Отглеждане на повече маруля в по -малко пространство или Отглеждане на маруля в космос, (повече или по -малко) .: 10 стъпки

2024 Автор: John Day | [email protected]. Последно модифициран: 2024-01-30 07:51

Това е професионално представяне на конкурса Maker Growing Beyond Earth, подадено чрез Instructables.

Не можех да бъда по -развълнуван да проектирам за производство на космически култури и да публикувам първия си Instructable.

За начало конкурсът ни помоли да

„… Представете инструкция, описваща подробно дизайна и конструкцията на вашата камера за растеж на растенията, която (1) се побира в обем 50 см х 50 см х 50 см, (2) съдържа всички функции, необходими за поддържане на растежа на растенията, т.е. изкуствена светлина, напоителна система, и средствата за циркулация на въздуха и (3) използва ефективно и изобретателно вътрешния обем, за да побере и успешно отглежда възможно най -много растения."

След като прочетох изискванията на конкурса и често задаваните въпроси, направих следните предположения в процеса на проектиране.

Веднъж планирано седмично взаимодействие с „проекта“от астронавт би било приемливо и няма да анулира аспекта на автоматичното управление в критериите на конкурса.

Захранващият блок за „проекта“може да бъде поставен извън 50 см3, тъй като МКС би захранвал устройството, ако устройството е в космоса. Охлаждането на светодиодите вътре в „проекта“може да възникне извън 50 см3, тъй като МКС може да достави охлаждане на устройството, ако устройството е в космоса.

„Потребителят“може да има неограничен достъп до горната и 4 страни на обема от 50 см3 за планираната седмична поддръжка, но не изключва непланирани проблеми, ако възникне непланиран проблем с „проекта“.

След това събрах параметрите за състезанието

Данни за проекта

Вода: 100 ml/растение/ден (препоръчително)

Осветление: 300-400? Mol/M2/s в рамките на PAR 400-700nm (препоръчително)

Светлинен цикъл: 12/12

Тип светлина: LED (препоръчително)

Циркулация на въздуха: за 2.35cf/0.0665m3 (площ на растеж по моя дизайн)

Температура на МКС: 65 до 80˚F / 18,3 до 26,7 ° C (за справка)

Вид растение: „Невероятна“червена ромска салата

Размери на зряло растение: 15 см височина и 15 см в диаметър

Система за отглеждане: (избор на дизайнера)

Консумативи

Ще имаме нужда от консумативи

(Тези части се използват за доказателство за концепция, вероятно НЕ са одобрени за космически пътувания)

1 - 0,187”48” x96”Бял ABS

3 - Микроконтролери

1 - 1602 LCD дисплей

1 - Щит за регистриране на данни за Nano

3 - Фоторезистори

4 - сензори AM2302

1 - Температурен сензор DS18B20

1 - EC сензор, 1 - 15mA 5V оптично ниво на течността

1 - DS3231 за Pi (RTC)

… и още консумативи

1 - Перисталтична помпа за дозиране

1 - 12V водна помпа

1 - Пиезо зумери

3 - 220 ома резистори

1 - DPST превключвател

1-265-275nm UVC стерилизатор

24 - 1½”санитарни капачки

1 - Течно/Въздушно магнитно разбъркване

1 - Глава за контрол на капките, 8 линия

1 - Тръби за капково напояване

1 - Резервен резервоар за вода

1 - ½ ID PVC тръба

70 - Винтове за закрепване на светодиоди

18 AWG & 22 AWG тел

1 - Свиваеми тръби

1 - Алуминий за LED радиатор

Тактилни превключватели с височина 5-6 мм

4 - 1 ома, 1 вата резистори

1 - Pkg семена „Outredgeous“маруля

…и още

1 - 400 W усилвателна платка

32-3W бели светодиоди, (6000-6500k)

1 - 24V / 12V / 5V / 3.3V захранване

8 - 40 мм компютърни вентилатори

11 - 5V опто изолирани релета

10 - 1N4007 обратен диод

24 - щепсели Rockwool

1 - Хидропонни хранителни вещества

1 - Контейнер с хранителни вещества

1 - Миларова ламарина

… и инструменти

Разтворител за залепване

Трион

Триони с дупки

Поялник

Припой

Пробивна машина

Свредла

Отвертки

Компютър

USB кабел

Arduino IDE софтуер

Стъпка 1: Сравняване на текущата система „VEGGIE“

Системата „VEGGIE“на МКС може да отглежда 6 глави маруля за 28 дни (4 седмици). Ако „VEGGIE“се движеше в продължение на 6 месеца, (средното време, през което астронавтът е на борда на МКС), той щеше да отгледа 36 глави маруля с допълнителни 6 глави, които бяха на две седмици. За екипаж от 3 души това са пресни зеленчуци два пъти месечно.

