Daha Az Alanda Daha Fazla Marul Yetiştirmek Veya Uzayda Marul Yetiştirmek, (Daha Fazla veya Daha Az).: 10 Adım

2024 Yazar: John Day | [email protected]. Son düzenleme: 2024-01-30 13:18

Bu, Instructables aracılığıyla gönderilen Growing Beyond Earth, Maker Yarışması'na profesyonel bir başvurudur.

Uzay mahsulü üretimi için tasarım yapmaktan ve ilk Eğitilebilir Yazımı göndermekten daha heyecanlı olamazdım.

Başlamak için, yarışma bizden istedi.

“… (1) 50cm x 50cm x 50cm'lik bir hacme uyan, (2) bitki büyümesini sürdürmek için gerekli tüm özellikleri, yani yapay ışık, bir sulama sistemi içeren bitki büyüme odanızın tasarımını ve yapısını detaylandıran bir Talimat Yazısı gönderin, ve sirkülasyon havası araçları ve (3) mümkün olduğu kadar çok bitkiyi sığdırmak ve başarılı bir şekilde büyütmek için iç hacmi etkili ve yaratıcı bir şekilde kullanır.”

Yarışma gerekliliklerini ve SSS'leri okuduktan sonra tasarım sürecinde aşağıdaki varsayımları yaptım.

Bir Astronot tarafından "proje" ile haftada bir kez planlanan etkileşim kabul edilebilir ve yarışma kriterlerindeki otomatik kontrol yönünü geçersiz kılmaz.

Ünite uzayda olsaydı, ISS üniteye güç sağlayacağından, “proje” için PSU 50cm3'ün dışına yerleştirilebilir. “Projenin” içindeki LED'ler için soğutma, ünite uzaydaysa, ISS üniteye soğutma sağlayabildiğinden, 50cm3'ün dışından kaynaklanabilir.

"Kullanıcı", planlanan haftalık bakım için 50cm3 hacmin üst ve 4 tarafına sınırsız erişime sahip olabilir, ancak "proje" ile ilgili planlanmamış bir sorun ortaya çıkarsa, planlanmamış sorunları hariç tutamaz.

Ardından, yarışma için parametreleri topladım

Proje Verileri

Su: 100 mL/bitki/gün (önerilen)

Aydınlatma: PAR 400-700nm içinde 300-400 ?mol/M2/s (önerilen)

Işık döngüsü: 12/12

Işık tipi: LED (önerilen)

Hava sirkülasyonu: 2.35cf/0.0665m3 için (tasarımımın büyüme alanı)

ISS'deki Sıcaklık: 65 ila 80˚F / 18,3 ila 26,7°C (referans için)

Bitki türü: 'Çirkin' Kırmızı Roma marul

Olgun bitki boyutu: 15cm yüksekliğinde ve 15cm çapında

Büyüme sistemi: (Tasarımcının seçimi)

Gereçler

Malzemelere ihtiyacımız olacak

(Bu parçalar kavramı kanıtlamak için kullanılır, muhtemelen uzay yolculuğu onaylı DEĞİLDİR)

1 – 0.187” 48”x96” Beyaz ABS

3 – Mikro kontrolörler

1 – 1602 LCD ekran

1 – Nano için Data Logger kalkanı

3 – Foto dirençler

4 – AM2302 sensörleri

1 – DS18B20 sıcaklık sensörü

1 – EC sensörü, 1 – 15mA 5V Optik Sıvı Seviyesi

1 – Pi için DS3231 (RTC)

