ISS uchun bo'shliqning bo'rining o'sadigan kubini sindiring: 5 qadam

2024 Muallif: John Day | [email protected]. Oxirgi o'zgartirilgan: 2024-01-30 13:24

Biz Long -Aylenddan (Nyu -York) G'arbiy Hollow o'rta maktabimiz. Biz har haftada bir marta Hack Hollow deb nomlangan klubda uchrashadigan, biz muhandislar bo'lamiz, u erda biz bir qancha ishlab chiqaruvchi loyihalarni loyihalashtiramiz, kodlaymiz va quramiz. Biz ishlayotgan barcha loyihalarni BU YERDA ko'rishingiz mumkin. Bizning asosiy e'tiborimiz oziq -ovqat va ekologik robototexnika kelajagini o'rganish edi. Biz o'qituvchimiz janob Regini bilan ilmiy laboratoriya orqasida avtomatlashtirilgan vertikal gidroponika fermasini yig'dik va saqladik. Biz oxirgi ikki yil davomida GBE dasturida ham qatnashdik. Biz bilamizki, bu qiyinchilik o'rta maktab o'quvchilarini talab qilgan, lekin biz sizni maktab maskotimiz nomi bilan atalgan Wolverine bilan tanishtirish uchun yana ikki yil kutishdan juda xursand bo'ldik. Bu biz qilayotgan ishlarning bir turi!

Ushbu loyihada siz Arduino, Raspberry Pi va ular bilan birga keladigan barcha elektron shirinliklarni o'z ichiga olgan juda ko'p narsalarni topasiz. Bundan tashqari, biz kubni loyihalashda TinkerCad -dan yuqori qadam sifatida Fusion 360 -dan foydalanishni yoqtirdik. Bu loyiha ba'zi yangi ishlab chiqaruvchi platformalarda tishimizni kesish uchun ajoyib imkoniyat bo'ldi. Biz dizayn guruhlariga bo'lingan edik, ularning har biri Grow Cube -ning bir jihatiga e'tibor qaratishlari kerak edi. Biz uni ramka, qopqoq va taglik, yoritish, devorlarni o'stirish, suv, fanatlar va atrof -muhit sensorlariga ajratdik. Agar biz sizga keyingi bosqichlarda muhokama qilinadigan qismlarni vizualizatsiya qilishda yordam kerak bo'lsa, biz ishlatadigan barcha materiallar bilan bog'lanishlar ro'yxatiga havola qildik. Sizga yoqadi degan umiddamiz!

Ta'minotlar

Ramka:

• 1 "80/20 alyuminiy ekstruziyalari
• Tee yong'oqlari
• Qo'llab -quvvatlash qavslari
• Menteşalar
• T-kanalli mos keladigan planer bo'g'inlari
• T-kanalli mos keladigan quvur va simli qo'llanmalar
• Eshiklarni yopadigan magnitlar
• 3 x magnit qamish kalitlari

Devorlarni o'stirish:

• Farm Tech past profilli NFT kanallari
• NFT kanallari uchun qopqoqlar
• Gofrirovka qilingan plastmassa plitalar
• Olib tashlanadigan kanallarni joyida ushlab turish uchun magnitlar

Qopqoq:

• Gofrirovka qilingan plastmassa varaq
• 3D bosilgan LED yorug'lik moslamasi (Fusion 360)
• Plastik toklar va elektronika uchun uskunalar

Yoritish:

• Adafruit -dan manzilli neopikselli chiziqlar (60LED/m)
• Neopixel ulagichlari
• Neopixel kliplar
• 330uF, 35V ajratuvchi kondansatör
• 1K ohmli qarshilik
• Kumush bilan qoplangan HVAC alyumin folga tasmasi
• Buck konvertori

Suv: (Bizning sevimli xususiyatimiz):

