Penanam Tanaman Mikrograviti "Bola Disco": 13 Langkah

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

Halo pembaca, projek ini adalah penyerahan profesional untuk Pertandingan Pembuat Bumi Berkembang di Bawah Tanah.

Projek ini adalah bukti konsep untuk reka bentuk penanam potensial yang dapat digunakan untuk mengembangkan rancangan dalam mikrograviti.

Berdasarkan peraturan peraduan, saya menyenaraikan keperluan sistem,

1. Sistem mesti muat di kawasan 50cm ^ 3.
2. Sistem mesti memanfaatkan mikrograviti.
3. Sistem dapat berorientasi pada posisi apa pun
4. Sistem boleh menjadi sumber tenaga secara luaran dari rel kuasa dalaman ISS.
5. Sistem mesti mengautomasikan banyak proses berkembang dengan interaksi minimum daripada angkasawan.

dengan andaian di atas saya mula merancang sistem.

Langkah 1: Cadangan Projek

Untuk memulakan, saya membuat garis besar bagaimana saya fikir sistem itu kelihatan seperti, Idea awal yang saya miliki adalah bola yang digantung di tengah-tengah persekitaran tumbuh dengan pencahayaan yang dipasang pada bingkai di sekitarnya.

Bahagian bawah kotak ini akan menempatkan air & elektronik.

Pada peringkat ini saya mula menyenaraikan komponen yang berpotensi dari sistem seperti itu,

1. Rangka - Perlu memilih bahan bingkai yang sesuai
2. Pencahayaan - Apakah jenis pencahayaan yang terbaik? Jalur LED?
3. Sensor - Untuk sistem automatik, ia perlu dapat merasakan kelembapan seperti waktu lapang & suhu.
4. Kawalan - Pengguna memerlukan cara untuk berinteraksi dengan MCU

Matlamat projek ini adalah untuk menghasilkan bukti konsep, berdasarkan pelajaran yang saya pelajari, saya akan membuat senarai kerja & pembangunan masa depan yang diperlukan untuk membawa idea ini lebih jauh.

Langkah 2: Bukti Konsep - BOM

BOM (Bil Bahan) untuk projek ini akan menelan belanja kira-kira £ 130 untuk memesan semua yang diperlukan, dengan kos kira-kira £ 100 akan digunakan untuk membuat satu unit penanam tanaman.

Anda mungkin mempunyai sebahagian besar komponen elektronik yang mengurangkan kodnya secara dramatik.

Langkah 3: Elektronik - Reka Bentuk

Saya telah menggunakan Fritzing untuk merancang elektronik yang diperlukan untuk projek ini, Sambungannya hendaklah seperti berikut,

LCD 16x2 I2C

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

Rotary Encoder (D3 & D2 dipilih kerana mereka adalah pin Arduino Uno Interupt)

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

Sensor Temp DS18B20

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

Sensor Kelembapan Tanah

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

Modul Dwi Relay

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

untuk pautan lain sila lihat rajah di atas.

Langkah 4: Elektronik - Pemasangan

Saya memasang elektronik seperti yang dijelaskan dalam rajah halaman sebelumnya, Saya menggunakan protoboard untuk membuat perisai untuk Arduino Uno, Untuk melakukan ini saya memecahkan papan kira-kira seukuran Uno kemudian menambah pin header lelaki yang sejajar dengan header wanita di Uno.

Sekiranya sambungan sesuai dengan gambarajah sebelumnya, sistem harus berfungsi dengan betul, mungkin idea yang baik adalah menyusun sambungan dengan cara yang serupa dengan saya untuk kesederhanaan.

Langkah 5: Perisian - Rancangan

Idea umum untuk fungsi perisian adalah agar sistem terus menerus membaca nilai sensor. Pada setiap kitaran nilainya akan dipaparkan di LCD.

Pengguna akan dapat mengakses menu dengan menahan suis putar ke bawah, setelah ini dikesan, menu UI akan terbuka. Pengguna akan mempunyai beberapa halaman yang tersedia,

1. Mulakan Pam Air
2. Togol keadaan LED (Hidup / Mati)
3. Tukar Mod Sistem (Automatik / Manual)
4. Menu Keluar

Sekiranya pengguna telah memilih mod automatik sistem akan memeriksa apakah tahap kelembapan berada dalam nilai ambang, jika tidak, secara automatik ia akan mengepam air menunggu kelewatan tetap dan memeriksa semula.

Ini adalah sistem automasi asas tetapi akan berfungsi sebagai titik permulaan perkembangan masa depan.

Langkah 6: Perisian - Pembangunan

Perpustakaan yang diperlukan

• Suhu Dallas
• LiquidCrystal_I2C-master
• OneWire

Nota Perisian

Kod ini adalah kod draf pertama yang memberikan fungsi asas sistem, termasuk

Lihat Nasa_Planter_Code_V0p6.ino yang dilampirkan untuk membina kod sistem terkini, Bacaan suhu & kelembapan dipamerkan.

Mod Automatik & Mod Manual - Pengguna dapat membuat sistem pam air secara automatik pada tahap kelembapan

Kalibrasi Sensor Moisuture - Nilai Air & Nilai Air perlu diisi secara manual kerana setiap sensor akan sedikit berbeza.

