Menanam Lebih Banyak Selada di Kurang Ruang Atau Menanam Selada di Ruang, (Lebih atau kurang) .: 10 Langkah

2024 Pengarang: John Day | [email protected]. Diubah suai terakhir: 2024-01-30 11:08

Ini adalah penyerahan profesional kepada Growing Beyond Earth, Maker Contest, yang diserahkan melalui Instructables.

Saya tidak dapat lebih bersemangat untuk merancang pengeluaran tanaman ruang angkasa dan memposting Instructable pertama saya.

Untuk memulakan, peraduan meminta kami untuk

“… Kirimkan Instruksional yang memperincikan reka bentuk dan binaan ruang pertumbuhan tanaman Anda yang (1) sesuai dengan volume 50cm x 50cm x 50cm, (2) berisi semua fitur yang diperlukan untuk mempertahankan pertumbuhan tanaman, yaitu cahaya buatan, sistem pengairan, dan cara udara yang beredar, dan (3) memanfaatkan volume dalaman yang efektif dan inventif agar sesuai dan berjaya menanam sebanyak mungkin tanaman."

Setelah membaca syarat peraduan dan Soalan Lazim, saya membuat andaian berikut dalam proses reka bentuk.

Sekali seminggu interaksi yang dirancang dengan "projek" oleh Angkasawan akan diterima dan tidak membatalkan aspek kawalan automatik dalam kriteria peraduan.

PSU untuk "projek" dapat ditempatkan di luar 50cm3, kerana ISS akan membekalkan tenaga ke unit, jika unit berada di ruang angkasa. Penyejukan untuk bahagian dalam LED "projek" dapat berasal dari luar 50cm3, kerana ISS dapat menyediakan penyejukan ke unit, jika unit berada di ruang angkasa.

"Pengguna" dapat memiliki akses tanpa batas ke atas dan 4 sisi volume 50cm3 untuk penyelenggaraan mingguan yang dirancang, tetapi tidak mengecualikan masalah yang tidak dirancang, sekiranya timbul masalah yang tidak dirancang dengan "projek".

Seterusnya, saya mengumpulkan parameter untuk peraduan

Data Projek

Air: 100 mL / tanaman / hari (dicadangkan)

Pencahayaan: 300-400? Mol / M2 / s dalam PAR 400-700nm (dicadangkan)

Kitaran cahaya: 12/12

Jenis cahaya: LED (dicadangkan)

Peredaran udara: untuk 2.35cf / 0.0665m3 (kawasan pertumbuhan reka bentuk saya)

Suhu pada ISS: 65 hingga 80˚F / 18.3 hingga 26.7 ° C (untuk rujukan)

Jenis tanaman: Selada Romaine merah ‘luar biasa’

Saiz tanaman matang: tinggi 15cm dan diameter 15cm

Sistem berkembang: (Pilihan pereka)

Bekalan

Kita akan memerlukan bekalan

(Bahagian ini digunakan untuk bukti konsep, kemungkinan TIDAK diluluskan perjalanan angkasa lepas)

1 - 0.187 "48" x96 "ABS Putih

3 - Pengawal mikro

Paparan LCD 1 - 1602

1 - Perisai Data Logger untuk Nano

3 - Perintang foto

4 - sensor AM2302

1 - Sensor suhu DS18B20

1 - Sensor EC, Tahap Cecair Optik 1 - 15mA 5V

1 - DS3231 untuk Pi (RTC)

… dan lebih banyak bekalan

1 - Pam dos peristaltik

Pam air 1 - 12V

1 - Buzz Piezo

3 - 220 Ohm tahan

1 - Suis DPST

1 - 265-275nm Sterilizer UVC

Tutup kebersihan 24 - 1½"

1 - Tahap pengadukan magnet cecair / udara

1 - Kepala kawalan titisan, 8 baris

1 - Tiub pengairan titisan

1 - Bekas air pengganti

1 - ½ Paip PVC ID

70 - Skru untuk memasang LED

Wayar 18 AWG & 22 AWG

1 - Kecilkan tiub

1 - Aluminium untuk pendingin LED

Suis taktil tinggi 5 - 6mm

Perintang 4 - 1 Ohm, 1 Watt

1 - Pkg biji selada "Luar biasa"

… dan banyak lagi

Papan Boost 1 - 400W

LED Putih 32 - 3W, (6000-6500k)

1 - 24V / 12V / 5V / 3.3V PSU

Kipas komputer 8 - 40mm

Relay terpencil 11 - 5V Opto

10 - 1N4007 dioda terbang balik

24 - Palam Rockwool

1 - nutrien hidroponik

1 - Bekas nutrien

1 - Helaian Mylar

… dan alat

Pelarut untuk lekat

Melihat

Gergaji lubang

Besi pematerian

Pateri

Gerudi

Mata gerudi

Pemutar skru

Komputer

wayar USB

Perisian Arduino IDE

Langkah 1: Membandingkan Sistem "VEGGIE" Semasa

Sistem "VEGGIE" di ISS dapat menumbuhkan 6 biji selada dalam 28 hari (4 minggu). Sekiranya "VEGGIE" berlangsung selama 6 bulan, (waktu rata-rata angkasawan berada di ISS), ia akan menumbuhkan 36 kepala selada dengan tambahan 6 kepala yang berusia dua minggu. Untuk anak kapal 3 orang, sayur segar dua kali sebulan.

