Mikro Yerçekimi Bitki Yetiştiricisi "Disco Ball": 13 Adım

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

Merhaba okuyucular, bu proje Growing Beyond Earth Maker Yarışması'na profesyonel bir başvurudur.

Bu proje, mikro yerçekiminde plan büyütmek için kullanılabilecek potansiyel bir ekici tasarımı için bir konsept kanıtıdır.

Yarışma kurallarından yola çıkarak sistemin gereksinimlerini sıraladım,

1. Sistem 50cm^3'lük bir alana sığmalıdır.
2. Sistem mikro yerçekiminden faydalanmalıdır.
3. Sistem herhangi bir pozisyonda yönlendirilebilir
4. Sistem, ISS dahili güç raylarından harici olarak güç kaynağı olabilir.
5. Sistem, astronotların minimum etkileşimi ile büyüme sürecinin çoğunu otomatikleştirmelidir.

Yukarıdaki varsayımlarla sistemi tasarlamaya başladım.

Adım 1: Proje Teklifi

Başlamak için, sistemin nasıl görünebileceğini düşündüğümün kaba bir taslağını çizdim, Aklımdaki ilk fikir, çevredeki çerçeveye monte edilmiş aydınlatma ile büyüyen ortamın merkezinde asılı duran bir küreydi.

Bu kutunun tabanı su ve elektroniği barındırır.

Bu aşamada böyle bir sistemin olası bileşenlerini sıralamaya başladım,

1. Çerçeve - Uygun bir çerçeve malzemesi seçmeniz gerekir
2. Aydınlatma - Ne tür bir aydınlatma en iyisidir? LED şeritler?
3. Sensörler - Sistemin otomatik hale getirilmesi için nem ve sıcaklık gibi nemi algılayabilmesi gerekir.
4. Kontrol - Kullanıcının MCU ile etkileşim kurmanın bir yoluna ihtiyacı olacaktır

Bu projenin amacı, öğrenilen derslere dayalı olarak bir kavram kanıtı üretmektir. Bu fikri daha da ileriye götürmek için gerekli olan gelecekteki iş ve geliştirmelerin bir listesini yapacağım.

2. Adım: Kavram Kanıtı - Malzeme Listesi

Bu proje için Malzeme Listesi (Malzeme Listesi), gereken her şeyi sipariş etmek için yaklaşık 130 sterline mal olacak, bu maliyetin yaklaşık 100 sterlini tek bir bitki yetiştirme ünitesi yapmak için kullanılacak.

Kodu önemli ölçüde azaltan elektronik bileşenlerin adil bir yığınına sahip olmanız muhtemeldir.

Adım 3: Elektronik - Tasarım

Bu proje için gerekli elektronikleri planlamak için Fritzing'i kullandım, Bağlantılar şu şekilde gitmeli,

LCD 16x2 I2C

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

Rotary Encoder (D3 & D2, Arduino Uno Interupt pinleri oldukları için seçilmiştir)

1. GND > GND
2. + > 5V
3. Yazılım > D5 (Arduino)
4. DT > D3 (Arduino)
5. CLK > D2 (Arduino)

DS18B20 Sıcaklık Sensörü

1. GND > GND
2. DQ > D4 (Arduino, 5V 4k7 çekmeli)
3. VDD > 5V

Toprak Nemi Sensörü

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

Çift Röle Modülü

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

diğer bağlantılar için lütfen yukarıdaki şemaya bakın.

Adım 4: Elektronik - Montaj

Elektroniği bir önceki sayfanın şemasında anlatıldığı gibi bir araya getirdim, Arduino Uno için bir kalkan yapmak için protokolü kullandım, Bunu yapmak için, tahtayı kabaca Uno'nun boyutuna böldüm ve ardından Uno'daki dişi başlıklarla hizalanan erkek başlık pimlerini ekledim.

Bağlantılar önceki şema ile eşleşiyorsa, sistem doğru çalışmalıdır, basitlik için bağlantıları bana benzer şekilde düzenlemek iyi bir fikir olabilir.

Adım 5: Yazılım - Planlayın

Yazılım işlevselliği için genel fikir, sistemin sensör değerlerini okuma etrafında sürekli olarak dönmesidir. Her döngüde değerler LCD'de görüntülenecektir.

Kullanıcı, döner düğmeyi basılı tutarak menüye erişebilecek, bu tespit edildiğinde menü kullanıcı arayüzü açılacaktır. Kullanıcının birkaç sayfası olacak,

1. Su Pompasını Başlat
2. LED Durumunu Değiştir (Açık / Kapalı)
3. Sistem Modunu Değiştir (Otomatik / Manuel)
4. Menüden Çık

Kullanıcı Otomatik modu seçmişse sistem nem seviyelerinin eşik değerde olup olmadığını kontrol edecek, değilse otomatik olarak su pompalayacaktır sabit bir gecikme bekleyip tekrar kontrol edecektir.

Bu temel bir otomasyon sistemidir ancak gelecekteki gelişmeler için bir başlangıç noktası olarak çalışacaktır.

Adım 6: Yazılım - Geliştirme

Gerekli Kitaplıklar

• DallasSıcaklık
• LiquidCrystal_I2C-master
• Tek Tel

Yazılım Notları

Bu kod, sisteme temel işlevsellik kazandıran ilk taslak koddur.

Sistem kodunun en son sürümü için ekteki Nasa_Planter_Code_V0p6.ino'ya bakın, Ekranda Sıcaklık ve Nem okumaları.

Otomatik Mod ve Manuel Mod - Kullanıcı, sistemin belirli bir nem eşiğinde suyu otomatik olarak pompalamasını sağlayabilir

Nem Sensörü Kalibrasyonu - Her sensör biraz farklı olacağından AirValue ve WaterValue içeriğinin manuel olarak doldurulması gerekir.