Проектът GARTH ще отгледа 6 глави маруля за 28 дни (4 седмици). НО.. ако течеше 6 месеца, щеше да отгледа 138 глави маруля, с допълнителни 18 глави в различни етапи на растеж. За екипаж от 3 души това са пресни зеленчуци 7½ пъти месечно или почти два пъти седмично.

Ако това привлече вниманието ви … нека разгледаме по -отблизо дизайна

Стъпка 2: Проектът GARTH

Ресурсна технология за автоматизация на растежа за градинарството

(Снимките на проекта GARTH са на мащабен макет, направен от дъска от пяна Dollar Store)

Проектът GARTH увеличава производителността чрез използването на 4 отделни оптимизирани области на растеж. Той също така включва автоматични системи за управление на осветлението, качеството на въздуха, качеството на водата и подмяната на водата.

32, бели 6000K LED светлини осигуряват предложените изисквания на PAR. Система за циркулация на въздуха с два вентилатора и система за вентилация с четири вентилатора бяха включени за поддържане на вътрешната среда и беше избрана автоматизирана, самооптимизираща се хидропонна система за хранителни тънки филми (NTF) за подхранване и наблюдение на растенията. Водата за изпаряване се задържа в отделен резервоар в горната зона за съхранение в близост до постоянно разбъркан резервоар с течни хранителни вещества, необходим за поддържане на нивото на хранителните вещества в хидропонната система без помощта на астронавт. Цялата мощност влиза, работи и се разпределя от горната зона за съхранение.

Стъпка 3: Характеристики на дизайна

Четирите области на растеж

1-ви етап (покълване), за семена на възраст 0-1 седмица, приблизително 750 cc пространство за растеж

2-ри етап, за 1-2 седмични растения, приблизително 3, 600 cc пространство за растеж

3-ти етап, за 2-3 седмични растения, приблизително 11 000 cc пространство за растеж

4-ти етап, за 3-4-седмични растения, приблизително 45 000 cc пространство за растеж

(Зоните от 1 -ви и 2 -ри етап се комбинират на подвижна тава, за да се улесни засаждането, обслужването и почистването)

Стъпка 4: Осветителна система

Осветлението беше трудно без достъп до PAR метър, за щастие конкурсът трябваше да даде на г -н Dewitt от тропическата ботаническа градина във Феърчайлд. Той ме насочи към класации, които бяха много полезни и тези диаграми също ме доведоха до led.linear1. С диаграмите и уебсайта успях да изчисля нуждите си от осветление и електрически вериги.

Моят дизайн използва 26.4V изходно напрежение, за да работи 4 масива от 8, 3 вата светодиоди последователно с 1 ом, 1 ват резистори. Ще използвам 24V захранване и Boost преобразувател, за да повиша постоянния ток до 26.4V. (На борда на МКС моят дизайн ще използва наличните 27V и конвертор на Buck за понижаване на напрежението и осигуряване на постоянен ток от 26.4V)

Това е списъкът с части за осветителната система.

32, бели 6000-6500k, 600mA, DC 3V – 3.4V, 3W светодиоди

4, 1 ома - 1W резистори

1, 12A 400W Boost конвертор

1, 40 мм вентилатор

1, термистор

1, DS3231 за Pi (RTC) или регистратор на данни

18 AWG проводник

… и ето как планирам да използвам тези тридесет и две, 3W светодиоди.

Един светодиод в етап 1, четири в етап 2 и девет в етап 3. Последните осемнадесет светодиода ще осветят етап 4 и ще ни доведат до огромните 96 вата светлина при приблизително 2,4 ампера.