Projek GARTH akan menanam 6 biji selada dalam 28 hari (4 minggu). TETAPI.. jika berlari selama 6 bulan, ia akan menumbuhkan 138 ekor selada, dengan 18 ekor tambahan dalam pelbagai peringkat pertumbuhan. Untuk anak kapal 3 orang, sayuran segar 7½ kali sebulan, atau hampir dua kali seminggu.

Sekiranya itu menarik perhatian anda … mari kita perhatikan reka bentuknya dengan lebih dekat

Langkah 2: Projek GARTH

Teknologi Sumber Automasi Pertumbuhan untuk Hortikultur

(Foto Projek GARTH dibuat-buat berskala penuh, dibuat dari papan teras busa Dollar Store)

Projek GARTH memaksimumkan produktiviti melalui penggunaan 4 kawasan pertumbuhan yang dioptimumkan secara berasingan. Ini juga termasuk sistem kawalan automatik untuk pencahayaan, kualiti udara, kualiti air dan penggantian air.

32, Lampu LED 6000K Putih memberikan keperluan PAR yang disarankan. Sistem peredaran udara dua kipas dan sistem ventilasi empat kipas digabungkan untuk menjaga persekitaran dalaman, dan sistem hidroponik Nutrient Thin Film (NTF) automatik yang mengoptimumkan diri dipilih untuk memberi makan dan memantau tanaman. Air penggantian penyejatan disimpan di takungan terpisah di kawasan simpanan atas berhampiran takungan nutrien cair yang selalu diaduk, diperlukan untuk mengekalkan tahap nutrien dalam sistem hidroponik tanpa bantuan dari angkasawan. Semua kuasa masuk, beroperasi dan diedarkan dari kawasan simpanan atas.

Langkah 3: Ciri Reka Bentuk

Keempat bidang pertumbuhan

Tahap 1 (percambahan), untuk biji berumur 0-1 minggu, kira-kira 750 cc ruang pertumbuhan

Peringkat ke-2, untuk tanaman berumur 1-2 minggu, kira-kira 3, 600 cc ruang pertumbuhan

Peringkat ke-3, untuk tanaman berumur 2-3 minggu, kira-kira 11, 000 cc ruang pertumbuhan

Peringkat ke-4, untuk tanaman berumur 3-4 minggu, kira-kira 45, 000 cc ruang pertumbuhan

(Kawasan Tahap 1 dan 2 digabungkan pada dulang yang boleh ditanggalkan untuk memudahkan penanaman, servis dan pembersihan)

Langkah 4: Sistem Pencahayaan

Pencahayaan sukar dilakukan tanpa akses ke meter PAR, untungnya pertandingan ini telah diadakan oleh Mr. Dewitt di Fairchild Tropical Botanic Garden, untuk bertanyakan soalan. Dia mengarahkan saya ke carta yang sangat membantu dan carta tersebut juga membawa saya ke led.linear1. Dengan carta dan laman web, saya dapat mengira keperluan pencahayaan dan litar saya.

Reka bentuk saya menggunakan voltan sumber 26.4V untuk menjalankan 4 susunan LED 8, 3 watt secara bersiri dengan perintang 1 ohm, 1 watt. Saya akan menggunakan bekalan 24V dan penukar Boost untuk menaikkan arus tetap ke 26.4V. (Di atas ISS, reka bentuk saya akan menggunakan 27V yang ada dan penukar Buck untuk menurunkan voltan dan memberikan arus tetap 26.4V)

Ini adalah senarai bahagian untuk sistem pencahayaan.

32, Putih 6000-6500k, 600mA, DC 3V – 3.4V, 3W LED

Perintang 4, 1 ohm - 1W

1, penukar 12A 400W Boost

1, kipas 40mm

1, termistor

1, DS3231 untuk Pi (RTC) atau datalogger

Wayar 18 AWG

… dan ini adalah bagaimana saya merancang untuk menggunakan tiga puluh dua LED 3W itu.

