I-hack ang Wolverine Grow Cube ng Hollow para sa ISS: 5 Hakbang

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

Kami ay West Hollow middle school mula sa Long Island, NY. Kami ay naghahangad na mga inhinyero na magtagpo isang beses sa isang linggo sa isang club na tinatawag na Hack the Hollow kung saan kami nagdidisenyo, nag-code, at bumuo ng isang bilang ng mga proyekto sa paggawa. Maaari mong suriin ang lahat ng mga proyekto na pinagtatrabahuhan natin DITO. Ang aming pangunahing pokus ay upang pag-aralan ang hinaharap ng mga robot at pagkain at pangkapaligiran. Pinagsama at pinapanatili namin ang isang automated na patayong hydroponics farm sa likuran ng aming science lab kasama ang aming guro na si G. Regini. Nakilahok din kami sa programa ng GBE sa huling dalawang taon. Alam namin na ang hamong ito ay tumawag para sa mga mag-aaral sa high school, ngunit labis kaming nasasabik na maghintay ng dalawang taon pa upang maipakilala ka sa Wolverine, na pinangalanan pagkatapos ng aming maskot sa paaralan. Ito ay uri ng ginagawa namin!

Sa proyektong ito, mahahanap mo ang maraming mga bagay na gusto naming gamitin kabilang ang Arduino, Raspberry Pi, at lahat ng mga kagamitang elektronikong sumasama sa kanila. Nasiyahan din kami sa paggamit ng Fusion 360 bilang isang hakbang mula sa TinkerCad upang idisenyo ang kubo. Ang proyektong ito ay isang perpektong pagkakataon na kunin ang aming ngipin sa ilang mga bagong platform ng gumagawa. Pinaghiwalay kami sa mga koponan ng disenyo na ang bawat isa ay dapat tumuon sa isang aspeto ng Grow Cube. Pinaghiwalay namin ito sa frame, takip at baseplate, pag-iilaw, paglaki ng mga dingding, tubig, tagahanga, at mga sensor ng kapaligiran. Gumawa kami ng mga link sa aming listahan ng mga supply sa lahat ng mga materyal na ginagamit namin kung kailangan mo ng tulong na mailarawan ang mga bahagi na tinalakay sa mga sumusunod na hakbang. Inaasahan namin na nasiyahan ka!

Mga gamit

Frame:

• 1 "80/20 aluminium extrusions
• Mga mani ng tee
• Suportahan ang mga braket
• Mga bisagra
• T-channel na katugmang mga glider joint
• T-channel na katugmang tubo at mga gabay sa wire
• Ang mga magnet na humahawak ng mga pinto ay sarado
• 3 x mga switch ng magnetic reed

Lumago pader:

• Mababang mga profile NFT channel ng Farm Tech
• Sakop ng NFT channel
• Mga corrugated na plastic sheet
• Mga magnet na pinanghahawakan ang mga naaalis na channel sa lugar

Lid:

• Corrugated plastic sheet
• 3D na naka-print na LED na lumalaki ang ilaw na kabit (Fusion 360)
• Mga plastik na standoff at hardware para sa electronics

Pag-iilaw:

• Maaaring matugunan ang mga neopixel strip mula sa Adafruit (60LED / m)
• Mga konektor ng neopixel
• Mga clip ng Neopixel
• 330uF, 35V decoupling capacitor
• 1K ohm risistor
• Silvered HVAC aluminyo foil tape
• Buck converter

Tubig: (Ang aming paboritong tampok):

• 2 x Nema 17 Mga motor na Stepper
• Adafruit Stepper Shield para sa Arduino
• 3D na naka-print na linear actuator syringe pump (Fusion 360)
• 2 x 100-300mL syringes
• Tubing na may mga koneksyon sa Luer lock at mga kasukasuan ng katangan / siko
• 2 x 300mm x 8mm T8 lead screws at nut
• 2 x lumipad na magkakabit
• 2 x mga bloke ng tindig ng unan
• 4 x 300mm x 8mm linear na mga gabay ng baras ng galaw
• 4 x 8mm LM8UU linear bearings
• 4 x DF Robot capacitive paglaban kahalumigmigan sensor upang subaybayan ang lupa at kontrolin ang mga syringe pump

