גידול יותר חסה בפחות שטח או גידול חסה בחלל, (יותר או פחות): 10 שלבים

2024 מְחַבֵּר: John Day | [email protected]. שונה לאחרונה: 2024-01-30 09:13

זוהי הגשה מקצועית לתחרות הגדל מעבר לכדור הארץ, Maker Contour, המוגשת באמצעות Instructables.

לא יכולתי להתרגש יותר לעצב לייצור גידולי שטח ולפרסם את ההוראה הראשונה שלי.

כדי להתחיל, התחרות ביקשה מאיתנו

"… שלח מדריך המפרט את העיצוב והמבנה של תא הגידול של הצמח שלך אשר (1) מתאים בתוך נפח 50 ס"מ על 50 ס"מ על 50 ס"מ, (2) מכיל את כל התכונות הדרושות לשמירה על צמיחת הצמחים, קרי אור מלאכותי, מערכת השקיה, ואמצעים להזרמת אוויר, ו (3) עושה שימוש יעיל ומצאני בנפח הפנימי על מנת להתאים ולהצליח לצמוח כמה שיותר צמחים ".

לאחר שקראתי את דרישות התחרות ואת השאלות הנפוצות, הנחתי את ההנחות הבאות בתהליך העיצוב.

אינטראקציה מתוכננת אחת לשבוע עם "הפרויקט" של אסטרונאוט תהיה מקובלת ולא מבטלת את היבט השליטה האוטומטית בקריטריונים של התחרות.

את PSU עבור "הפרויקט" ניתן לשכן מחוץ לגודל 50 ס"מ, מכיוון ש- ISS יספק כוח ליחידה, אם היחידה הייתה בחלל. קירור של נוריות LED בתוך "הפרויקט" יכול לנבוע מחוץ ל- 50 cm3, מכיוון ש- ISS יכול לספק קירור ליחידה, אם היחידה הייתה בחלל.

"משתמש" יכול לקבל גישה בלתי מוגבלת לחלק העליון וה -4 צדדים של נפח 50 סמ"ק לתחזוקה השבועית המתוכננת, אך לא לכלול בעיות לא מתוכננות, אם תתעורר בעיה בלתי מתוכננת עם "הפרויקט".

לאחר מכן אספתי את הפרמטרים לתחרות

נתוני הפרויקט

מים: 100 מ ל/צמח/יום (מוצע)

תאורה: 300-400 µm/M2/s בתוך PAR 400-700nm (מוצע)

מחזור אור: 12/12

סוג תאורה: LED (מוצע)

זרימת אוויר: עבור 2.35cf/0.0665m3 (אזור הצמיחה של העיצוב שלי)

טמפרטורה ב- ISS: 65 עד 80˚F / 18.3 עד 26.7 ° C (לעיון)

סוג הצמח: חסה רומנית אדומה 'יוצאת דופן'

גודל צמח בוגר: גובה 15 ס"מ וקוטר 15 ס"מ

מערכת גידול: (בחירת המעצב)

אספקה

נזדקק לאספקה

(חלקים אלה משמשים להוכחת הרעיון, כנראה שהם אינם מאושרים לנסיעות בחלל)

1 - 0.187”48” x96”לבן ABS

3 - בקרי מיקרו

1 - 1602 תצוגת LCD

1 - מגן לוגר נתונים עבור ננו

3 - נגדי צילום

4 - חיישני AM2302

1 - חיישן טמפרטורה DS18B20

1 - חיישן EC, 1 - 15mA 5V רמת נוזל אופטי

1 - DS3231 עבור Pi (RTC)

… ועוד אספקה

1 - משאבת מינון פריסטלטית

1 - 12V משאבת מים

1 - זמזומי פיזו

3 - 220 אוהם מתנגדים

1 - מתג DPST

1-265-275nm מעקר UVC

כובעים סניטריים 24 - 1 ½”