• 2 x Nema 17 qadamli motorlar
• Arduino uchun Adafruit qadam qalqoni
• 3D bosilgan chiziqli aktuatorli shprits nasosi (Fusion 360)
• 2 x 100-300 ml shprits
• Luer qulflash ulanishlari va tee/tirsak bo'g'inlari bilan quvurlar
• 2 x 300 mm x 8 mm T8 vintlardek va yong'oqlar
• 2 x uchuvchi ulagich
• 2 x yostiqli rulman bloklari
• 4 x 300 mm x 8 mm chiziqli harakatlanuvchi milya qo'llanmalari
• 4 x 8 mm LM8UU chiziqli rulmanlar
• Tuproqni nazorat qilish va shprits nasoslarini boshqarish uchun 4 x DF Robot sig'imli qarshilik namlik sensori

Havo aylanishi:

• 2 x 5 dyuymli 12V fanatlar
• 5 dyuymli fan filtri qopqoqlari
• 2 x TIP120 Darlington tranzistorlari va issiqlik qabul qilgichlari
• 12V quvvat manbai
• Panelga o'rnatilgan bochka ulanish adapteri
• 2 x 1K ohmli rezistorlar
• 2 x flyback diodlari
• 2 x 330uF, 35V elektrolitik ajratuvchi kondansatörler
• DHT22 harorat va namlik sensori 4.7K ohmli rezistor bilan

Elektronika:

• Raspberry Pi 3B+ dvigatelli HAT
• 8 Gb SD -karta
• Arduino Mega
• Adafruit perma-proto non paneli
• 2 x 20x4 i2C LCD displeylar
• 22AWG torli aloqa simlari
• Dupont ulagichi to'plami
• Adafruit SGP30 havo sifati sensori w/ eCO2

Asboblar:

• Lehimlash temir
• Lehim to'plami
• Yordam qo'llari
• Simlarni siqish va ochish asboblari
• Tornavidalar
• Qahva (janob Regini uchun)

1 -qadam: 1 -qadam: ramkani qurish

Ramka 1 dyuymli 80/20 t kanalli alyuminiy ekstruziyalar yordamida quriladi. U alyuminiy tirsak bo'g'inlari va yong'oqlar bilan biriktiriladi. Og'irlikni ushlab turishdan tashqari, kanallar bizning suvimiz uchun yo'l bo'lib xizmat qiladi. chiziqlar va simlar.

Kub, sirg'aluvchi bo'g'inlar bilan jihozlangan relslar majmuasida yotadi, bu esa kubni nafaqat old yuzini, balki uning ikkala tomonini ham ochish uchun devordan chiqarib olish imkonini beradi. Buning ilhomini talabalarimizdan biri o'z uyidagi oshxona kabinetidagi ziravorlar haqida o'ylardi.

Oddiy menteşeler yordamida, old va yon tomonlari, kubni relsdan chiqarganda ochiladigan eshiklari bo'ladi. Ular yopilganda magnitlar bilan ushlab turiladi. Bu kubning barcha 6 paneli olinadigan, chunki barcha yuzlar magnit yordamida ushlab turilgan. Ushbu dizayn tanlovining maqsadi ekish, o'simliklarni parvarish qilish, ma'lumotlarni yig'ish, yig'ish va tozalash/ta'mirlash uchun barcha sirtlarga oson kirishni ta'minlash edi.

Keyingi bosqichda panellar uchun dizaynimizni ko'rishingiz mumkin.

2 -qadam: 2 -qadam: Grow devorlarini qurish

Biz o'ylaydigan birinchi element devorlarning o'zi uchun ishlatiladigan materiallar edi. Biz ular engil bo'lishi kerak, lekin o'simliklarni qo'llab -quvvatlash uchun etarlicha kuchli bo'lishi kerakligini bilardik. Oq gofrirovka qilingan plastmassa tiniq akril ustidan tanlangan, garchi biz ichidagi o'simliklarni ko'rishimiz mumkin bo'lgan V. E. G. G. I. E rasmlarini yaxshi ko'rsak. Bu qarorning sababi shundaki, aksariyat ko'rinishlar o'simlik kanallari tomonidan to'sqinlik qilar edi va biz iloji boricha o'z LEDlarimizdan keladigan yorug'likni aks ettirishni xohlardik. Bu mantiq bizni GBE ishtiroki doirasida yuborilgan bo'linmani tekshirishdan kelib chiqdi. Oldingi bosqichda aytilganidek, bu plitalar magnitlangan alyuminiy ramkaga mahkamlanadi, shuning uchun ularni osongina olib tashlash mumkin.