Pag-ikot ng Air:

• 2 x 5 "12V na mga tagahanga
• 5 "mga takip ng filter ng fan
• 2 x TIP120 Darlington transistors at heat sink
• 12V supply ng kuryente
• Adapter ng koneksyon ng mount jack ng panel
• 2 x 1K ohm resistors
• 2 x flyback diode
• 2 x 330uF, 35V electrolytic decoupling capacitors
• DHT22 temperatura at kahalumigmigan sensor w / 4.7K ohm risistor

Elektronikong:

• Raspberry Pi 3B + w / Motor HAT
• 8GB SD card
• Arduino Mega
• Adafruit perma-proto breadboard
• 2 x 20x4 i2C LCDs
• 22AWG napadpad na mga wire sa koneksyon
• Dupont konektor kit
• Adafruit na SGP30 air quality sensor w / eCO2

Mga tool:

• Panghinang
• Kit ng panghinang
• Mga kamay na tumutulong
• Crimping at paghuhubad ng mga tool para sa mga wire
• Screwdrivers
• Kape (para kay G. Regini)

Hakbang 1: Hakbang 1: Pagbubuo ng Frame

Itatayo ang frame gamit ang magaan na timbang na 1 80/20 t channel na mga extrusion ng aluminyo. Ito ay gaganapin kasama ng mga aluminyo na siko na kasukasuan at mga t nut. Bilang karagdagan sa pagpapanatili ng timbang, ang mga channel ay kikilos bilang mga landas ng gabay para sa aming tubig mga linya at kable.

Ang cube ay magpapahinga sa isang hanay ng mga riles na nilagyan ng mga gliding joint na magpapahintulot sa cube na makuha mula sa isang pader upang mailantad hindi lamang ang harapan nito, ngunit ang pareho ding panig nito. Ang inspirasyon para dito ay nagmula sa isa sa aming mga mag-aaral na iniisip ang tungkol sa spice rack sa kanyang mga kabinet sa kusina sa bahay.

Gamit ang mga simpleng bisagra, ang harap at mga gilid ay may mga pintuan na maaaring magbukas kapag ang cube ay hinugot sa riles nito. Ang mga ito ay gaganapin sa lugar ng mga magnet kapag sarado. Ang lahat ng 6 na panel ng kubo na ito ay naaalis dahil ang lahat ng mga mukha ay pinanghahawakan din ng mga magnet. Ang layunin ng pagpipilian ng disenyo na ito ay upang bigyan ang madaling pag-access sa lahat ng mga ibabaw para sa seeding, pagpapanatili ng halaman, pagkolekta ng data, pag-aani, at paglilinis / pag-aayos.

Maaari mong makita ang aming disenyo para sa mga panel sa susunod na hakbang.

Hakbang 2: Hakbang 2: Pagbuo ng Mga Lumalagong pader

Ang unang elemento na naisip namin ay ang mga materyales na gagamitin para sa mga dingding mismo. Alam naming kailangan nila na magaan ang timbang, ngunit sapat ang lakas upang suportahan ang mga halaman. Ang puting corrugated plastic ay napili sa malinaw na acrylic kahit na gusto namin ang mga larawan ng V. E. G. G. I. E kung saan makikita namin ang mga halaman sa loob. Ang dahilan para sa pasyang ito ay dahil ang karamihan sa pagtingin ay maaring hadlangan ng mga channel ng halaman, at nais naming masasalamin ang dami ng ilaw mula sa aming mga LED hangga't maaari. Ang lohika na ito ay nagmula sa pag-iinspeksyon ng yunit na ipinadala sa amin bilang bahagi ng aming pakikilahok sa GBE. Tulad ng nakasaad sa nakaraang hakbang, ang mga plate na ito ay itinatago sa frame ng aluminyo na may mga magnet upang madali silang matanggal.