1 - שלב ערבוב מגנטי של נוזל/אוויר

1 - ראש בקרת טפטוף, 8 שורות

1 - צינורות השקיה בטפטוף

1 - מיכל מים חלופי

1 - ½ צינור PVC מזהה

70 - ברגים לחיבור נוריות LED

18 AWG & 22 AWG חוט

1 - צינורות כיווץ

1 - אלומיניום עבור גוף קירור LED

מתגי מישוש בגובה 5 - 6 מ מ

נגדי 4 - 1 אוהם, 1 ואט

1 - זרעי חסה "Outredgeous" חסה

…ועוד

1 - 400W Boost לוח

32-3W נוריות לבנות, (6000-6500k)

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

מאווררי מחשב 8 - 40 מ מ

11 - 5V ממסרים מבודדים מסוג Opto

10 - 1N4007 דיודת flyback

24 - תקעי Rockwool

1 - חומרים מזינים הידרופוניים

1 - מיכל תזונתי

1 - יריעות מילאר

… וכלים

ממס להדבקה

ראה

מסורי חורים

מלחם

לְרַתֵך

תרגיל

מקדחות

מברגים

מַחשֵׁב

כבל יו אס בי

תוכנת Arduino IDE

שלב 1: השוואת מערכת ה" VEGGIE "הנוכחית

מערכת "VEGGIE" ב- ISS יכולה לגדל 6 ראשי חסה תוך 28 יום (4 שבועות). אם "VEGGIE" ירוץ במשך 6 חודשים, (הזמן הממוצע שאסטרונאוט נמצא על סי.אס.אס) הוא יגדל 36 ראשי חסה עם 6 ראשים נוספים שהיו בני שבועיים. עבור צוות של 3, זה ירקות טריים פעמיים בחודש.

פרויקט GARTH יגדל 6 ראשי חסה תוך 28 ימים (4 שבועות). אבל.. אם הוא היה פועל במשך 6 חודשים, הוא יגדל 138 ראשי חסה, עם 18 ראשים נוספים בשלבי גידול שונים. עבור צוות של 3, זה ירקות טריים 7 וחצי פעמים בחודש, או כמעט פעמיים בשבוע.

אם זה מושך את תשומת ליבך … בואו נסתכל מקרוב על העיצוב

שלב 2: פרויקט GARTH

טכנולוגיית משאבי אוטומציה לצמיחה לגננות

(התצלומים של פרויקט GARTH הינם בגודל מלא, עשויים מלוח קצף של דולר סטור)

פרויקט GARTH ממקסם את הפרודוקטיביות באמצעות 4 אזורי צמיחה מותאמים נפרדים. הוא כולל גם מערכות בקרה אוטומטיות לתאורה, איכות אוויר, איכות מים והחלפת מים.

32, נורות LED לבנות 6000K מספקות את דרישות ה- PAR המוצעות. מערכת זרימת אוויר עם שני מאווררים ומערכת אוורור של ארבעה מאווררים שולבו לשמירה על הסביבה הפנימית, ומערכת הידרופונית אוטומטית, מותאמת לעצמנו של Nutrient Thin Film (NTF), נבחרה להאכיל ולפקח על הצמחים. מים להחלפת אידוי מוחזקים במאגר נפרד באזור האחסון העליון ליד מאגר מזין נוזלי המעורר ללא הרף, הדרוש לשמירה על רמת התזונה במערכת ההידרופונית ללא סיוע מאסטרונאוט. כל הכוח נכנס, פועל ומופץ מאזור האחסון העליון.