Bu plastinkalarga biz gidroponika laboratoriyamizda foydalaniladigan past profilli NFT relsli uchta kanal biriktirilgan. Bizga bu tanlov yoqadi, chunki ular yupqa PVXdan yasalgan bo'lib, ular yostiqlarni ekish uchun osongina yopiladi. Bu o'sayotgan barcha ommaviy axborot vositalari, biz bu maqolani o'qiganimizda, ISSda ishlatilgan, maxsus mo'ljallangan yostiqchalarda bo'ladi. Reylar orasidagi barcha panellar chiroqlar aksini aks ettirish uchun kumush HVAC izolyatsion lenta bilan qoplangan bo'ladi.

Bizning teshiklarimiz 1 3/4 dyuymni tashkil qiladi va o'rtada 6 dyuym masofada joylashgan. Bu kubning to'rtta paneliga 9 ta ekish maydonini yaratishga imkon beradi, ular jami 36 ta o'simlik beradi. Biz bu oraliqni qizil rangga mos keladigan darajada ushlab turishga harakat qildik. Tuproq namligini kuzatadigan va shprits nasoslaridan suv chaqiradigan namlik sezgichlarimizni qabul qilish uchun kanallar frezlanadi. Bu nasoslarga biriktirilgan tibbiy quvurli sug'orish manifolti orqali har bir o'simlik yostig'iga gidratatsiya tarqatiladi. Bu shpritsga asoslangan sug'orish usuli-biz aniq sug'orish, shuningdek nol/mikro-tortishish muhitining qiyinchiliklarini engib o'tish uchun eng yaxshi amaliyot sifatida o'rganib chiqdik. Quvurlar o'simlik yostig'ining tagiga ildizlarning o'sishini ta'minlash uchun kiradi. Biz o'sayotgan muhitda suvning tarqalishiga yordam berish uchun kapillyarlikka tayanamiz.

Nihoyat, biz taglik plitasidan foydalanish yo'lini topmoqchi bo'ldik. Biz pastki yuzida kichkina dudak yaratdik, u ko'kalamzor etishtirish uchun o'sadigan to'shakni qabul qiladi. Ma'lumki, mayda ko'katlar etuklarga qaraganda 40 barobar ko'proq hayotiy ozuqalarga ega. Bu kosmonavtlarning ratsioniga juda foydali bo'lishi mumkin. Bu bizning o'quvchilarimiz mikro ko'katlarning ozuqaviy qiymati haqida topgan bitta maqola.

3 -qadam: 3 -qadam: O'simliklarni sug'orish

Biz oldingi bosqichda chiziqli aktuatorli ukol nasoslariga murojaat qildik. Bu qurilishning eng sevimli qismi. NEMA 17 pog'onali dvigatellari kubik qopqog'idagi 100cc-300cc hajmli ikkita shpritsning pistonini siqib chiqaradigan chiziqli aktuatorlarni boshqaradi. Biz Hackaday -dagi ochiq manbali loyihalarni ko'rib chiqib, Fusion 360 yordamida dvigatel korpuslarini, piston haydovchisini va yo'riqnomani qurdik. Biz motorni boshqarishni o'rganish uchun Adafruit -ning ajoyib veb -saytida ushbu qo'llanmani kuzatdik.