Satu LED di Tahap 1, empat di Tahap 2 dan sembilan di Tahap 3. Lapan belas LED terakhir akan menyala Tahap 4 dan membawa kita ke 96 96 watt cahaya pada sekitar 2.4 amp.

Langkah 5: Sistem Peredaran Udara dan Pengudaraan

(Harap diingat bahawa saluran paip dan pendawaian elektrik tidak lengkap. Ini adalah foto mock-up sistem yang dicadangkan)

Peredaran dicapai dengan dua kipas 40mm. Kipas tolak yang bertiup ke Tahap 4 dari saluran di kiri atas belakang. Udara akan mengalir melintasi Tahap 4 dan ke depan Tahap ke-3, kemudian melalui Tahap ke-3 dan keluar ke belakang (ke atas dan di sekitar Tahap 1, melalui saluran pendek) ke belakang Tahap ke-2. Kipas tarik di saluran di atas Tahap ke-2, akan menarik udara melalui Tahap ke-2 dan keluar dari sudut kanan atas. Melengkapkan perjalanan melalui sistem peredaran udara.

Pengudaraan Tahap 4 akan keluar langsung dari dinding belakang atas. Tahap ke-3 akan melintasi dinding belakang atasnya juga. Tahap ke-2 akan dilancarkan terus melalui bahagian atas dan Tahap percambahan (Tahap 1) akan melintasi dinding belakang, serupa dengan Tahap 3 dan 4.

Langkah 6: Sistem Hidroponik NFT

(Probe EC, probe suhu, sensor tahap cecair, selang untuk penggantian penyejatan dari takungan air tawar dan selang yang menghubungkan pam bah ke saluran, semuanya akan berada di sini di bah tetapi tidak ditunjukkan dalam foto ini)

Sistem ini merangkumi tong 9, 000 + ml / cc, takungan air tawar 7, 000 + ml // cc untuk penggantian penyejatan, pam air 12V 800L / jam, pensteril UV-C untuk membunuh sebarang alga di dalam air yang memasuki 8 pelabuhan aliran boleh laras, menara pengudaraan dengan kipas aliran yang berlawanan untuk mengudarakan air yang mengalir turun dari Tahap 2 dan air ekzos tahap pengadukan, sensor tahap cecair, sensor EC, sensor suhu air, pam peristaltik dosis dari takungan nutrien, tahap pengadukan yang menyimpan nutrien dalam larutan di takungan dan lima palung atau saluran pertumbuhan. Kelima saluran pertumbuhan, tahap pengadukan, menara pengudaraan menerima air dari manifold aliran laras 8 port. Apabila sistem hidroponik perlu diservis, suis pemutus tunggal tiang tunggal (DPST) yang terletak di panel depan akan mematikan kuasa ke pam air, pensteril UV-C dan dos nutrien pam peristaltik. Ini akan membolehkan "Pengguna" berfungsi dengan selamat pada sistem hidroponik tanpa membahayakan diri atau tanaman.

Langkah 7: Sistem Penghantaran Nutrien Automatik

Saya menggunakan "Self Optimising Automated Arduino Nutrient Doser" yang dikembangkan oleh Michael Ratcliffe untuk projek ini. Saya telah menyesuaikan lakarannya ke sistem dan perkakasan saya dan saya menggunakan "Three Dollar EC - PPM Meter" Michael sebagai sensor EC saya.

Maklumat atau arahan untuk kedua-dua projek ini boleh didapati di: element14, hackaday atau michaelratcliffe

Langkah 8: Elektronik Sistem Automasi

Sistem Pencahayaan akan menggunakan pengawal mikro Arduino, satu DS3231 untuk Pi (RTC), satu modul relay 4, empat perintang 1 ohm - 1 watt, tiga puluh dua LED Putih 3W, satu penukar 400W Boost, tiga perintang foto, satu komputer 40mm kipas dan satu termistor. Pengawal mikro akan menggunakan RTC untuk mematikan lampu dalam 12 jam, 12 jam putaran. Ia akan memantau tahap cahaya pada tahap ke-2, ke-3 dan ke-4 dengan perintang foto dan berjaga-jaga dengan penggera LED / piezo, jika ia mengesan tahap cahaya rendah di mana-mana tahap, semasa lampu dalam kitaran. Suhu papan pemacu LED akan dipantau oleh termistor yang dihubungkan sejajar dengan kipas 40mm dan secara automatik akan mula menyejukkan apabila haba yang cukup dikesan.