…ve daha fazla malzeme

1 – Peristaltik dozaj pompası

1 – 12V su pompası

1 – Piezo buzzerleri

3 – 220 Ohm dirençler

1 – DPST anahtarı

1 – 265-275nm UVC Sterilizatör

24 – 1½” sıhhi kapaklar

1 – Sıvı/Hava manyetik karıştırma aşaması

1 – Damla kontrol başlığı, 8 hat

1 – Damla sulama hortumu

1 – Yedek su kabı

1 – ½ ID PVC boru

70 – LED'leri takmak için vidalar

18 AWG & 22 AWG Tel

1 – Shrink boru

1 – LED soğutucu için alüminyum

5 – 6 mm boyunda dokunsal anahtarlar

4 – 1 Ohm, 1 Watt dirençler

1 – Pkg çekirdekli “Çirkin” marul

…ve dahası

1 – 400W Güçlendirme kartı

32 – 3W Beyaz LED, (6000-6500k)

1 – 24V / 12V / 5V / 3.3V PSU

8 – 40mm bilgisayar fanları

11 – 5V Opto izole röleler

10 – 1N4007 geri tepme diyotu

24 – Taşyünü tapalar

1 – Hidroponik besinler

1 – Besin kabı

1 – Mylar kaplama

…ve araçlar

yapıştırma solventi

Testere

Delik testereleri

Havya

Lehim

Delmek

Matkap uçları

Tornavidalar

Bilgisayar

USB kablosu

Arduino IDE yazılımı

Adım 1: Mevcut “VEGGIE” Sisteminin Karşılaştırılması

ISS'deki “VEGGIE” sistemi, 28 günde (4 hafta) 6 baş marul yetiştirebilir. "VEGGIE" 6 ay boyunca koşarsa (bir astronotun ISS'de olduğu ortalama süre), iki haftalık ek 6 baş ile 36 baş marul yetiştirirdi. 3 kişilik bir ekip için bu, ayda iki kez taze sebze demektir.

GARTH Projesi, 28 günde (4 hafta) 6 baş marul yetiştirecek. AMA.. 6 ay boyunca koşarsa, çeşitli büyüme aşamalarında ek 18 baş ile 138 baş marul yetiştirirdi. 3 kişilik bir ekip için bu, ayda 7½ kez veya neredeyse haftada iki kez taze sebzelerdir.

Bu dikkatinizi çekerse… tasarıma daha yakından bakalım

2. Adım: GARTH Projesi

Bahçe Bitkileri için Büyüme Otomasyonu Kaynak Teknolojisi

(GARTH Projesinin fotoğrafları, Dollar Store köpük çekirdek levhasından yapılmış tam ölçekli bir makettir)

GARTH Projesi, 4 ayrı optimize edilmiş büyüme alanı kullanarak verimliliği en üst düzeye çıkarır. Ayrıca aydınlatma, hava kalitesi, su kalitesi ve su değişimi için otomatik kontrol sistemleri içerir.

32, Beyaz 6000K LED ışıkları, önerilen PAR gereksinimlerini sağlar. İç ortamı korumak için iki fanlı hava sirkülasyon sistemi ve dört fanlı havalandırma sistemi dahil edildi ve bitkileri beslemek ve izlemek için otomatik, kendi kendini optimize eden Besin İnce Film (NTF) hidroponik sistemi seçildi. Buharlaşma değiştirme suyu, bir astronotun yardımı olmadan hidroponik sistemdeki besin seviyesini korumak için gerekli olan, sürekli karıştırılan sıvı besin deposunun yakınındaki üst depolama alanındaki ayrı bir rezervuarda tutulur. Tüm güç üst depolama alanına girer, çalışır ve dağıtılır.

Adım 3: Tasarım Özellikleri

Dört büyüme alanı

1. Aşama (çimlenme), 0-1 haftalık tohumlar için, yaklaşık 750 cc büyüme alanı

2. Aşama, 1-2 haftalık bitkiler için yaklaşık 3.600 cc büyüme alanı

3. Aşama, 2-3 haftalık bitkiler için yaklaşık 11.000 cc büyüme alanı

4. Aşama, 3-4 haftalık bitkiler için yaklaşık 45.000 cc büyüme alanı

(1. ve 2. Aşama alanları, dikim, bakım ve temizliği kolaylaştırmak için çıkarılabilir bir tepsi üzerinde birleştirilmiştir)

Adım 4: Aydınlatma Sistemi

PAR metreye erişim olmadan aydınlatma zordu, neyse ki yarışmada Bay Dewitt Fairchild Tropik Botanik Bahçesi'nden sorularıyla gidecekti. Beni çok yardımcı olan çizelgelere yönlendirdi ve bu çizelgeler de beni led.linear1'e yönlendirdi. Grafikler ve web sitesi ile aydınlatma ve devre ihtiyaçlarımı hesaplayabildim.