Biz kosmonavtlarni sug'orish vazifasidan ozod qilish yo'lini topmoqchi edik. Bosqichlar tizim ichidagi o'simliklar o'z suvini talab qilganda faollashadi. O'sish kubining turli joylarida 4 ta sig'imli namlik sensori o'simlik yostiqlariga ulangan. Tizimdagi har bir ekish maydonchasida bu datchiklarni o'sadigan kanallarga o'ralgan joy bor. Bu sensorlarning joylashishini kosmonavtlar tomonidan tanlanishi va vaqti -vaqti bilan o'zgartirilishiga imkon beradi. Tizimda suvni taqsimlash samaradorligini oshirishdan tashqari, bu har bir o'simlik o'z suvini qanday iste'mol qilayotganini tasavvur qilish imkonini beradi. Namlik chegaralarini kosmonavtlar o'rnatishi mumkin, shunda sug'orish ularning ehtiyojlariga muvofiq avtomatlashtiriladi. Ukollarni to'ldirish oson bo'lishi uchun Luer qulflash ulanishlari bilan asosiy sug'orish kollektoriga biriktirilgan. O'sish panellari sug'orish manifoldiga o'xshash ulanish protokolidan foydalanadilar, shuning uchun ularni kubdan osongina olib tashlash mumkin.

Datchiklar tomonidan to'plangan ma'lumotni 20x4 o'lchamli LCD displeyda, qopqog'iga biriktirilgan holda o'qish mumkin, yoki tizimning Cayenne yoki Adafruit IO IoT platformalari bilan integratsiyasi orqali yig'iladi, ko'rsatiladi va chiziladi. Arduino o'z ma'lumotlarini USB kabeli yordamida bortdagi Raspberry Pi -ga yuboradi, keyin Pi -ning Wi -Fi kartasi yordamida Internetga o'tadi. Bu platformalarda ogohlantirishlar o'rnatilishi mumkin, agar bizning tizim o'zgaruvchilarimiz belgilangan chegara qiymatlaridan chiqib ketgan bo'lsa, kosmonavtlarga xabar berish uchun.

4 -qadam: 4 -qadam: Yorug'lik va fanatlar nazorati bilan aqlli qopqoq

Bizning o'sayotgan kubikning qopqog'i butun operatsiyaning miyasi vazifasini bajaradi, shuningdek, o'stiruvchi muhim elementlar uchun uylarni ta'minlaydi. Qopqoqning pastki qismidan pastga cho'zilgan - bu 3D bosma LED korpus bo'lib, u har bir devor plitasining yorug'ligini, shuningdek pastki qismidagi mikro ko'kat matni yuqori yoritishni ta'minlaydi. Bu yana Fusion 360 -da ishlab chiqilgan va bizning MakerBot -da chop etilgan. Har bir yorug'lik xonasida konkav tayanch bilan himoyalangan 3 ta LED tasmasi mavjud. Ushbu qo'llab -quvvatlash, uning aks ettirish qobiliyatini oshirish uchun HVAC izolyatsiya tasmasi bilan kumushlangan. Quvvat va qopqoqning yuqori qismidagi ma'lumotlarga kirish uchun simlar markaziy bo'sh ustun bo'ylab harakatlanadi. Bu uyning kattaligi uning atrofida o'sadigan o'simliklarning maksimal balandligi 8 dyuymga yetishiga imkon beradigan oyoq iziga ega bo'lish uchun tanlangan. Bu raqam bizning laboratoriyamizdagi vertikal gidroponik bog'larda o'sadigan etuk ajoyib salatlarning o'rtacha balandligi ekanligi aniqlandi. Balandligi 12 dyuymga etishi mumkin, lekin biz astronavtlar o'sib chiqqandan so'ng, ular o'tlab o'tsa, uni kesilgan va yana o'sadigan kubga aylantiradi deb o'yladik.