שלב 3: תכונות עיצוב

ארבעת אזורי הצמיחה

שלב ראשון (נביטה), לזרעים בני 0-1 שבועות, כ- 750 סמ ק שטח גידול

שלב שני, לצמחים בני 1-2 שבועות, כ -3, 600 סמ ק שטח גידול

שלב שלישי, לצמחים בני 2-3 שבועות, כ -11,000 סמ ק שטח גידול

שלב רביעי, לצמחים בני 3-4 שבועות, שטח גידול של כ- 45,000 סמ ק

(אזורי השלב הראשון והשני משולבים על מגש נשלף כדי להקל על השתילה, השירות והניקוי)

שלב 4: מערכת תאורה

התאורה הייתה קשה ללא גישה למד PAR, למרבה המזל לתחרות היה מר דוויט בגן הבוטני הטרופי של פיירצ'יילד, שאפשר לפנות אליו עם שאלות. הוא כיוון אותי לתרשימים שהיו מועילים מאוד ותרשימים אלה הובילו אותי גם ל- led.linear1. בעזרת התרשימים והאתר, הצלחתי לחשב את צרכי התאורה והמעגל שלי.

העיצוב שלי משתמש ב -26.4V של מתח מקור להפעלת 4 מערכים של 8, 3 וואט נוריות בסדרה עם נגדים של 1 אוהם, 1 ואט. אשתמש באספקה של 24V ובממיר Boost כדי להעלות את הזרם הקבוע ל -26.4V. (על סיפון ה- ISS, העיצוב שלי ישתמש ב 27V הזמין ובממיר באק כדי להוריד את המתח ולספק את הזרם הקבוע של 26.4V)

זוהי רשימת החלקים של מערכת התאורה.

32, לבן 6000-6500k, 600mA, DC 3V – 3.4V, 3W נוריות

נגדים של 4, 1 אוהם - 1W

1, 12A 400W Boost ממיר

מאוורר 1, 40 מ מ

1, תרמיסטור

1, DS3231 עבור Pi (RTC) או נתוני נתונים

18 חוט AWG

… וכך אני מתכוון להשתמש בשלושים ושניים, נוריות 3W.

נורית אחת בשלב 1, ארבעה בשלב 2 ותשע בשלב 3. שמונה עשר הלדים האחרונים ידליקו את שלב 4 ויביאו אותנו לסך עצום של 96 וואט אור בכ -2.4 אמפר.

שלב 5: מערכת זרימת אוויר ואוורור

(אנא זכור כי הצנרת וחיווט החשמל אינם מלאים. אלה תמונות של דוגמה של המערכת המוצעת)

זרימת הדם מושגת עם שני מאווררים בגודל 40 מ מ. מאוורר דחיפה שנושב לשלב הרביעי מהתעלה בחלק האחורי השמאלי העליון. האוויר יזרום על פני השלב הרביעי ואל החלק הקדמי של השלב השלישי, לאחר מכן דרך השלב השלישי והחוצה האחורי (מעלה וסביב השלב הראשון, דרך צינור קצר) אל החלק האחורי של השלב השני. מאוורר משיכה בצינור מעל השלב השני, ימשוך את האוויר דרך השלב השני ויצא מהפינה העליונה הקדמית העליונה. השלמת המסע דרך מערכת זרימת האוויר.

אוורור השלב הרביעי יהיה ישירות מחוץ לדופן האחורית העליונה. השלב השלישי יאוורר גם דרך הקיר האחורי העליון שלו. השלב השני יאוורר ישר דרך החלק העליון ושלב ההנבטה (שלב 1) יאוורר החוצה מהקיר האחורי, בדומה לשלבים 3 ו -4.

שלב 6: מערכת הידרופונית NFT

(בדיקה EC, בדיקת טמפרטורה, חיישן מפלס נוזלים, צינורות להחלפת אידוי ממאגר מים מתוקים וצינורות המחברים את משאבת השקע לתעלות, כולם ימוקמו כאן בתוך השקע אך לא הוצגו בתמונה זו)