Tasarımım, 1 ohm, 1 watt dirençli 4 dizi 8, 3 watt LED'i çalıştırmak için 26.4V kaynak voltajı kullanıyor. Sabit akımı 26.4V'a yükseltmek için 24V besleme ve Boost dönüştürücü kullanacağım. (ISS'de tasarımım, mevcut 27V'yi ve voltajı düşürmek ve 26,4V'luk sabit akım sağlamak için bir Buck dönüştürücüyü kullanacaktı)

Bu, aydınlatma sistemi için parça listesidir.

32, Beyaz 6000-6500k, 600mA, DC 3V–3.4V, 3W LED'ler

4, 1 ohm – 1W dirençler

1, 12A 400W Güçlendirme dönüştürücü

1, 40 mm fan

1, termistör

1, Pi (RTC) veya veri kaydedici için DS3231

18 AWG tel

… ve bu otuz iki, 3W LED'i bu şekilde kullanmayı planlıyorum.

Aşama 1'de bir LED, Aşama 2'de dört ve Aşama 3'te dokuz LED Son on sekiz LED, Aşama 4'ü aydınlatacak ve bizi yaklaşık 2,4 amperde toplam 96 watt ışığa getirecektir.

Adım 5: Hava Sirkülasyonu ve Havalandırma Sistemi

(Sıhhi tesisat ve elektrik tesisatının tamamlanmadığını lütfen unutmayın. Bunlar önerilen sistemin maketinin fotoğraflarıdır)

Sirkülasyon iki adet 40mm fan ile sağlanmaktadır. Sol üst arka kısımdaki kanaldan 4. Aşamaya üfleyen itmeli bir fan. Hava 4. Aşama boyunca ve 3. Aşamanın önüne, ardından 3. Aşama boyunca ve arkadan (kısa bir kanal yoluyla 1. Aşamanın yukarı ve çevresinde) 2. Aşamanın arkasına akacaktır. 2. Kademe üzerindeki kanalda bulunan bir çekme fanı, havayı 2. Kademe içinden ve sağ ön üst köşeden dışarı çekecektir. Hava sirkülasyon sistemi ile yolculuğun tamamlanması.

4. Aşama havalandırması doğrudan üst arka duvardan dışarı çıkacaktır. 3. Aşama, üst arka duvarından da havalandırılacaktır. 2. Aşama doğrudan üstten havalandırılacak ve Aşama 3 ve 4'e benzer şekilde çimlenme Aşaması (Aşama 1) arka duvardan havalandırılacaktır.

Adım 6: NFT Hidroponik Sistem

(EC probu, sıcaklık probu, sıvı seviye sensörü, tatlı su rezervuarından buharlaşma değiştirme hortumları ve karter pompasını kanallara bağlayan hortumlar, tümü burada karterde yer alacaktır ancak bu fotoğrafta gösterilmemiştir)

