Microgravity Plant Grower na "Disco Ball": 13 Mga Hakbang

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

Kamusta mga mambabasa, ang proyektong ito ay isang propesyonal na pagsusumite sa Lumalagong Beyond Earth Maker Contest.

Ang proyektong ito ay isang patunay ng konsepto para sa isang potensyal na disenyo ng planter na maaaring magamit upang mapalago ang plano sa microgravity.

Batay sa mga patakaran ng paligsahan inilista ko ang kinakailangan ng system,

1. Dapat magkasya ang system sa isang 50cm ^ 3 na lugar.
2. Dapat samantalahin ng system ang microgravity.
3. Maaaring mai-orient ang system sa anumang posisyon
4. Ang system ay maaaring mapagkukunan ng panlabas na kapangyarihan mula sa panloob na riles ng kapangyarihan ng ISS.
5. Dapat i-automate ng system ang karamihan sa lumalaking proseso na may kaunting pakikipag-ugnay mula sa mga astronaut.

sa mga pagpapalagay sa itaas sinimulan ko ang pagdidisenyo ng system.

Hakbang 1: Proposal ng Proyekto

Upang magsimula gumuhit ako ng isang magaspang na balangkas ng kung anong akala ko ang magiging hitsura ng system, Ang paunang ideya na mayroon ako ay isang orb na nasuspinde sa gitna ng lumalaking kapaligiran na may ilaw na naka-mount sa nakapalibot na frame.

Ang base ng kahon na ito ay makikita ang tubig at electronics.

Sa yugtong ito nagsimula akong ilista ang pag-uuri ng mga potensyal na bahagi ng naturang system,

1. Frame - Kailangang pumili ng isang angkop na materyal sa frame
2. Pag-iilaw - Anong uri ng pag-iilaw ang magiging pinakamahusay? Mga LED strip?
3. Mga Sensor - Para ma-automate ang system kakailanganin nitong ma-sense ang mga bagay na may kahalumigmigan tulad ng moisure at temperatura.
4. Kontrol - Mangangailangan ang gumagamit ng isang paraan ng pakikipag-ugnay sa MCU

Ang layunin ng proyektong ito ay upang makabuo ng isang patunay ng konsepto, batay sa mga natutunan na aralin na gagawa ako ng isang listahan ng hinaharap na trabaho at pag-unlad na kinakailangan upang madala pa ang ideyang ito.

Hakbang 2: Katibayan ng Konsepto - BOM

Ang BOM (Bill of Materials) para sa proyektong ito ay nagkakahalaga ng humigit-kumulang na £ 130 upang mag-order ng lahat ng kinakailangan, ng halagang halagang £ 100 ay gagamitin upang makagawa ng isang solong yunit ng grower ng halaman.

Malamang na magkakaroon ka ng isang makatarungang tipak ng mga sangkap ng electronics na dramatikong binabawasan ang code.

Hakbang 3: Elektronika - Disenyo

Ginamit ko ang Fritzing upang planuhin ang kinakailangang electronics para sa proyektong ito, Ang mga koneksyon ay dapat na pumunta tulad ng sumusunod,

LCD 16x2 I2C

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

Ang Rotary Encoder (D3 at D2 ay napili dahil sila ang Arduino Uno Interupt pin)

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, na may 5V pull up ng 4k7)
3. VDD> 5V

Soil Moisture Sensor

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

Module ng Dual Relay

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

para sa iba pang mga link mangyaring tingnan ang diagram sa itaas.

Hakbang 4: Electronics - Assembly

Pinagsama ko ang electronics tulad ng inilarawan sa diagram ng nakaraang pahina, Ginamit ko ang protoboard upang gumawa ng isang kalasag para sa Arduino Uno, Upang magawa ito ay sinira ko ang pisara sa halos sukat ng Uno pagkatapos ay nagdagdag ng mga male header pin na nakahanay sa mga babaeng header sa Uno.

Kung ang mga koneksyon ay tumutugma sa nakaraang diagram na dapat gumana nang tama ang system, maaaring isang magandang ideya na i-layout ang mga koneksyon sa isang katulad na paraan sa akin para sa pagiging simple.