המערכת כוללת מיכל 9, 000+מ"ל/סמ"ק, מאגר מים מתוקים של 7, 000+מ"ל // סמ"ק להחלפת אידוי, משאבת מים 12V 800L/שעה, מעקר UV-C להרג כל אצות במים הנכנסים לתוך המים סעפת זרימה מתכווננת עם 8 יציאות, מגדל אוורור עם מאוורר זרימה מנוגד לאוורור המים הזורמים משלב 2 ומימי הפליטה בשלב הבוחש, חיישן מפלס נוזלים, חיישן EC, חיישן טמפרטורת מים, מינון משאבה פריסטלטית ממאגר התזונה., שלב ערבוב השומר על חומרי הזנה בתמיסה במאגר וחמישה שוקות או תעלות גידול. חמשת תעלות הגידול, שלב הבחישה, מגדל האוורור מקבלים מים ממסעף הזרימה המתכוונן של 8 יציאות. כאשר יש צורך לבצע טיפול במערכת ההידרופונית, מתג ניתוק חד -קוטבי (DPST) הממוקם בלוח הקדמי יכבה את החשמל יוצא למשאבת המים, מעקר UV-C ומזרז תזונה של משאבה פריסטלטית. זה יאפשר ל"משתמש "לעבוד בבטחה על המערכת ההידרופונית מבלי לסכן את עצמו או את היבול.

שלב 7: מערכת אספקת תזונה אוטומטית

אני משתמש ב"מינון התזונה האוטומטי של Arduino אוטומטי עצמי "שפותח על ידי מייקל רטקליף לפרויקט זה. התאמתי את הסקיצה שלו למערכת ולחומרה שלי ואני משתמש במייקל של "שלושה דולר EC - מד PPM" כחיישן EC שלי.

מידע או הדרכה לשני הפרויקטים הללו ניתן למצוא בכתובת: element14, hackaday או michaelratcliffe

שלב 8: האלקטרוניקה של מערכות האוטומציה

מערכת התאורה תשתמש בבקר מיקרו Arduino, אחד DS3231 ל- Pi (RTC), מודול ממסר אחד 4, ארבעה נגדי 1 אוהם-1 ואט, שלושים ושניים LED לבנים 3W, ממיר Boost 400W, שלושה נגדי צילום, מחשב אחד 40 מ"מ מאוורר ותרמיסטור אחד. בקר המיקרו ישתמש ב- RTC כדי לתזמן את האורות במחזור 12 שעות מופעל, 12 שעות כבוי. הוא יפקח על רמות האור בשלב השני, השלישי והרביעי עם נגדי צילום והתראה עם אזעקת LED/פיז'ו, אם הוא מזהה רמת אור נמוכה בכל שלב, במהלך נורות במחזור. הטמפרטורה של לוח הנהג LED תהיה במעקב על ידי תרמיסטור המחובר בתור למאוורר 40 מ"מ ויתחיל להתקרר אוטומטית כאשר יתגלה מספיק חום.

מערכת משלוח התזונה פותחה על ידי מייקל רטקליף. המערכת משתמשת ב- Arduino Mega, אחד מרעיונות הבדיקה EC של מייקל, מגן תצוגה אחד עם לוח מקשים של 1602 LCD, חיישן טמפרטורת מים אחד DS18B20, משאבת מינון פריסטלטית אחת של 12V וממסר מבודד מסוג 5V אופטי. הוספתי חיישן אחד לרמת נוזל אופטי. המערכת תעקוב אחר טמפרטורת ה- EC והמים ותפעיל את המשאבה הפריסטלטית למינון חומרים מזינים לפי הצורך. בקר המיקרו יפקח על מפלס המים בשקע ותתריע עם אזעקת LED/פיאזו אם טמפרטורת המים של השקע חורגת מהטווח שהוגדר על ידי המשתמש, אם נתוני החיישן EC חורגים מהטווח שהוגדר למשתמש למשך זמן ארוך יותר מהגדרת המשתמש. פרק הזמן או אם מפלס המים של השקע יורד מתחת לרמה שנקבעה על ידי המשתמש.