Sistem, 9, 000+ml/cc'lik bir hazne, buharlaşma değişimi için 7,000+ml//cc'lik bir tatlı su deposu, 12V 800L/saatlik bir su pompası, suya giren sudaki yosunları öldürmek için bir UV-C sterilizatörü içerir. 8 portlu ayarlanabilir akış manifoldu, 2. Aşamadan aşağı akan suyu ve karıştırma aşaması egzoz suyunu havalandırmak için karşı akış fanlı bir havalandırma kulesi, bir sıvı seviye sensörü, bir EC sensörü, bir su sıcaklık sensörü, besin deposundan bir peristaltik pompa dozajı, besin maddelerini rezervuarda ve beş büyüme oluğu veya kanalında çözelti içinde tutan bir karıştırma aşaması. Beş büyüme kanalı, karıştırma aşaması, havalandırma kulesi 8 portlu ayarlanabilir akış manifoldundan su alır. Hidroponik sisteme servis verilmesi gerektiğinde, ön panelde bulunan çift kutuplu tek atışlı (DPST) kesme anahtarı gücü kesecektir. su pompasına, UV-C sterilizatörüne ve peristaltik pompa besin dozlayıcıya. Bu, "Kullanıcı"nın, kendilerini veya mahsulü tehlikeye atmadan hidroponik sistem üzerinde güvenli bir şekilde çalışmasına izin verecektir.

Adım 7: Otomatik Besin Dağıtım Sistemi

Bu proje için Michael Ratcliffe tarafından geliştirilen “Self Optimizing Automated Arduino Nutrient Doser” programını kullanıyorum. Taslağını sistemime ve donanımıma uyarladım ve EC sensörüm olarak Michael'ın “Üç Dolarlık EC – PPM Metre”sini kullanıyorum.

Bu projelerin her ikisi için bilgi veya talimat şu adreste bulunabilir: element14, hackaday veya michaelratcliffe

Adım 8: Otomasyon Sistemlerinin Elektroniği

Aydınlatma sistemi Arduino mikro denetleyici, bir adet Pi (RTC) için DS3231, bir adet 4 röle modülü, dört adet 1 ohm – 1 watt direnç, otuz iki adet 3W Beyaz LED, bir adet 400W Boost dönüştürücü, üç adet foto direnç, bir adet 40mm bilgisayar kullanılacaktır. fan ve bir termistör. Mikro denetleyici, ışıkları 12 saatlik açık, 12 saatlik kapalı bir döngüde zamanlamak için RTC'yi kullanacaktır. 2., 3. ve 4. aşamalardaki ışık seviyelerini foto rezistörler ile izleyecek ve bir ışıklar açık çevrimi sırasında herhangi bir aşamada düşük ışık seviyesi tespit ederse LED/piezo alarm ile uyaracaktır. LED sürücü kartının sıcaklığı 40mm fana bağlı bir termistör tarafından izlenecek ve yeterli ısı algılandığında otomatik olarak soğumaya başlayacaktır.

Besin Dağıtım sistemi Michael Ratcliffe tarafından geliştirilmiştir. Sistem bir Arduino Mega, Michael'ın EC prob fikirlerinden biri, bir adet 1602 LCD tuş takımı ekran kalkanı, bir adet DS18B20 su sıcaklık sensörü, bir adet 12V peristaltik dozaj pompası ve bir adet 5V opto izole röle kullanır. Bir adet optik sıvı seviye sensörü ekledim. Sistem, EC ve su sıcaklığını izleyecek ve besinleri gerektiği gibi dozlamak için peristaltik pompayı etkinleştirecektir. Mikro denetleyici, karterdeki su seviyesini izleyecek ve karterin su sıcaklığı kullanıcı tarafından belirlenen aralığın dışındaysa, EC sensör verileri kullanıcı tarafından belirlenen aralığın dışındaysa, bir LED/piezo alarmı ile uyarır. veya haznenin su seviyesi kullanıcı tarafından ayarlanan seviyenin altına düşerse.

