temperatura ng tubig, isang dosis ng peristaltic pump na mula sa nutrient reservoir, isang yugto ng pagpapakilos na pinapanatili ang mga sustansya sa solusyon sa reservoir at limang mga labangan o channel ng paglago. Ang limang mga channel ng paglago, ang yugto ng pagpapakilos, ang aeration tower ay tumatanggap ng tubig mula sa 8 port na naaayos na daloy ng sari-sari. Kapag kailangang mapagsilbihan ang sistemang hydroponic, ang isang dobleng poste na itapon (DPST) na cutoff switch na matatagpuan sa harap ng panel ay magsasara ng kuryente papunta sa water pump, UV-C sterilizer at peristaltic pump nutrient doser. Papayagan nito ang "Gumagamit" na ligtas na magtrabaho sa hydroponic system nang hindi mapanganib ang kanilang sarili o ang ani.

Hakbang 7: Awtomatikong Nutrient System ng Paghahatid

Ginagamit ko ang "Self Optimizing Automated Arduino Nutrient Doser" na binuo ni Michael Ratcliffe para sa proyektong ito. Inangkop ko ang kanyang sketch sa aking system at hardware at ginagamit ko ang "Three Dollar EC - PPM Meter" bilang aking EC sensor.

Ang impormasyon o tagubilin para sa parehong mga proyektong ito ay matatagpuan sa: element14, hackaday o michaelratcliffe

Hakbang 8: Ang Elektronikong Mga Sistema ng Awtomatiko

Ang Lighting system ay gagamit ng isang Arduino micro controller, isang DS3231 para sa Pi (RTC), isang 4 module ng relay, apat na 1 ohm - 1 watt resistors, tatlumpu't dalawang 3W White LED's, isang 400W Boost converter, tatlong resistors ng larawan, isang 40mm computer fan at isang thermistor. Gagamitin ng micro controller ang RTC upang i-oras ang mga ilaw sa isang 12 oras, 12 oras na cycle. Susubaybayan nito ang mga antas ng ilaw sa ika-2, ika-3 at ika-4 na yugto na may mga resistors ng larawan at alerto na may alarma LED / piezo, kung nakita nito ang isang mababang antas ng ilaw sa anumang yugto, sa panahon ng isang ilaw sa pag-ikot. Ang temperatura ng LED driver board ay susubaybayan ng isang thermistor na nakakonekta sa linya sa 40mm fan at awtomatikong magsisimulang lumamig kapag may sapat na init na napansin.

Ang Nutrient delivery system ay binuo ni Michael Ratcliffe. Gumagamit ang system ng isang Arduino Mega, isa sa mga ideya ng EC probe ni Michael, isang 1602 LCD keypad display Shield, isang DS18B20 water sensor ng temperatura, isang 12V peristaltic dosing pump at isang 5V opto na nakahiwalay na relay. Nagdagdag ako ng isang optical level ng antas ng likido. Susubaybayan ng system ang EC at temperatura ng tubig at isasaaktibo ang peristaltic pump sa dosis na mga nutrisyon kung kinakailangan. Susubaybayan ng micro controller ang antas ng tubig sa sump at alerto gamit ang isang alarma LED / piezo kung ang temperatura ng tubig ng sump ay lampas sa saklaw ng itinakda ng gumagamit, kung ang data ng sensor ng EC ay lampas sa hanay na itinakda ng gumagamit para sa mas mahaba kaysa sa itinakda ng gumagamit tagal ng oras o kung ang antas ng tubig ng sump ay bumaba sa ibaba ng antas ng itinakda ng gumagamit.