Стъпка 5: Система за циркулация и вентилация на въздуха

(Моля, не забравяйте, че водопроводът и електрическото окабеляване не са завършени. Това са снимки на макет на предложената система)

Циркулацията се постига с два 40 мм вентилатора. Тласкащ вентилатор, който духа в 4 -та степен от канала в горния ляв заден край. Въздухът ще тече през четвъртия етап и в предната част на третия етап, след това през третия етап и навън отзад (нагоре и около първия етап, през къс канал) в задната част на втория етап. Дръпнал вентилатор в канала над 2 -ри етап, ще изтегли въздуха през 2 -рия етап и ще излезе от горния десен преден ъгъл. Завършване на пътуването през системата за циркулация на въздуха.

Вентилацията на 4 -ти етап ще бъде директно извън горната задна стена. Третият етап ще проветри и през горната си задна стена. Вторият етап ще бъде вентилиран направо през горната част, а етапът на покълване (етап 1) ще излезе от задната стена, подобно на етапи 3 и 4.

Стъпка 6: NFT хидропонна система

(EC сондата, температурната сонда, сензорът за нивото на течността, маркучите за смяна на изпарението от резервоара за сладка вода и маркучите, свързващи помпата на канализацията, ще бъдат разположени тук в шахтата, но не са показани на тази снимка)

Системата включва 9 000+ml/cc резервоар, 7 000+ml // cc сладководен резервоар за подмяна на изпаряване, 12V 800L/час водна помпа, UV-C стерилизатор за унищожаване на всички водорасли във водата, постъпващи в Регулируем поток с 8 порта, аерационна кула с противоположен поточен вентилатор за аерация на течащата вода надолу от етап 2 и разбъркване на отработената вода, сензор за нивото на течността, EC сензор, сензор за температура на водата, перисталтична помпа, дозиране от резервоара за хранителни вещества, етап на разбъркване, който поддържа хранителните вещества в разтвор в резервоара и пет корита за растеж или канали. Петте канала за растеж, етапът на разбъркване, аерационната кула получават вода от 8 -портовия регулируем дебитомер. Когато хидропонната система трябва да се обслужва, двуполюсен прекъсвач за еднократно хвърляне (DPST), разположен на предния панел, ще изключи захранването от водната помпа, UV-C стерилизатора и дозатора за хранителни вещества на перисталтичната помпа. Това ще позволи на „Потребителя“да работи безопасно по хидропонната система, без да застрашава себе си или реколтата.

Стъпка 7: Автоматична система за доставка на хранителни вещества

Използвам „Самооптимизиращ се автоматизиран дозатор на хранителни вещества Arduino“, разработен от Майкъл Ратклиф за този проект. Адаптирах скицата му към моята система и хардуер и използвам „Three Dollar EC - PPM Meter“като мой EC сензор.

Информация или инструкции за двата проекта можете да намерите на: element14, hackaday или michaelratcliffe

Стъпка 8: Електрониката на системите за автоматизация

Системата за осветление ще използва микро контролер Arduino, един DS3231 за Pi (RTC), един 4 релеен модул, четири резистора 1 ом-1 ват, тридесет и два 3W бели светодиода, един 400 W усилващ преобразувател, три фоторезистора, един 40 мм компютър вентилатор и един термистор. Микроконтролерът ще използва RTC за измерване на светлините в 12 -часов цикъл на включване, 12 часа изключване. Той ще следи нивата на осветеност на 2 -ри, 3 -ти и 4 -ти етап с фоторезистори и ще предупреждава с LED/пиезо аларма, ако открие ниско ниво на осветеност на всеки етап, по време на включени светлини. Температурата на платката на LED драйвера ще се следи от термистор, свързан към 40 мм вентилатор и автоматично ще започне да се охлажда, когато се открие достатъчно топлина.