Antara Muka Pengguna untuk mengawal sistem.

Langkah 7: Mekanikal - Reka Bentuk (CAD)

Untuk merancang sistem ini saya menggunakan Fusion 360, pemasangan terakhir dapat dilihat / dimuat turun dari pautan di bawah

a360.co/2NLnAQT

Perhimpunan sesuai dengan kawasan pertandingan 50cm ^ 3 dan telah menggunakan paip PVC untuk membina bingkai kotak, dengan braket bercetak 3D untuk sudut bergabung. Rangka ini mempunyai lebih banyak bahagian bercetak 3D yang digunakan untuk memasang dinding kandang & lampu LED.

Di tengah kandang kami mempunyai penanam "Disco Orb" yang merupakan pemasangan 4 bahagian, (2 setengah bola, 1 dasar bola, 1 tiub). Ini mempunyai pemotongan khusus untuk membolehkan paip pam air & sensor kelembapan kapasitif dimasukkan ke bahagian tanah.

Pada asas reka bentuk anda dapat melihat kotak kawalan, ini menempatkan elektronik & memberikan ketegaran bingkai. Di bahagian ini kita dapat melihat paparan & Kawalan Antaramuka Pengguna.

Langkah 8: Bahagian Bercetak Mekanikal - 3D

Pemasangan mekanikal memerlukan pelbagai bahagian bercetak 3D, Kurung Bingkai Sudut, Pemasangan Panel Sisi, Engsel Pintu, Pemasangan LED & Kurungan Kotak Kawalan, Bahagian ini kira-kira berjumlah 750g berat dan 44 jam masa cetakan.

Bahagian tersebut boleh dieksport dari pemasangan 3D yang dihubungkan pada halaman sebelumnya atau boleh didapati di benda-benda di sini, www.thingiverse.com/thing:4140191

Langkah 9: Mekanikal - Pemasangan

Perhatikan bahawa pemasangan saya melangkau bahagian dinding kandang, kebanyakannya disebabkan oleh had masa & kos, Pertama, kita perlu memotong Pipa PVC ke bahagian 440mm, kita akan memerlukan 8 bahagian paip seperti ini. 8 Pemasangan LED Dicetak & 4 Kurung Sudut Bingkai.

Sekarang kita perlu menyediakan jalur LED,

1. Potong jalur pada tanda gunting dengan panjang kira-kira 15cm, kita perlu memotong 8 bahagian jalur LED
2. Paparkan pad + & - dengan mengeluarkan sedikit getah
3. Solder ke bawah penyambung header lelaki (Potong bahagian 3 dan solder setiap hujung ke pad)
4. Tanggalkan pelindung pelekat di bahagian belakang setiap jalur dan pasangkan ke bahagian pencetak 3D pemasangan LED.
5. Sekarang buat kabel untuk menghubungkan semua positif & negatif setiap jalur
6. Akhirnya hidupkan dan periksa bahawa semua LED berfungsi

Langkah 10: Projek - Kemajuan Sejauh Ini

Sejauh ini sejauh yang saya dapat melalui pemasangan projek ini, Saya bercadang untuk terus mengemas kini panduan ini semasa projek ini berkembang,

Apa yang tinggal untuk dilakukan

• Pemasangan kotak kawalan lengkap
• Elektronik Rumah
• Menguji Sistem Pengepaman Air
• Kaji kemajuan

Langkah 11: Pelajaran yang Dipelajari

Walaupun setakat ini projek ini belum selesai, saya masih belajar beberapa perkara penting dari meneliti projek ini.

Dinamika cecair dalam Mikrograviti

Ini adalah subjek yang sangat kompleks, yang memperkenalkan banyak masalah yang tidak dapat dilihat untuk dinamik cecair berasaskan graviti standard. Semua naluri semula jadi kita untuk bagaimana cecair akan bertindak keluar dari tingkap dalam mikrograviti dan NASA terpaksa mencipta semula roda agar sistem berasaskan bumi yang mudah berfungsi.

Sensasi Kelembapan

Ketahui mengenai kaedah yang berbeza yang biasa digunakan untuk pengesanan kelembapan (Sensor Volumetrik, Tensiometri & Keadaan Pepejal, lihat pautan ini untuk membaca dengan baik mengenai topik

Nota Kecil

Pipa PVC sangat baik untuk membina bingkai dengan cepat, Saya memerlukan alat kerja kayu yang lebih baik!

Rancang lebih awal mengenai projek hobi, segmen tugas dan tetapkan tarikh akhir seperti di tempat kerja!

Langkah 12: Kerja Masa Depan

Setelah membaca bagaimana kami menguruskan dinamika bendalir dalam mikrograviti, saya sangat berminat untuk merancang penyelesaian saya sendiri untuk masalah ini, Saya ingin mengambil lebih jauh reka bentuk kasar ini, idea untuk sistem ini adalah menggunakan tangki bellow dengan motor stepper yang dapat memampatkan kawasan kontena untuk mengekalkan tekanan paip tertentu.

Langkah 13: Kesimpulannya

Terima kasih kerana membaca. Saya harap anda menikmatinya, jika anda mempunyai sebarang pertanyaan atau memerlukan bantuan untuk apa sahaja yang diliputi dalam projek ini, sila beri komen!

Jack.