Biz foydalanadigan neopixellar alohida -alohida manzilli bo'lib, ular chiqaradigan ranglar spektrini nazorat qila olamiz. Bu o'simliklar o'sishning turli bosqichlarida yoki turlardan turlarga o'tadigan yorug'lik spektrlarini o'zgartirish uchun ishlatilishi mumkin. Qalqonlar, agar kerak bo'lsa, har bir devorda har xil yorug'lik sharoitlarini yaratishga mo'ljallangan edi. Biz tushunamizki, bu mukammal sozlash emas va biz ishlatadigan chiroqlar texnik jihatdan o'sadigan chiroqlar emas, lekin biz buni kontseptsiyaning yaxshi isboti deb his qildik.

Qopqoqning yuqori qismida odatda kompyuter minoralarining haroratini nazorat qilish uchun ishlatiladigan 5 dyuymli 12V ikkita sovutish foniy bor. Biz uni shunday tuzdikki, biri havoni tizimga itaradi, ikkinchisi esa havo chiqarish vazifasini bajaradi. Ularning ikkalasi ham hech qanday chiqindilar chiqmasligi va kosmonavt nafas oladigan muhitga kirmasligi uchun nozik to'r pardasi bilan qoplangan. Havo tasodifan ifloslanishining oldini olish uchun eshiklarga biriktirilgan magnitli qamish kalitlari ochilganda fanatlar yopiladi. Ventilyatorlarning tezligi PWM orqali Raspberry pi ustidagi Motor HAT yordamida boshqariladi. Ventilyatorlar kubga o'rnatilgan DHT22 sensori orqali Pi ga berilgan harorat yoki namlik ko'rsatkichlari asosida shartli ravishda tezlashtirilishi yoki sekinlashtirilishi mumkin. Bu o'qishlarni yana LCD displeyda yoki namlik sensorlaridagi IoT asboblar panelida ko'rish mumkin.

Fotosintez haqida o'ylayotganda, biz o'sayotgan kubdagi CO2 va umumiy havo sifatini ham hisobga olishni xohladik. Shu maqsadda biz eCO2 va umumiy VOClarni kuzatish uchun SGP30 sensorini qo'shdik. Ular vizualizatsiya uchun LCD va IoT boshqaruv paneliga yuboriladi.

Siz ham ko'rasizki, bizning juft shprits nasoslari qopqoqning yon tomoniga o'rnatilgan. Ularning quvurlari alyuminiy ekstruziya tayanch ramkasining vertikal kanallari bo'ylab yo'naltiriladi.

5 -qadam: Yakunlovchi fikrlar va kelajakdagi takrorlanishlar

Biz birgalikda oziq -ovqat etishtirishdan olgan bilimlarimizdan foydalanib, Wolverine -ni yaratdik. Biz bir necha yillardan buyon o'z bog'larimizni avtomatlashtiryapmiz va bu noyob muhandislik vazifasini bajarish uchun ajoyib imkoniyat edi. Biz bilamizki, bizning dizaynimiz oddiy boshlanishlarga ega, lekin biz u bilan birga o'sishni orziqib kutamiz.

Belgilangan muddat tugashidan oldin biz qila olmagan qurilishning bir jihati - tasvirni olish. Bizning talabalarimizdan biri Raspberry Pi kamerasi va OpenCV bilan tajriba o'tkazdi, biz mashinani o'rganish orqali o'simliklarning sog'lig'ini aniqlashni avtomatlashtirishimiz mumkinligini bilish uchun. Biz hech bo'lmaganda eshiklarni ochmasdan o'simliklarni ko'rish imkoniyatiga ega bo'lishni xohlardik. Har bir o'sayotgan devorning tasvirini olish uchun yuqori panelning pastki qismini aylantira oladigan va keyin ularni vizualizatsiya qilish uchun Adafruit IO boshqaruv paneliga chop etadigan panjara mexanizmini o'z ichiga oladi. Bu o'sayotgan ekinlarning chindan ham salqin kechikishiga olib kelishi mumkin. Bizningcha, bu muhandislik loyihalash jarayonining bir qismi. Har doim qilinadigan ishlar va yaxshilanishlar bo'ladi. Ishtirok etish imkoniyati uchun katta rahmat!