Nakalakip sa mga plato na ito ay tatlong mga channel ng mababang profile NFT lumalagong daang-bakal na ginagamit namin sa aming hydroponics lab. Gusto namin ang pagpipiliang ito dahil ang mga ito ay itinayo ng manipis na PVC na may mga takip na madaling dumulas para sa pagtatanim ng lumalaking mga unan. Ang lahat ng lumalaking media ay maglalaman sa loob ng mga espesyal na idinisenyong unan na nakita namin na ginagamit sa ISS kapag binasa namin ang ARTIKULO ITO. Ang lahat ng mga paneling sa pagitan ng mga daang bakal ay pinahiran sa pilak na pagkakabukod ng tape ng HVAC upang maitaguyod ang pagsasalamin ng mga lumalaking ilaw.

Ang aming mga bukana ay 1 3/4 at may pagitan na 6 pulgada sa gitna. Pinapayagan nito ang 9 na mga site ng pagtatanim sa bawat isa sa apat na panel ng kubo na nagbubunga ng kabuuang 36 na halaman. Sinubukan naming panatilihin ang spacing na ito na naaayon sa kung ano ang pula namin tungkol sa Outredgeous lettuces. Ang mga channel ay giniling ng mga puwang upang tanggapin ang aming mga sensor ng kahalumigmigan na susubaybayan ang kahalumigmigan ng lupa at tumatawag para sa tubig mula sa mga syringe pump. Ang hydration ay ibabahagi sa bawat indibidwal na unan ng halaman sa pamamagitan ng isang medikal na tubing watering manifold na nakakabit sa mga pump na ito. Ang pamamaraang pagtutubig na nakabatay sa syringe ay isang bagay na sinaliksik namin bilang isang pinakamahusay na kasanayan para sa parehong katumpakan na pagtutubig pati na rin ang pag-overtake sa mga hamon ng isang zero / micro-gravity environment. Papasok ang tubing sa base ng unan ng halaman upang maitaguyod ang paglaki ng ugat patungo sa labas ng Ang kubo. Kami ay umaasa sa capillarity upang matulungan ang tubig na magkalat sa buong lumalagong daluyan.

Sa wakas, nais naming maghanap ng isang paraan upang magamit ang base plate. Lumikha kami ng isang maliit na labi sa ilalim ng mukha na tatanggapin ang isang tumubo na banig upang mapalago ang mga micro greens. Ang mga micro greens ay kilala na may halos 40 beses na higit na mahahalagang nutrisyon kaysa sa kanilang mga mature na katapat. Maaaring mapatunayan nito ang napaka kapaki-pakinabang sa diyeta ng mga astronaut. Ito ay isang artikulong natagpuan ng aming mga mag-aaral tungkol sa nutritional halaga ng mga micro greens.

Hakbang 3: Hakbang 3: Pagdidilig ng mga Halaman

Sinangguni namin ang aming mga linear actuator syringe pump sa nakaraang hakbang. Ito ang aming paboritong bahagi ng build na ito. Ang mga motor ng NEMA 17 stepper ay maghimok ng mga linear actuator na magpapahupa sa plunger ng dalawang 100cc-300cc syringes sa takip ng grow cube. Dinisenyo namin ang mga pabahay ng motor, driver ng plunger, at gabay ng rig gamit ang Fusion 360 pagkatapos suriin ang ilang mahusay na mga proyekto ng bukas na mapagkukunan sa Hackaday. Sinundan namin ang tutorial na ito sa kamangha-manghang website ng Adafruit upang malaman kung paano himukin ang mga motor.