מערכת זרימת האוויר תכלול מיקרו-בקר ארדואינו, ארבעה חיישני AM2302, שישה מאווררי מחשב בגודל 40 מ מ (שני מאווררי זרימת אוויר לשלב השני, השלישי והרביעי ו -4 מאווררי אוורור), מעקר UV-C ושישה ממסרים מבודדים אופטו 5V (לאוהדים). הבקר יפקח על טמפרטורת האוויר והלחות בכל ארבעת השלבים ויפעיל אוטומטית את מערכת זרימת המאווררים או את מאווררי האוורור הבודדים לפי הצורך כדי לשמור על הטמפרטורה והלחות בטווחי הגדרות המשתמש. הבקר גם יגדיר וישלוט בתזמון מעקר ה- UV-C וישמור על אזעקת LED/פיז'ו במקרה שהטמפרטורה או הלחות יחרגו מהרמות שנקבעו על ידי המשתמש בכל אחד מ -4 השלבים.

שלב 9: הבנייה

מארז 50 ס"מ, התעלות, מאגר החלפת אידוי המים המתוקים, מגדל האוורור, תעלת זרימת האוויר המרכזית, מגירת השלב הראשון והשני, פלטות הגג (לא מוצגות) ורוב המבנה התומך האחר, ייבנו החל מ -0.187 " ABS שחור. הווילונות הקדמיים לבמות מוצגים בסרט Mylar על המדומה, אך סביר להניח שהם יהיו עשויים אקריליק מצופה רפלקטיבי או פוליקרבונט על אב הטיפוס האמיתי. התאורה (לא מוצגת אך מורכבת מ -4 מערכים של 8, נוריות 3W בסדרות) תותקן על יריעות אלומיניום בערך 0.125 אינץ 'עם צינורות נחושת בגודל 0.125 אינץ' הממולחים בצד העליון לקירור נוזלי, (קירור זה ייכנס ויוצא מאחור היחידה להפריד צידנית הקשורה לתחרות). אינסטלציה של מי NTF לשלב 1 & 2 (אינה מוצגת באף אחת מהתמונות אך) הייתה מחוברת באמצעות חיבור מהיר בחזית השלב השני.

ממיר ההגברה (המוצג בתמונה של אזור האחסון העליון) עשוי להיות מועבר מתחת למגש הנביטה (שלב 1) כדי לספק חום נוסף לנביטה. חיישני הטמפרטורה והלחות AM2302 (לא מוצגים), ימוקמו גבוה בכל שלב (מחוץ לנתיב זרימת האוויר המתוכנן באופן קבוע)

נראה שהעיצוב אינו חושב כלל על החלל,

אך לא כך הדבר. מערכת NTF שלי המתוארת כאן אינה מותאמת או משתנה לחלל, אך מערכות הידרופוניות של NTF הן מתמודדות רציניות לצרכים הייחודיים של גידולי שטח במיקרו -כבידה ויש לי רעיונות לאופטימיזציה של המרחב.

התחרות ביקשה מאיתנו לעצב מערכת שגדלה יותר צמחים בחלל מוגדר ולמנוע את העיצוב כמה שיותר.

העיצובים שנבחרו לשלב 2 יצטרכו לגדל את הצמחים שלה קודם כל על כדור הארץ. אני מאמין שהעיצוב שלי עומד בכל דרישות התחרות ועושה זאת תוך כיבוד המרחב האמיתי הדרוש לצמיחת צמחים, זרימת אוויר, בקרות סביבתיות אוטומטיות ושווי חומרים מתכלים לצמחים. הכל בתוך השטח של 50 סמ”ר שקיבלנו.

שלב 10: לסיכום

האוטומציה של פרויקט GARTH מפחיתה את תשומת הלב הדרושה לפעם בשבוע.

ירידה פי שבעה בתחזוקה, בהשוואה למערכת "VEGGIE".

שישה מפעלים התחילו מדי שבוע בפרויקט GARTH.

גידול פי ארבעה בייצור, לעומת שישה מפעלים שהחלו מדי חודש במערכת "VEGGIE".

אני רואה בשינויים אלה יעילים, ממציאים ויעילים.

אני מקווה שגם אתה.

סגנית בתחרות יצרנית מעבר לכדור הארץ