Ang sistema ng Air Circulation ay binubuo ng isang Arduino microcontroller, apat na AM2302 sensor, anim na 40mm fan ng computer (dalawang tagahanga ng sirkulasyon ng hangin para sa ika-2, ika-3 at ika-4 na Yugto at 4 na mga tagahanga ng vent), isang UV-C sterilizer at anim na 5V na opto na nakahiwalay na mga relay (para sa mga tagahanga). Susubaybayan ng controller ang temperatura ng hangin at kahalumigmigan sa lahat ng 4 na Yugto at awtomatikong simulan ang dalawang sistema ng sirkulasyon ng fan o ang mga indibidwal na tagahanga ng vent ng yugto kung kinakailangan upang mapanatili ang temperatura at halumigmig sa loob ng mga saklaw ng set ng gumagamit. Itatakda at kontrolin din ng controller ang tiyempo ng UV-C sterilizer at panatilihin ang isang alarma LED / piezo sakaling ang temperatura o halumigmig ay lampas sa antas ng itinakda ng gumagamit sa alinman sa 4 na Mga Yugto.

Hakbang 9: Ang Build

Ang kaso na 50 cm3, ang mga kanal, ang reservoir na kapalit ng pagsingaw ng tubig-tabang, ang aeration tower, ang gitnang duct ng sirkulasyon ng hangin, ang drawer ng 1st at 2nd Stage, ang mga brace ng bubong (hindi ipinakita) at karamihan sa iba pang sumusuporta sa istraktura, ay itatayo mula 0.187 " Itim na ABS. Ang mga kurtina sa harap para sa mga yugto ay ipinapakita sa Mylar film sa mock up, ngunit malamang na magawa mula sa mapanimdim na pinahiran na acrylic o polycarbonate sa aktwal na prototype. Ang pag-iilaw (hindi ipinakita ngunit binubuo ng 4 na arrays ng 8, 3W LEDs sa serye) ay mai-mount sa humigit-kumulang na 0.125 "aluminyo sheet na may 0.125" tanso na tubo na solder sa tuktok na bahagi para sa likidong paglamig, (ang paglamig ay papasok at lalabas mula sa likuran ng yunit upang paghiwalayin ang cooler na hindi nauugnay sa kumpetisyon.

Ang boost converter (ipinapakita sa larawan ng tuktok na lugar ng pag-iimbak) ay maaaring mailipat sa ilalim ng tray ng germination (Stage 1) upang magbigay ng karagdagang init para sa pagtubo. Ang mga AM2302, sensor ng temperatura at halumigmig (hindi ipinakita), ay matatagpuan mataas sa bawat Yugto (sa labas ng regular na nakaplanong landas ng sirkulasyon ng hangin)

Maaaring lumitaw ang disenyo na hindi iniisip ang tungkol sa espasyo,

ngunit hindi iyon ang kaso. Ang aking sistemang NTF na inilarawan dito ay hindi na-optimize o binago para sa kalawakan, ngunit ang mga NTF hydroponic system ay seryosong kalaban para sa natatanging pangangailangan ng mga pananim sa kalawakan sa microgravity at mayroon akong mga ideya para sa pag-optimize sa kalawakan.

Hiniling sa amin ng paligsahan na mag-disenyo ng isang sistema na tumubo ng maraming mga halaman sa isang tinukoy na espasyo at i-automate ang disenyo hangga't maaari.

Ang mga napiling disenyo para sa Phase 2 ay kakailanganin na palaguin muna ang mga halaman sa lupa. Naniniwala akong natutupad ng aking disenyo ang lahat ng mga kinakailangan ng patimpalak at ginagawa ito habang nirerespeto ang totoong puwang na kinakailangan para sa paglaki ng halaman, sirkulasyon ng hangin, mga awtomatikong kontrol sa kapaligiran at isang linggong halaga ng mga natupok para sa mga halaman. Lahat sa loob ng 50 cm3 na puwang ay binigyan kami.

Hakbang 10: Upang Balutin Ito

Ang awtomatiko ng The GARTH Project ay binabawasan ang kinakailangang pansin sa isang beses sa isang linggo.

Isang pitong tiklop na pagbaba sa pagpapanatili, kumpara sa sistemang "VEGGIE".

Anim na halaman ang nagsimula lingguhan sa The GARTH Project.

Isang apat na beses na pagtaas sa produksyon, kumpara sa anim na halaman na nagsimula buwanang sa The "VEGGIE" system.

Isinasaalang-alang ko ang mga pagbabagong ito na Mabisa, Imbento at Mahusay.

Sana ay ikaw din.

Runner Up sa Lumalagong Beyond Earth Maker Contest