Производител на микрогравитационни растения "Диско топка": 13 стъпки

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

Здравейте читатели, този проект е професионално участие в конкурса Growing Beyond Earth Maker.

Този проект е доказателство за концепцията за потенциален дизайн на плантатор, който може да се използва за развитие на план в микрогравитация.

Въз основа на правилата на конкурса изброих изискванията на системата,

1. Системата трябва да се побере в 50 см^3 зона.
2. Системата трябва да се възползва от микрогравитацията.
3. Системата може да бъде ориентирана във всяка позиция
4. Системата може да бъде източник на енергия външно от вътрешните релси за захранване на МКС.
5. Системата трябва да автоматизира голяма част от растежния процес с минимално взаимодействие от астронавти.

с горните предположения започнах проектирането на системата.

Стъпка 1: Предложение за проект

Като начало начертах груб план за това, което смятах, че системата може да изглежда, Първоначалната идея, която имах, беше кълбо, окачено в центъра на растежната среда с осветление, монтирано на заобикалящата рамка.

В основата на тази кутия ще се помещават водата и електрониката.

На този етап започнах да изброявам сортирането на потенциалните компоненти на такава система,

1. Рамка - Трябва да изберете подходящ материал за рамката
2. Осветление - Какъв тип осветление би било най -доброто? LED ленти?
3. Сензори - За да бъде автоматизирана системата, тя трябва да може да усеща влага като влажност и температура.
4. Контрол - Потребителят ще се нуждае от начин за взаимодействие с MCU

Целта на този проект е да представи доказателство за концепцията, въз основа на научените уроци ще направя списък на бъдещата работа и развитие, необходими за по -нататъшното развитие на тази идея.

Стъпка 2: Доказателство за концепция - спецификация

Спецификацията (BOM of Materials) за този проект ще струва приблизително 130 паунда, за да поръчате всичко необходимо, като от тази цена приблизително 100 паунда ще бъдат използвани за направата на единична единица за отглеждане на растения.

Вероятно ще имате доста голяма част от електронните компоненти, които драстично намаляват кода.

Стъпка 3: Електроника - Дизайн

Използвал съм Fritzing, за да планирам електрониката, необходима за този проект, Връзките трябва да са както следва,

LCD 16x2 I2C

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

Ротационен енкодер (D3 и D2 са избрани, тъй като те са щифтове на Arduino Uno Interupt)

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

DS18B20 Температурен сензор

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

Датчик за влажност на почвата

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

Модул с двойно реле

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

за другите връзки, моля, погледнете диаграмата по -горе.

Стъпка 4: Електроника - Монтаж

Сглобих електрониката, както е описано в диаграмата на предишната страница, Използвах протоборда, за да направя щит за Arduino Uno, За да направя това, счупих дъската приблизително с размера на Uno, след което добавих мъжки щифтове за заглавки, които са подравнени с женските заглавки на Uno.

Ако връзките съвпадат с предишната диаграма, системата трябва да работи правилно, може да е добра идея да оформите връзките по подобен на мен начин за по -простота.

Стъпка 5: Софтуер - План

Общата идея за функционалността на софтуера е системата непрекъснато да се върти около четенето на стойностите на сензора. При всеки цикъл стойностите ще се показват на LCD дисплея.

Потребителят ще има достъп до менюто, като задържи въртящия се бутон надолу, след като това бъде открито, потребителският интерфейс на менюто ще се отвори. Потребителят ще има на разположение няколко страници,

1. Стартирайте водната помпа
2. Превключване на състоянието на светодиода (включено / изключено)
3. Промяна на системния режим (автоматичен / ръчен)
4. Изход от менюто

Ако потребителят е избрал автоматичен режим, системата ще провери дали нивата на влага са в рамките на праговата стойност, ако не са, тя автоматично ще изпомпва вода, изчаква фиксирано закъснение и проверява отново.

Това е основна система за автоматизация, но ще работи като отправна точка за бъдещи разработки.

Стъпка 6: Софтуер - Разработка

Задължителни библиотеки

• Далас Температура
• LiquidCrystal_I2C-master
• OneWire

Софтуерни бележки

Този код е първият проект на код, който дава на системата основна функционалност, която включва

Вижте приложения Nasa_Planter_Code_V0p6.ino за най -новата версия на системния код, Показания за температура и влажност на дисплея.

Автоматичен режим и ръчен режим - Потребителят може да накара системата да изпомпва автоматично вода при праг на влажност

Калибриране на сензора за влага - AirValue & WaterValue трябва да се запълнят ръчно, тъй като всеки сензор ще бъде малко по -различен.