Hakbang 5: Software - Plano

Ang pangkalahatang ideya para sa pagpapaandar ng software ay para sa system na patuloy na mag-loop sa paligid ng pagbabasa ng mga halaga ng sensor. Sa bawat pag-ikot ang mga halaga ay ipapakita sa LCD.

Magagawa ng gumagamit na ma-access ang menu sa pamamagitan ng pagpindot sa rotary switch pababa, sa sandaling napansin na ito ay magbubukas ang menu UI. Magkakaroon ng ilang mga pahina ang gumagamit,

1. Simulan ang Water Pump
2. I-toggle ang LED State (On / Off)
3. Baguhin ang System Mode (Awtomatiko / Manwal)
4. Lumabas sa Menu

Kung pinili ng gumagamit ang Awtomatikong mode susuriin ng system kung ang mga antas ng kahalumigmigan ay nasa loob ng halaga ng threshold, kung hindi sila ay awtomatiko itong magbomba ng tubig maghintay ng isang nakapirming pagkaantala at muling suriin.

Ito ay isang pangunahing sistema ng awtomatiko ngunit gagana bilang isang panimulang punto para sa mga susunod na pag-unlad.

Hakbang 6: Software - Pag-unlad

Mga Kinakailangan na Aklatan

• DallasTemperature
• LiquidCrystal_I2C-master
• OneWire

Mga Tala ng Software

Ang code na ito ang unang draft code na nagbibigay sa pangunahing pag-andar ng system, kasama rito

Tingnan ang nakalakip na Nasa_Planter_Code_V0p6.ino para sa pinakabagong pagbuo ng system code, Ipinapakita ang mga pagbasa ng temperatura at kahalumigmigan.

Awtomatikong Mode at Manu-manong Mode - Maaaring gawin ng gumagamit ang system na awtomatikong mag-pump ng tubig sa isang threshold na kahalumigmigan

Pag-calibrate ng Moisuture Sensor - Kailangang manu-maning mapunan ang AirValue at WaterValue cont int dahil ang bawat sensor ay bahagyang magkakaiba.

User Interface para sa pagkontrol ng system.

Hakbang 7: Mekanikal - Disenyo (CAD)

Upang idisenyo ang sistemang ito ginamit ko ang Fusion 360, ang panghuling pagpupulong ay maaaring matingnan / ma-download mula sa link sa ibaba

a360.co/2NLnAQT

Ang pagpupulong ay umaangkop sa lugar ng paligsahan ng 50cm ^ 3 at gumamit ng tubo ng PVC upang maitayo ang frame ng kahon, na may naka-print na bracket na 3D para sa mga pagsali sa sulok. Ang frame na ito ay may higit na naka-print na mga bahagi ng 3D na ginagamit upang mai-mount ang mga pader ng enclosure at pag-iilaw ng LED.

Sa gitna ng enclosure mayroon kaming planter na "Disco Orb" na isang 4-bahagi na pagpupulong, (2 kalahati ng orb, 1 base ng orb, 1 tubo). Mayroon itong tiyak na mga cut-out upang payagan ang tubo ng bomba ng tubig at capacitive na sensor ng kahalumigmigan na ipasok sa seksyon ng lupa.

Sa base ng disenyo maaari mong makita ang control box, inilalagay nito ang electronics at binibigyan ang tigas ng frame. Sa seksyong ito maaari naming makita ang display at Mga Kontrol ng User Interface.

Hakbang 8: Mekanikal - 3D Mga Naka-print na Bahagi

Ang pagpupulong ng mekanikal ay nangangailangan ng iba't ibang mga naka-print na bahagi ng 3D, Mga Corner Frame Bracket, Mga Panel ng Mount Panel, Hinge ng Pinto, Mga LED Mack at Control Box Bracket, Ang mga bahaging ito ay dapat na humigit-kumulang na kabuuang 750g ng bigat at 44 na oras ng oras ng pag-print.