Nais naming makahanap ng isang paraan upang mapalaya ang mga astronaut mula sa gawain ng pagtutubig. Ang mga stepper ay naaktibo kapag ang mga halaman sa loob ng system ay tumatawag para sa kanilang sariling tubig. 4 na capacitive kahalumigmigan sensor ay naka-plug sa mga unan ng halaman sa iba't ibang mga lokasyon sa buong lumalaking kubo. Ang bawat lugar ng pagtatanim sa system ay may puwang upang tanggapin ang mga sensor na ito na galing sa kanilang mga lumalaking channel. Pinapayagan nitong mapili ang paglalagay ng mga sensor na ito at pana-panahong binago ng mga astronaut. Bilang karagdagan sa pag-maximize ng kahusayan sa pamamagitan ng kung saan ang tubig ay ipinamamahagi sa loob ng system, papayagan nito para sa visualization kung paano kumakain ng tubig ang bawat halaman. Ang mga threshold ng kahalumigmigan ay maaaring itakda ng mga astronaut upang ang awtomatikong pagtutubig ayon sa kanilang mga pangangailangan. Ang mga hiringgilya ay nakakabit sa pangunahing manifold ng pagtutubig na may mga koneksyon ng Luer lock para sa madaling pagpuno. Ang mga lumalaking panel mismo ay gumagamit ng isang katulad na koneksyon sa koneksyon sa sari-sari na pagtutubig upang madali silang matanggal mula sa kubo.

Ang data na nakolekta ng mga sensor ay maaaring basahin nang lokal sa isang 20x4 LCD screen na nakakabit sa talukap ng mata o malayuan kung saan ito nakolekta, ipinakita, at pinagsama ng pagsasama ng system sa alinman sa Cayenne o Adafruit IO IoT platform. Nagpapadala ang Arduino ng data nito sa onboard na Raspberry Pi gamit ang isang USB cable na papunta sa internet gamit ang Wi-Fi card ng Pi. Maaaring maitakda ang mga alerto sa mga platform na ito upang maabisuhan ang mga astronaut kapag ang alinman sa aming mga variable ng system ay lumabas sa kanilang mga preset na halaga ng threshold.

Hakbang 4: Hakbang 4: ang Smart Lid With Lighting at Fan Control

Ang takip ng aming lumalaking cube ay gumaganap bilang talino ng buong operasyon pati na rin nagbibigay ng mga pabahay para sa mga kritikal na lumalagong elemento. Ang pagpapalawak pababa mula sa ilalim ng talukap ng mata ay isang naka-print na 3D na pabahay ng LED na nagbibigay ng ilaw para sa bawat lumalaking mga plato sa dingding pati na rin ang nangungunang pag-iilaw ng banig na micro greens sa ilalim. Ito ay muling idinisenyo sa Fusion 360 at naka-print sa aming MakerBot. Ang bawat ilaw na bay ay humahawak ng 3 mga LED strip na pinangangalagaan ng isang malukong suporta. Ang suporta na ito ay may pilak na may HVAC insulation tape upang ma-maximize ang pagiging masasalamin nito. Ang mga kable ay naglalakbay ng isang gitnang guwang na haligi upang ma-access ang lakas at data sa tuktok ng talukap ng mata. Ang laki ng pabahay na ito ay pinili upang magkaroon ng isang bakas ng paa na magpapahintulot sa mga halaman na lumalaki sa paligid nito upang makamit ang maximum na taas na 8 pulgada. Ang numerong ito ay napatunayan na isang average na taas ng mga mature Outredgeous lettuces na lumalaki kami sa aming mga patayong hydroponic na hardin sa aming lab. Maaari nilang maabot ang laki ng 12 pulgada ang taas, ngunit naisip namin na ang mga astronaut ay magiging mga pastulan sa mga ito habang lumalaki silang ginagawa itong isang cut-and-come-again grow cube.

Ang mga neopixel na ginagamit namin ay isa-isang nabibigyan ng address na nangangahulugang maaari naming makontrol ang color spectrum na kanilang inilalabas. Maaari itong magamit upang mabago ang spektra ng ilaw na natatanggap ng mga halaman sa iba't ibang yugto ng kanilang paglaki o mula sa mga species hanggang sa mga species. Ang mga kalasag ay inilaan upang payagan ang iba't ibang mga kundisyon ng pag-iilaw sa bawat dingding kung kinakailangan. Naiintindihan namin na ito ay hindi isang perpektong pag-set up at ang mga ilaw na ginagamit namin ay hindi tekniko na lumalaki ng mga ilaw, ngunit naramdaman namin na ito ay isang magandang patunay ng konsepto.

