מגדל צמחי מיקרו -כבידה "כדור דיסקו": 13 שלבים

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

שלום קוראים, פרויקט זה הינו הגשה מקצועית לתחרות יצירת העולמות.

פרויקט זה מהווה הוכחת קונספט לעיצוב פוטנציאלי של עציץ שיכול לשמש אותו לגידול תכנית במיקרו -כבידה.

בהתבסס על כללי התחרות רשמתי את דרישת המערכת,

1. המערכת חייבת להתאים לאזור 50 סנטימטר^3.
2. המערכת חייבת לנצל את המיקרו -כבידה.
3. המערכת יכולה להיות מכוונת בכל עמדה
4. המערכת יכולה להיות מקור מקור חיצונית ממסילות החשמל הפנימיות של ISS.
5. המערכת חייבת להפוך את רוב תהליכי הגידול לאוטומטיים עם אינטראקציה מינימלית של אסטרונאוטים.

עם ההנחות לעיל התחלתי בעיצוב המערכת.

שלב 1: הצעת פרויקט

בתור התחלה ציירתי מתאר גס של מה שחשבתי שהמערכת יכולה להיראות, הרעיון הראשוני שהיה לי היה כד תלוי במרכז סביבת הגידול עם תאורה המותקנת על המסגרת שמסביב.

הבסיס של הקופסה הזו יכלול את המים והאלקטרוניקה.

בשלב זה התחלתי לפרט את סוג המרכיבים הפוטנציאליים של מערכת כזו,

1. מסגרת - יהיה צורך לבחור חומר מסגרת מתאים
2. תאורה - איזה סוג תאורה יהיה הטוב ביותר? פסי לד?
3. חיישנים - כדי שהמערכת תהיה אוטומטית היא תצטרך להיות מסוגל לחוש דברים של לחות כמו רוגע וטמפרטורה.
4. שליטה - המשתמש יזדקק לדרך של אינטראקציה עם ה- MCU

מטרתו של פרויקט זה היא לייצר הוכחת מושג, על סמך הלקחים הנלמדים אכין רשימה של עבודות ופיתוח עתידיים הנדרשים להרחבת הרעיון הזה.

שלב 2: הוכחת קונספט - BOM

סכום ה- BOM (שטר החומרים) לפרויקט זה יעלה כ -130 ליש"ט להזמנת כל הנדרש, מתוך עלות זו בערך 100 ליש"ט ישמשו ליצירת יחידת מגדלת צמח אחת.

סביר להניח שיהיה לך נתח הוגן של רכיבי האלקטרוניקה שמפחיתים באופן דרמטי את הקוד.

שלב 3: אלקטרוניקה - עיצוב

השתמשתי ב- Fritzing כדי לתכנן את האלקטרוניקה הנדרשת לפרויקט זה, החיבורים צריכים להתנהל כדלקמן,

LCD 16x2 I2C

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

מקודד רוטרי (D3 & D2 נבחרו מכיוון שהם סיכות Arduino Uno Interupt)

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

חיישן טמפ 'DS18B20

1. GND> GND
2. DQ> D4 (Arduino, עם 5V למעלה של 4k7)
3. VDD> 5V

חיישן לחות קרקע

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

מודול ממסר כפול

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

עבור הקישורים האחרים אנא עיין בתרשים למעלה.

שלב 4: אלקטרוניקה - הרכבה

הרכבתי את האלקטרוניקה כמתואר בתרשים של העמוד הקודם, השתמשתי בלוח הפרוטובור כדי להכין מגן עבור ה- Arduino Uno, לשם כך שברתי את הלוח בערך בגודל ה- Uno ואז הוספתי סיכות כותרת גבריות שהיו מיושרות עם הכותרות הנשיות ב- Uno.

אם החיבורים תואמים את התרשים הקודם המערכת אמורה לפעול כראוי, אולי כדאי לפשט את החיבורים בצורה דומה לי לפשטות.

שלב 5: תוכנה - תכנית

הרעיון הכללי לפונקציונליות התוכנה הוא שהמערכת תסתובב ברציפות סביב קריאת ערכי החיישן. בכל מחזור הערכים יוצגו על מסך ה- LCD.

המשתמש יוכל לגשת לתפריט על ידי החזקת המתג הסיבוב כלפי מטה, ברגע שזה יזוהה ייפתח ממשק המשתמש של התפריט. למשתמש יהיו כמה דפים זמינים,

1. הפעל משאבת מים
2. החלף מצב LED (הפעלה / כיבוי)
3. שנה מצב מערכת (אוטומטי / ידני)
4. צא מתפריט

אם המשתמש בחר במצב אוטומטי המערכת תבדוק אם רמות הלחות נמצאות בתוך ערך הסף, אם הן אינן כך היא תשאב אוטומטית מים המתינו עיכוב קבוע ותבדוק מחדש.

זוהי מערכת אוטומציה בסיסית אך תפעל כנקודת מוצא להתפתחויות עתידיות.

