Cultivador de plantes de microgravetat "Disco Ball": 13 passos

2024 Autora: John Day | [email protected]. Última modificació: 2024-01-30 08:12

Hola lectors, aquest projecte és una presentació professional al concurs Growing Beyond Earth Maker Contest.

Aquest projecte és una prova de concepte per a un potencial disseny de jardineres que es podria utilitzar per fer créixer el pla en microgravetat.

Basat en les regles del concurs, he enumerat els requisits del sistema,

1. El sistema ha de cabre en una àrea de 50 cm ^ 3.
2. El sistema ha d’aprofitar la microgravetat.
3. El sistema es podria orientar en qualsevol posició
4. El sistema pot ser font d’energia externament des dels rails d’alimentació interns de l’ISS.
5. El sistema ha d’automatitzar gran part del procés de creixement amb la mínima interacció dels astronautes.

amb els supòsits anteriors vaig començar a dissenyar el sistema.

Pas 1: proposta de projecte

Per començar vaig fer un resum general del que pensava que podria ser el sistema, La idea inicial que tenia era un orbe suspès al centre de l’entorn en creixement amb il·luminació muntada al marc circumdant.

La base d'aquesta caixa acolliria l'aigua i l'electrònica.

En aquesta etapa, vaig començar a enumerar els components potencials d’aquest sistema,

1. Marc: caldria seleccionar un material de marc adequat
2. Il·luminació: quin tipus d’il·luminació seria la millor? Tires LED?
3. Sensors: perquè el sistema estigui automatitzat hauria de ser capaç de detectar humitat com ara el temps lliure i la temperatura.
4. Control: l'usuari necessitaria una manera d'interactuar amb la MCU

L’objectiu d’aquest projecte és produir una prova de concepte, basant-me en les lliçons apreses, faré una llista de futurs treballs i desenvolupament necessaris per portar aquesta idea més enllà.

Pas 2: Prova del concepte - Matèria

La llista de materials (Projecte de materials) d’aquest projecte costarà aproximadament 130 lliures esterlines per demanar tot el necessari, d’aquest cost aproximadament 100 lliures esterlines s’utilitzarà per fabricar una sola unitat productora de plantes.

És probable que tingueu una bona part dels components electrònics que redueixin dràsticament el codi.

Pas 3: electrònica: disseny

He utilitzat Fritzing per planificar l'electrònica necessària per a aquest projecte, Les connexions haurien de seguir el següent,

LCD 16x2 I2C

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

Codificador rotatiu (es van seleccionar D3 i D2 ja que són els pins Arduino Uno Interupt)

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

Sensor de temperatura DS18B20

1. GND> GND
2. DQ> D4 (Arduino, amb una pujada de 5V de 4k7)
3. VDD> 5V

Sensor d’humitat del sòl

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

Mòdul de relé dual

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

per als altres enllaços, consulteu el diagrama anterior.

Pas 4: Electrònica: muntatge

He muntat l'electrònica tal com es descriu al diagrama de la pàgina anterior, Vaig fer servir el protoboard per fer un escut per a l’Arduino Uno, Per fer-ho, vaig trencar el tauler aproximadament de la mida de l'Uno i després vaig afegir pins d'encapçalament masculins que estaven alineats amb els encapçalaments femenins de l'Uno.

Si les connexions coincideixen amb el diagrama anterior, el sistema hauria de funcionar correctament, pot ser una bona idea dissenyar les connexions de manera similar a la meva per simplicitat.

Pas 5: Programari: pla

La idea general de la funcionalitat del programari és que el sistema faci un bucle continu al voltant de la lectura dels valors del sensor. A cada cicle, els valors es mostraran a la pantalla LCD.

L'usuari podrà accedir al menú mantenint premut el commutador giratori, un cop detectat, s'obrirà la interfície d'usuari del menú. L'usuari tindrà algunes pàgines disponibles,

1. Inicieu la bomba d'aigua
2. Commuta l'estat del LED (activat / desactivat)
3. Canvia el mode del sistema (automàtic / manual)
4. Surt del menú

Si l'usuari ha seleccionat el mode automàtic, el sistema comprovarà si els nivells d'humitat es troben dins del valor llindar, si no ho és, bombarà aigua automàticament, esperarà un retard fixat i tornarà a comprovar-ho.

Es tracta d’un sistema d’automatització bàsic, però que funcionarà com a punt de partida per a futurs desenvolupaments.

Pas 6: desenvolupament de programari

Biblioteques obligatòries

• DallasTemperature
• LiquidCrystal_I2C-master
• OneWire

Notes de programari

Aquest codi és el primer esborrany de codi que proporciona al sistema una funcionalitat bàsica, que inclou

Consulteu el Nasa_Planter_Code_V0p6.ino adjunt per obtenir la versió més recent del codi del sistema, Lectures de temperatura i humitat a la pantalla.