Ang mga bahagi ay maaaring mai-export mula sa 3D na pagpupulong na naka-link sa nakaraang pahina o maaaring matagpuan sa thingiverse dito, www.thingiverse.com/thing:4140191

Hakbang 9: Mekanikal - Assembly

Tandaan na ang myass Assembly ay nilaktawan ko ang mga bahagi ng dingding ng enclosure, karamihan ay dahil sa mga limitasyon sa oras at gastos, Una, kailangan nating putulin ang PVC Pipe pababa sa mga seksyon ng 440mm, kakailanganin namin ng 8 mga seksyon ng tubo na tulad nito. 8 Mga naka-mount na LED na Naka-print at 4 na Mga Frame Corner Bracket.

Ngayon kailangan naming ihanda ang mga LED strip,

1. Gupitin ang mga piraso sa mga marka ng gunting sa halos 15cm ang haba, kailangan naming i-cut ang 8 mga seksyon ng LED strip
2. Ilantad ang + & - Pad sa pamamagitan ng pag-alis ng kaunting goma
3. Paghinang ng mga konektor ng header ng lalaki (Gupitin ang mga seksyon ng 3 at panghinang sa bawat dulo sa isang pad)
4. Alisin ang malagkit na tagapagtanggol sa likod ng bawat strip at ilakip sa mga LED mount na bahagi ng 3D printer.
5. Gumawa ngayon ng isang cable upang mai-link ang lahat ng mga positibo at negatibo ng bawat strip
6. Panghuli i-power up ito at suriin kung gumagana ang lahat ng mga LED

Hakbang 10: Proyekto - Pagsulong Sa Ngayon

Sa ngayon ito ay hanggang sa natamo ko ang pagpupulong ng proyektong ito, Plano kong ipagpatuloy ang pag-update ng gabay na ito habang umuunlad ang proyekto,

Ano ang natitira upang gawin

• Kumpletuhin ang pagpupulong ng kahon ng kontrol
• House Electronics
• Subukan ang sistema ng pumping ng tubig
• Suriin ang pag-usad

Hakbang 11: Mga Natutuhan sa Aralin

Kahit na hanggang ngayon ang proyekto ay hindi pa nakukumpleto, natutunan ko pa rin ang ilang mahahalagang bagay mula sa pagsasaliksik sa proyektong ito.

Fluid dynamics sa Microgravity

Ito ay isang kamangha-manghang kumplikadong paksa, na nagpapakilala ng maraming mga hindi nakikitang isyu para sa karaniwang gravity-based fluid dynamics. Ang lahat ng aming likas na likas na ugali para sa kung paano kumikilos ang mga likido ay lalabas sa bintana sa microgravity at kinailangan ng NASA na muling likhain ang gulong upang makakuha ng medyo simpleng mga sistemang batay sa lupa upang gumana.

Pagkahulugan ng Moisture

Alamin ang tungkol sa iba't ibang mga pamamaraan na karaniwang ginagamit para sa pagtuklas ng kahalumigmigan (Volumetric Sensors, Tensiometers & Solid State, tingnan ang link na ito para sa mabuting basahin sa paksang

Minor na Tala

Ang PVC Pipe ay mahusay para sa mabilis na pagbuo ng mga frame, Kailangan ko ng mas mahusay na mga tool sa gawa sa kahoy!

Magplano nang maaga sa mga proyekto ng libangan, mga gawain sa segment at magtakda ng mga deadline tulad ng sa trabaho!

Hakbang 12: Gawain sa Hinaharap

Matapos basahin kung paano namin pinamamahalaan ang mga likidong dynamics sa microgravity na interesado ako sa pagdidisenyo ng sarili kong solusyon para sa problema, Nais kong gawin itong masungit na disenyo, ang ideya para sa sistemang ito ay ang paggamit ng isang tanke ng bellows na may mga stepper motor na maaaring i-compress ang lugar ng lalagyan upang mapanatili ang isang tiyak na presyon ng tubo.

Hakbang 13: Konklusyon

Salamat sa pagbabasa Inaasahan kong nasiyahan ka, kung mayroon kang anumang mga katanungan o nais ng tulong sa anumang sakop sa proyektong ito huwag mag-atubiling magbigay ng puna!

Jack.