Sistem Penghantaran Nutrien dikembangkan oleh Michael Ratcliffe. Sistem ini menggunakan Arduino Mega, salah satu idea probe EC Michael, satu perisai paparan papan kekunci LCD 1602, satu sensor suhu air DS18B20, satu pam dos peristaltik 12V dan satu relay terpencil opto 5V. Saya menambah satu sensor tahap cecair optik. Sistem akan memantau suhu EC dan air dan mengaktifkan pam peristaltik untuk memberi nutrien mengikut keperluan. Pengawal mikro akan memantau paras air di bah dan berjaga-jaga dengan penggera LED / piezo jika suhu air bah melebihi julat set pengguna, jika data sensor EC berada di luar julat set pengguna lebih lama daripada set pengguna jangka masa atau jika paras air bah turun di bawah paras set pengguna.

Sistem Peredaran Udara akan terdiri daripada mikrokontroler Arduino, empat sensor AM2302, enam kipas komputer 40 mm (dua kipas peredaran udara untuk kipas Tahap 2, 3 dan 4 dan 4 kipas ventilasi), satu sterilizer UV-C dan enam geganti terpencil 5V opto (untuk peminat). Pengawal akan memantau suhu dan kelembapan udara di semua 4 Tahap dan secara automatik memulakan dua sistem peredaran kipas atau kipas ventilasi tahap individu yang diperlukan untuk menjaga suhu dan kelembapan dalam lingkungan set pengguna. Pengawal juga akan menetapkan dan mengawal masa pensterilan UV-C dan mengekalkan penggera LED / piezo sekiranya suhu atau kelembapan melebihi tahap yang ditetapkan pengguna di mana-mana 4 Peringkat.

Langkah 9: Binaan

Kotak 50 cm3, saluran, takungan penggantian penyejatan air tawar, menara pengudaraan, saluran peredaran udara pusat, laci Tahap 1 & 2, pendakap bumbung (tidak ditunjukkan) dan kebanyakan struktur sokongan lain, akan dibina dari 0.187 " ABS hitam. Tirai depan untuk panggung ditunjukkan dalam filem Mylar pada mock up, tetapi kemungkinan besar dibuat dari akrilik atau polikarbonat bersalut reflektif pada prototaip sebenar. Pencahayaan (tidak ditunjukkan tetapi terdiri dari 4 susunan LED 8, 3W dalam siri) akan dipasang pada aluminium kira-kira 0.125 "dengan tiub tembaga 0.125" yang disolder di sisi atas untuk penyejukan cecair, (bahawa penyejukan akan masuk dan keluar dari belakang unit untuk memisahkan penyejuk yang tidak berkaitan dengan peraduan). Paip air NTF ke Tahap 1 & 2 (tidak ditunjukkan dalam mana-mana foto tetapi) akan dipasang melalui sambungan cepat di bahagian depan Tahap ke-2.

Penukar dorongan (ditunjukkan dalam foto kawasan penyimpanan atas) mungkin dipindahkan di bawah dulang percambahan (Tahap 1) untuk memberikan haba tambahan untuk percambahan. Sensor suhu, dan kelembapan AM2302 (tidak ditunjukkan), akan berada di tempat yang tinggi di setiap Tahap (di luar jalan peredaran udara yang dirancang secara teratur)

Reka bentuknya mungkin tidak memikirkan ruang sama sekali,

tetapi itu tidak berlaku. Sistem NTF saya yang dijelaskan di sini tidak dioptimumkan atau diubah suai untuk ruang, tetapi sistem hidroponik NTF adalah pesaing serius untuk keperluan unik tanaman ruang dalam mikrograviti dan saya mempunyai idea untuk pengoptimuman ruang itu.

Peraduan meminta kami merancang sistem yang menanam lebih banyak tanaman di tempat yang ditentukan dan mengautomasikan reka bentuk sebanyak mungkin.

Reka bentuk yang dipilih untuk Tahap 2 perlu menanamnya di bumi terlebih dahulu. Saya yakin reka bentuk saya memenuhi semua syarat peraduan dan melakukannya sambil menghormati ruang sebenar yang diperlukan untuk pertumbuhan tanaman, peredaran udara, kawalan persekitaran automatik dan bahan habis pakai bernilai seminggu untuk tanaman. Semua dalam ruang 50 cm3 kami diberi.

Langkah 10: Untuk Membungkusnya

Automasi Projek GARTH mengurangkan perhatian yang diperlukan sehingga seminggu sekali.

Penurunan penyelenggaraan tujuh kali ganda, berbanding sistem "VEGGIE".

Enam kilang bermula setiap minggu dalam Projek GARTH.

Peningkatan pengeluaran empat kali ganda, dibandingkan dengan enam kilang yang dimulakan setiap bulan dalam sistem "VEGGIE".

Saya menganggap perubahan ini Berkesan, Inventif dan Efisien.

Saya harap anda juga akan.

Naib Johan dalam Pertandingan Pembuat Bumi Berkembang di Luar Bumi