Hava Sirkülasyonu sistemi bir Arduino mikrokontrolörü, dört AM2302 sensörü, altı adet 40mm bilgisayar fanı (2., 3. ve 4. Aşamalar için iki adet hava sirkülasyon fanı ve 4 adet havalandırma fanı), bir adet UV-C sterilizatörü ve altı adet 5V opto izole röleden oluşacaktır (hayranlar için). Kontrolör, 4 Aşamanın tümünde hava sıcaklığını ve nemi izleyecek ve sıcaklık ve nemi kullanıcı tarafından belirlenen aralıklarda tutmak için gerektiğinde iki fanlı sirkülasyon sistemini veya ayrı aşama havalandırma fanlarını otomatik olarak başlatacaktır. Kontrolör ayrıca UV-C sterilizatör zamanlamasını ayarlayacak ve kontrol edecek ve 4 Aşamadan herhangi birinde sıcaklık veya nemin kullanıcı tarafından ayarlanan seviyelerin ötesine geçmesi durumunda bir LED/piezo alarmı sürdürecektir.

9. Adım: Yapı

50 cm3 kasa, kanallar, tatlı su buharlaşma yedek rezervuarı, havalandırma kulesi, merkezi hava sirkülasyon kanalı, 1. ve 2. Siyah ABS. Sahnelerin ön perdeleri, maket üzerinde Mylar filminde gösterilmektedir, ancak gerçek prototipte büyük olasılıkla yansıtıcı kaplamalı akrilik veya polikarbonattan yapılacaktır. Aydınlatma (gösterilmemiştir ancak seri olarak 8, 3W LED'lerden oluşan 4 diziden oluşur), sıvı soğutma için üst tarafa lehimlenmiş 0.125" bakır boru ile yaklaşık 0.125" alüminyum levha üzerine monte edilecektir (bu soğutma arkadan girip çıkacaktır. Ünitenin yarışma dışı ilgili soğutucuyu ayırmak için) NTF suyunun Aşama 1 ve 2'ye sıhhi tesisatı (fotoğrafların hiçbirinde gösterilmemiştir ancak) 2. Aşamanın önündeki hızlı bir bağlantı ile bağlanacaktır.

Destek dönüştürücü (üst saklama alanının fotoğrafında gösterilmiştir), çimlenme için ek ısı sağlamak üzere çimlenme tepsisinin (Aşama 1) altına yerleştirilebilir. AM2302, sıcaklık ve nem sensörleri (gösterilmemiştir), her Aşamada yüksekte yer alacaktır (düzenli olarak planlanan hava sirkülasyon yolunun dışında)

Tasarım, uzayı hiç düşünmüyormuş gibi görünebilir,

ama durum böyle değil. Burada açıklanan NTF sistemim uzay için optimize edilmedi veya değiştirilmedi, ancak NTF hidroponik sistemleri, mikro yerçekiminde uzay bitkilerinin benzersiz ihtiyaçları için ciddi rakipler ve uzay optimizasyonu için fikirlerim var.

Yarışma, tanımlanmış bir alanda daha fazla bitki yetiştiren bir sistem tasarlamamızı ve tasarımı mümkün olduğunca otomatikleştirmemizi istedi.

2. Aşama için seçilen tasarımların önce onu yeryüzünde yetiştirmesi gerekecek. Tasarımımın yarışmanın tüm gereksinimlerini karşıladığını ve bunu bitki büyümesi, hava sirkülasyonu, otomatik çevre kontrolleri ve bitkiler için bir haftalık sarf malzemeleri için gereken gerçek alana saygı göstererek yaptığına inanıyorum. Hepsi bize verilen 50 cm3'lük alan içindeydi.

Adım 10: Kapatmak İçin

The GARTH Project'in otomasyonu, gereken dikkati haftada bir kez azaltır.

"VEGGIE" sistemine kıyasla bakımda yedi kat azalma.

The GARTH Project'te haftalık olarak altı tesis başladı.

“VEGGIE” sisteminde aylık olarak başlatılan altı fabrikaya kıyasla üretimde dört kat artış.

Bu değişiklikleri Etkili, Yaratıcı ve Verimli buluyorum.

Umarım sen de yaparsın.

Growing Beyond Earth Maker Yarışmasında İkincilik