Mode automàtic i mode manual: l'usuari pot fer que el sistema bombi automàticament aigua a un llindar d'humitat

Calibració del sensor Moisuture: cal completar manualment els valors AirValue i WaterValue, ja que cada sensor serà lleugerament diferent.

Interfície d'usuari per al control del sistema.

Pas 7: Mecànic: disseny (CAD)

Per dissenyar aquest sistema he utilitzat Fusion 360, el conjunt final es pot veure / descarregar des de l’enllaç següent

a360.co/2NLnAQT

El conjunt s’adapta a l’àrea de concurs de 50cm ^ 3 i ha utilitzat canonada de PVC per construir el marc de la caixa, amb un suport imprès en 3D per a les unions de cantonada. Aquest marc té més parts impreses en 3D que s’utilitzen per muntar les parets del tancament i la il·luminació LED.

Al centre del recinte tenim el jardiner "Disco Orb" que és un conjunt de 4 parts, (2 mitges d’orb, 1 base d’orb, 1 tub). Té retallades específiques que permeten inserir la canonada de la bomba d’aigua i el sensor d’humitat capacitiu a la secció del sòl.

A la base del disseny podeu veure la caixa de control, que conté l'electrònica i proporciona rigidesa al marc. En aquesta secció podem veure la pantalla i els controls de la interfície d'usuari.

Pas 8: Mecànica: peces impreses en 3D

El muntatge mecànic requereix diverses peces impreses en 3D, Suports de marcs de cantonada, suports de panell lateral, frontissa de portes, suports de LED i suports de caixa de control, Aquestes parts haurien de ser aproximadament de 750 g de pes i 44 hores de temps d'impressió.

Les peces es poden exportar des del conjunt 3D enllaçat a la pàgina anterior o es poden trobar a thingiverse aquí, www.thingiverse.com/thing:4140191

Pas 9: Mecànic: muntatge

Tingueu en compte que el meu muntatge he saltat les parts de la paret del recinte, principalment a causa de limitacions de temps i costos, En primer lloc, hem de reduir la canonada de PVC fins a seccions de 440 mm, necessitarem 8 seccions de canonada com aquesta. 8 suports LED impresos i 4 suports de cantonada de marc.

Ara hem de preparar les tires LED,

1. Talleu les tires de les marques de tisora a aproximadament 15 cm de longitud, hem de tallar 8 seccions de tires LED
2. Exposeu els coixinets + & - traient una mica de goma
3. Soldeu els connectors de capçalera masculins (talleu seccions de 3 i soldeu cada extrem en un coixinet)
4. Traieu el protector adhesiu de la part posterior de cada tira i fixeu-lo a les parts de la impressora 3D de suport LED.
5. Ara feu un cable per enllaçar tots els aspectes positius i negatius de cada tira
6. Finalment, engegueu-lo i comproveu que tots els LED funcionin

Pas 10: Projecte: progrés fins ara

Fins ara, això és el que he aconseguit a través del muntatge d'aquest projecte, Tinc previst continuar actualitzant aquesta guia a mesura que es desenvolupi el projecte,

Què queda per fer

• Muntatge complet de la caixa de control
• Electrònica domèstica
• Prova el sistema de bombament d'aigua
• Reviseu el progrés

Pas 11: lliçons apreses

Tot i que a hores d’ara el projecte no s’ha acabat, encara he après algunes coses importants investigant aquest projecte.

Dinàmica de fluids en microgravetat

Aquest és un tema increïblement complex, que introdueix molts problemes invisibles per a la dinàmica de fluids estàndard basada en la gravetat. Tots els nostres instints naturals sobre com actuaran els fluids surten per la finestra en microgravetat i la NASA ha hagut de reinventar la roda per aconseguir que funcionin sistemes terrestres relativament senzills.

Detecció d'humitat

Obteniu informació sobre els diferents mètodes que s’utilitzen habitualment per a la detecció d’humitat (Sensors volumètrics, tensiòmetres i estat sòlid; consulteu aquest enllaç per obtenir una bona lectura sobre el tema

Notes menors

La canonada de PVC és excel·lent per construir bastidors ràpidament, Necessito millors eines per treballar la fusta!

Planifiqueu amb antelació els projectes d’afició, segmenteu les tasques i fixeu els terminis com a la feina.

Pas 12: Treball futur

Després de llegir sobre com gestionem la dinàmica de fluids en microgravetat, estic molt interessat en dissenyar la meva pròpia solució per al problema, M'agradaria portar aquest disseny aproximat més enllà, la idea d'aquest sistema és utilitzar un dipòsit de manxes amb motors pas a pas que pugui comprimir la zona del contenidor per mantenir una certa pressió de canonada.

Pas 13: Conclusió

Gràcies per llegir, espero que us hagi agradat, si teniu alguna pregunta o voleu ajuda amb qualsevol cosa tractada en aquest projecte, no dubteu a comentar-los.

Jack.