Ang tuktok ng takip ay naglalaman ng dalawang 5 pulgada na 12V na mga tagahanga ng paglamig na karaniwang ginagamit upang makontrol ang temperatura ng mga tower ng computer. Idinisenyo namin ito upang ang isa ay itulak ang hangin sa system habang ang iba ay gumaganap bilang pagkuha ng hangin. Parehas silang natatakpan ng isang pinong mesh screen upang matiyak na walang mga labi na hinuhugot at papunta sa kapaligiran ng paghinga ng astronaut. Ang mga tagahanga ay nakasara kapag ang alinman sa mga switch ng magnetic reed na nakakabit sa mga pinto ay bukas upang maiwasan ang hindi sinasadyang kontaminasyon sa hangin. Ang bilis ng mga tagahanga ay kinokontrol sa pamamagitan ng PWM gamit ang Motor HAT sa Raspberry pi. Ang mga tagahanga ay maaaring mapabilis na mapabilis o mabagal batay sa alinman sa mga halagang temperatura o halumigmig na pinakain sa Pi ng naka-embed na sensor ng DHT22 sa loob ng kubo. Ang mga pagbabasa na ito ay maaaring makita muli nang lokal sa isang LCD o malayuan sa parehong dashboard ng IoT bilang mga sensor ng kahalumigmigan.

Sa pag-iisip tungkol sa potosintesis, nais din naming account para sa mga antas ng CO2 at pangkalahatang kalidad ng hangin sa grow cube. Sa layuning ito, nagsama kami ng sensor ng SGP30 upang subaybayan ang eCO2 pati na rin ang kabuuang mga VOC. Ang mga ito rin ay ipinadala sa LCDs at IoT dashboard para sa visualization.

Makikita mo rin na ang aming pares ng mga syringe pump ay naka-mount sa gilid ng talukap ng mata. Ang kanilang tubing ay nakadirekta pababa sa mga patayong channel ng frame ng suporta sa extrusion ng aluminyo.

Hakbang 5: Pagsasara ng Mga Saloobin at Mga Pag-uusapan sa Hinaharap

Dinisenyo namin ang Wolverine gamit ang kaalaman na aming nakuha mula sa aming oras na sama-samang lumalaking pagkain. Kami ay automating ang aming mga hardin para sa maraming mga taon at ito ay tulad ng isang kapanapanabik na pagkakataon na ilapat ito sa isang natatanging gawain sa engineering. Nauunawaan namin na ang aming disenyo ay may mababang mga simula, ngunit inaasahan namin ang paglaki kasama nito.

Isang aspeto ng pagbuo na hindi namin nakumpleto bago ang deadline ay ang pagkuha ng imahe. Ang isa sa aming mga mag-aaral ay nag-eksperimento sa Raspberry Pi camera at OpenCV upang makita kung maaari naming i-automate ang pagtuklas ng kalusugan ng halaman sa pamamagitan ng pag-aaral ng makina. Kami sa pinakadulo nais na magkaroon ng isang paraan upang makita ang mga halaman nang hindi na buksan ang mga pinto. Ang pag-iisip ay upang isama ang isang mekanismo ng pan-ikiling na maaaring paikutin sa ilalim ng tuktok na panel upang makuha ang mga imahe ng bawat lumalaking pader at pagkatapos ay i-print ang mga ito sa dashboard ng Adafruit IO para sa pagpapakita. Maaari itong gumawa para sa ilang mga talagang cool na time-lapses ng lumalaking pananim din. Ipagpalagay namin na bahagi lamang iyon ng proseso ng disenyo ng engineering. Palaging may gawain na dapat gawin at mga pagpapahusay na gagawin. Maraming salamat sa pagkakataong lumahok!