Потребителски интерфейс за управление на системата.

Стъпка 7: Механично проектиране (CAD)

За проектирането на тази система използвах Fusion 360, крайният монтаж може да се види/ изтегли от връзката по -долу

a360.co/2NLnAQT

Монтажът се вписва в състезателната зона от 50 см^3 и е използвал PVC тръба за конструиране на рамката на кутията, с 3D отпечатана скоба за ъгловите съединения. Тази рамка има повече 3D отпечатани части, които се използват за монтиране на стените на корпуса и LED осветление.

В центъра на заграждението имаме сеялка "Disco Orb", която представлява 4-частичен монтаж, (2 половини на кълбо, 1 основа на кълбо, 1 тръба). Това има специфични прорези, които позволяват да се вмъкнат тръбата на водната помпа и капацитивния сензор за влага в почвената секция.

В основата на дизайна можете да видите контролната кутия, в която се помещава електрониката и придава здравина на рамката. В този раздел можем да видим дисплея и контролите на потребителския интерфейс.

Стъпка 8: Механични - 3D отпечатани части

Механичният монтаж изисква различни 3D отпечатани части, Ъглови рамкови скоби, стойки за странични панели, панти за врати, LED стойки и скоби за кутия за управление, Тези части трябва да имат приблизително 750 грама тегло и 44 часа време за печат.

Частите могат да бъдат експортирани от 3D монтажа, свързан на предишната страница, или могат да бъдат намерени на thingiverse тук, www.thingiverse.com/thing:4140191

Стъпка 9: Механично - Монтаж

Обърнете внимание, че при сглобяване пропуснах частите на стената на корпуса, най -вече поради ограничения във времето и разходите, Първо, трябва да намалим PVC тръбата до секции от 440 мм, ще ни трябват 8 секции от тръба по този начин. 8 светодиодни монтажни щампи и 4 рамкови ъглови скоби.

Сега трябва да подготвим LED лентите,

1. Нарежете лентите при ножичните марки на дължини приблизително 15 см, трябва да изрежем 8 секции от LED лента
2. Изложете + & - подложките, като премахнете малко гума
3. Запояйте конекторите на мъжкия хедър (Изрежете секции от 3 и запоявайте всеки край към подложка)
4. Отстранете защитния протектор на гърба на всяка лента и прикрепете към LED монтажа части на 3D принтера.
5. Сега направете кабел, за да свържете всички положителни и отрицателни страници на всяка лента
6. Накрая го включете и проверете дали всички светодиоди работят

Стъпка 10: Проект - напредък досега

Досега това е доколкото съм стигнал до сглобяването на този проект, Планирам да продължа да актуализирам това ръководство с развитието на проекта,

Какво остава да се направи

• Пълен монтаж на контролната кутия
• Домашна електроника
• Тествайте системата за изпомпване на вода
• Прегледайте напредъка

Стъпка 11: Извлечени уроци

Въпреки че към момента проектът не е завършен, все пак научих няколко важни неща от изследването на този проект.

Динамика на флуидите в микрогравитация

Това е невероятно сложна тема, която въвежда много невиждани проблеми за стандартната динамика на флуида, базирана на гравитацията. Всички наши естествени инстинкти за това как течностите ще действат излизат през прозореца в микрогравитация и НАСА трябваше да преоткрие колелото, за да функционира сравнително прости земни системи.

Сензор за влага

Научете за различните методи, които обикновено се използват за откриване на влага (Обемни сензори, тензиометри и твърдо състояние, вижте тази връзка за добро четене по темата

Малки бележки

PVC тръбата е отлична за бързо изграждане на рамки, Имам нужда от по -добри инструменти за дървообработване!

Планирайте предварително за хоби проекти, сегментирайте задачи и задайте крайни срокове, точно като на работа!

Стъпка 12: Бъдеща работа

След като прочетох как управляваме динамиката на флуидите в микрогравитацията, имам голям интерес да проектирам собствено решение на проблема, Бих искал да разгледам по -нататък този груб дизайн, идеята за тази система е да се използва резервоар с балон със стъпкови двигатели, който може да компресира зоната на контейнера, за да поддържа определено налягане в тръбата.

Стъпка 13: Заключение

Благодаря за четенето, надявам се, че ви е харесало, ако имате въпроси или искате да помогнете с нещо, обхванато в този проект, не се колебайте да коментирате!

Джак.