Sistemi kontrol etmek için Kullanıcı Arayüzü.

Adım 7: Mekanik - Tasarım (CAD)

Bu sistemi tasarlamak için Fusion 360 kullandım, son montaj aşağıdaki linkten görüntülenebilir/indirilebilir

a360.co/2NLnAQT

Montaj, 50cm^3'lük yarışma alanına sığar ve kutunun çerçevesini oluşturmak için PVC boru kullandı, köşe birleşimleri için 3D baskılı braket ile. Bu çerçeve, muhafaza duvarlarını ve LED aydınlatmayı monte etmek için kullanılan daha fazla 3D baskılı parçaya sahiptir.

Muhafazanın ortasında 4 parçalı bir montaj olan "Disco Orb" ekici var, (2 yarım küre, 1 taban küre, 1 tüp). Bu, su pompası borusunun ve kapasitif nem sensörünün toprak bölümüne yerleştirilmesine izin vermek için özel kesimlere sahiptir.

Tasarımın temelinde kontrol kutusunu görebilirsiniz, bu elektronik aksamları barındırır ve çerçeveye sağlamlık kazandırır. Bu bölümde Kullanıcı Arayüzü ekranını ve Kontrollerini görebiliriz.

Adım 8: Mekanik - 3D Basılı Parçalar

Mekanik montaj, çeşitli 3D baskılı parçalar gerektirir, Köşe Çerçeve Braketleri, Yan Panel Bağlantıları, Kapı Menteşesi, LED Bağlantıları ve Kontrol Kutusu Braketleri, Bu parçalar kabaca toplam 750g ağırlık ve 44 saatlik baskı süresine sahip olmalıdır.

Parçalar, bir önceki sayfada bağlantısı verilen 3B montajdan dışa aktarılabilir veya burada şey evreninde bulunabilir, www.thingiverse.com/thing:4140191

Adım 9: Mekanik - Montaj

Montajımın, çoğunlukla zaman ve maliyet sınırlamaları nedeniyle, muhafaza duvar parçalarını atladığımı unutmayın.

Öncelikle PVC Boruyu 440mm kesitlere kadar kesmemiz gerekiyor, bunun gibi 8 kesit boruya ihtiyacımız olacak. 8 LED Montaj Baskılı ve 4 Çerçeve Köşe Braketi.

Şimdi LED şeritleri hazırlamamız gerekiyor,

1. Makas işaretlerindeki şeritleri kabaca 15 cm uzunluğunda kesin, 8 parça LED şerit kesmemiz gerekiyor
2. Biraz kauçuk çıkararak + & - Pedleri ortaya çıkarın
3. Erkek başlık konektörlerini lehimleyin (3'lü bölümleri kesin ve her bir ucu bir ped'e lehimleyin)
4. Her şeridin arkasındaki yapışkan koruyucuyu çıkarın ve LED montajlı 3D yazıcı parçalarına takın.
5. Şimdi her şeridin tüm pozitif ve negatiflerini birbirine bağlamak için bir kablo yapın
6. Sonunda gücü açın ve tüm LED'lerin çalışıp çalışmadığını kontrol edin.

Adım 10: Proje - Şimdiye Kadar İlerleme

Şimdiye kadar bu projenin montajından elde ettiğim kadarıyla, Proje geliştikçe bu kılavuzu güncellemeye devam etmeyi planlıyorum,

yapacak ne kaldı

• Komple kontrol kutusu montajı
• Ev Elektroniği
• Test su pompalama Sistemi
• İlerlemeyi gözden geçir

Adım 11: Alınan Dersler

Şu an proje tamamlanmamış olsa da, bu projeyi araştırarak birkaç önemli şey öğrendim.

Mikrogravitede Akışkanlar Dinamiği

Bu, standart yerçekimine dayalı akışkanlar dinamiği için pek çok görünmeyen sorunu ortaya çıkaran şaşırtıcı derecede karmaşık bir konudur. Akışkanların nasıl hareket edeceğine dair tüm doğal içgüdülerimiz, mikro yerçekiminde pencereden dışarı çıkıyor ve NASA, nispeten basit dünya tabanlı sistemlerin çalışması için tekerleği yeniden icat etmek zorunda kaldı.

Nem Algılama

Nem tespiti için yaygın olarak kullanılan farklı yöntemler hakkında bilgi edinin (Hacimsel Sensörler, Tansiyometreler ve Katı Hal, konuyla ilgili iyi bir okuma için bu bağlantıya bakın

Küçük Notlar

PVC Boru, çerçeveleri hızlı bir şekilde oluşturmak için mükemmeldir, Daha iyi ahşap işleme aletlerine ihtiyacım var!

Hobi projeleri üzerinde önceden plan yapın, görevleri bölümlere ayırın ve tıpkı işte olduğu gibi son tarihler belirleyin!

Adım 12: Gelecekteki Çalışma

Mikro yerçekiminde akışkanlar dinamiğini nasıl yönettiğimizi okuduktan sonra, sorun için kendi çözümümü tasarlamakla çok ilgileniyorum, Bu kaba tasarımı daha da ileri götürmek istiyorum, bu sistem için fikir, belirli bir boru basıncını korumak için konteyner alanını sıkıştırabilen kademeli motorlu bir körüklü tank kullanmaktır.

Adım 13: Sonuç

Okuduğunuz için teşekkürler Umarım beğenmişsinizdir, herhangi bir sorunuz varsa veya bu projede yer alan herhangi bir konuda yardım istiyorsanız yorum yapmaktan çekinmeyin!

Jack.