Системата за доставка на хранителни вещества е разработена от Майкъл Ратклиф. Системата използва Arduino Mega, една от идеите на EC за сондата на Michael, един 1602 LCD екран с клавиатура, един сензор за температурата на водата DS18B20, една 12V перисталтична дозираща помпа и едно 5V опто изолирано реле. Добавих един оптичен сензор за нивото на течността. Системата ще следи EC и температурата на водата и ще активира перисталтичната помпа за дозиране на хранителни вещества, ако е необходимо. Микроконтролерът ще следи нивото на водата в шахтата и ще предупреждава с LED/пиезо аларма, ако температурата на водата в резервоара е извън обхвата на зададения от потребителя, ако данните на EC сензора са извън диапазона на зададения от потребителя по -дълъг от потребителския набор период от време или ако нивото на водата в шахтата падне под зададеното от потребителя ниво.

Системата за циркулация на въздуха ще се състои от микроконтролер Arduino, четири сензора AM2302, шест 40-милиметрови компютърни вентилатора (два вентилатора за 2-ра, 3-та и 4-та степен и 4 вентилационни вентилатора), един UV-C стерилизатор и шест 5V опто изолирани релета (за феновете). Контролерът ще следи температурата и влажността на въздуха във всичките 4 етапа и автоматично ще стартира двете циркулационни вентилационни системи или отделните вентилационни вентилатори на степента, ако е необходимо, за да поддържа температурата и влажността в рамките на зададените от потребителя диапазони. Контролерът също така ще настрои и контролира времето за стерилизатор на UV-C и ще поддържа LED/пиезо аларма в случай, че температурата или влажността надхвърлят зададените от потребителя нива в който и да е от 4-те етапа.

Стъпка 9: Изграждането

Корпусът от 50 cm3, каналите, резервоарът за подмяна на сладководна вода, аерационната кула, централният въздушен циркулационен канал, чекмеджето от 1 -ви и 2 -ри етап, скобите на покрива (не са показани) и повечето други поддържащи конструкции ще бъдат изградени от 0,187” Черен ABS. Предните завеси за сцените са показани в Mylar film върху макета, но най -вероятно ще бъдат направени от отразяващо покритие с акрил или поликарбонат върху действителния прототип. Осветлението (не е показано, но се състои от 4 масива от 8, 3W светодиоди последователно) ще бъде монтирано върху приблизително 0,125”алуминиева ламарина с 0,125” медни тръби, запоени отгоре за течно охлаждане ((това охлаждане ще влезе и излезе отзад) на устройството за отделяне на хладилник, несвързан с конкурс). Водопроводът на NTF вода към Етап 1 и 2 (не е показан на нито една от снимките, но) ще бъде прикрепен чрез бързо свързване в предната част на 2-ри етап.

Усилващият преобразувател (показан на снимката на горната зона за съхранение) може да бъде преместен под тавата за покълване (Етап 1), за да осигури допълнителна топлина за покълване. AM2302, сензори за температура и влажност (не са показани), ще бъдат разположени високо във всеки етап (извън редовно планирания път за циркулация на въздуха)

Дизайнът може да изглежда, че изобщо не мисли за пространство,

но това не е така. Моята NTF система, описана тук, не е оптимизирана или модифицирана за космоса, но хидропонните системи на NTF са сериозни претенденти за уникалните нужди на космическите култури в микрогравитацията и аз имам идеи за нейната оптимизация на пространството.

Конкурсът ни помоли да проектираме система, която отглежда повече растения в определено пространство и да автоматизира максимално дизайна.

Проектите, избрани за Фаза 2, ще трябва първо да отглеждат растения на земята. Вярвам, че моят дизайн отговаря на всички изисквания на конкурса и го прави, като същевременно зачита истинското пространство, необходимо за растежа на растенията, циркулацията на въздуха, автоматизирания контрол на околната среда и консумативите за растенията за седмица. Всички в рамките на 50 cm3 пространство, което ни беше дадено.

Стъпка 10: Да го завършим

Автоматизацията на проекта GARTH намалява необходимото внимание веднъж седмично.

Седемкратно намаляване на поддръжката, в сравнение със системата "VEGGIE".

Шест завода стартираха седмично в проекта GARTH.

Четирикратно увеличение на производството, в сравнение с шест завода, започнати месечно в системата „VEGGIE“.

Смятам тези промени за ефективни, изобретателни и ефикасни.

Надявам се, че и вие ще го направите.

Вицешампион в конкурса Growing Beyond Earth Maker