שלב 6: תוכנה - פיתוח

ספריות חובה

• טמפרטורה של דאלאס
• LiquidCrystal_I2C-master
• OneWire

הערות תוכנה

קוד זה הוא קוד הטיוטה הראשון המעניק למערכת פונקציונליות בסיסית, והוא כולל

עיין ב- Nasa_Planter_Code_V0p6.ino המצורף לקבלת המבנה העדכני ביותר של קוד המערכת, תצוגת טמפרטורות ולחות.

מצב אוטומטי ומצב ידני - המשתמש יכול לגרום למערכת לשאוב מים אוטומטית בלחות סף

כיול חיישן Moisuture - AirValue & WaterValue cont int צריך למלא ידנית מכיוון שכל חיישן יהיה מעט שונה.

ממשק משתמש לשליטה במערכת.

שלב 7: מכני - עיצוב (CAD)

לעיצוב מערכת זו השתמשתי ב- Fusion 360, ניתן לצפות/ להוריד את ההרכבה הסופית מהקישור למטה

a360.co/2NLnAQT

המכלול מתאים לאזור התחרות של 50 ס מ^3 והשתמש בצינור PVC לבניית מסגרת הקופסה, עם סוגר מודפס בתלת -ממד להצטרפות הפינות. למסגרת זו יש יותר חלקים מודפסים בתלת -ממד המשמשים להתקנת קירות המארז ותאורת LED.

במרכז המארז יש לנו את האדנית "דיסקו אורב" שהיא מכלול בן 4 חלקים, (2 חצי כד, בסיס אחד של כדור, צינור אחד). זה כולל חיתוכים ספציפיים המאפשרים להכניס את צינור משאבת המים וחיישן הלחות הקיבולית לחלק הקרקע.

בבסיס העיצוב אתה יכול לראות את תיבת הבקרה, זה מכיל את האלקטרוניקה ומעניק קשיחות למסגרת. בחלק זה נוכל לראות את התצוגה והבקרות של ממשק המשתמש.

שלב 8: חלקים מכניים - מודפסים בתלת מימד

ההרכבה המכנית דורשת חלקים מודפסים תלת מימד שונים, סוגריים למסגרת פינתית, תושבות לוח צד, ציר דלתות, תושבות LED ותושבות תיבת בקרה, חלקים אלה אמורים להסתכם בערך 750 גרם במשקל ו -44 שעות הדפסה.

ניתן לייצא את החלקים ממכלול התלת -ממד המקושר בעמוד הקודם או שניתן למצוא אותם ב- thingiverse כאן, www.thingiverse.com/thing:4140191

שלב 9: מכני - הרכבה

שים לב שההרכבה שלי דילגתי על חלקי הקיר של המארז, בעיקר עקב מגבלות זמן ועלויות, ראשית, עלינו לחתוך את צינור ה- PVC למקטעים של 440 מ מ, נצטרך 8 חלקים של צינור כמו זה. 8 תושבות LED מודפסות ו -4 מסגרות פינתיות למסגרת.

כעת עלינו להכין את רצועות הלד,

1. חותכים את הרצועות בסימני המספריים באורך של בערך 15 ס"מ, עלינו לחתוך 8 חלקים של רצועת LED
2. חשפו את רפידות + & - על ידי הסרת מעט גומי
3. הלחם את מחברי הכותרת הזכרית (גזור חלקים של 3 והלחם כל קצה לרפידה)
4. הסר את מגן הדבק בחלק האחורי של כל רצועה והצמד לחלקי מדפסת התלת -ממד בעלי הר LED.
5. עכשיו צור כבל כדי לקשר את כל הצדדים החיוביים והשליליים של כל רצועה
6. לבסוף הפעל אותו ובדוק שכל הנורות פועלות

שלב 10: פרויקט - התקדמות עד כה

עד כאן זה עד כמה שהצלחתי להרכיב את הפרויקט הזה, אני מתכוון להמשיך לעדכן מדריך זה ככל שהפרויקט יתפתח,

מה שנותר לעשות

• מכלול תיבת בקרה מלא
• בית אלקטרוניקה
• בדיקת מערכת שאיבת מים
• סקור את ההתקדמות

שלב 11: לקחים

למרות שעד כה הפרויקט לא הושלם, עדיין למדתי כמה דברים חשובים מחקר הפרויקט הזה.

דינמיקת נוזלים במיקרו -כבידה

זהו נושא מורכב להפליא, המציג הרבה נושאים בלתי נראים לדינמיקת נוזלים סטנדרטית המבוססת על כוח הכבידה. כל האינסטינקטים הטבעיים שלנו לאופן הפעולה של נוזלים יוצאים מהחלון מחומרת הכבידה ונאס א נאלצו להמציא מחדש את הגלגל בכדי לגרום למערכות פשוטות יחסית מבוססות כדור הארץ לתפקד.

חישת לחות

למד אודות השיטות השונות המשמשות בדרך כלל לאיתור לחות (חיישנים נפחים, מדים ומצב מוצק, עיין בקישור זה לקריאה טובה בנושא

הערות קטנות

צינור PVC מצוין לבניית מסגרות במהירות, אני צריך כלי עץ טובים יותר!

תכנן מראש פרויקטים של תחביבים, פילח משימות וקבע מועדים בדיוק כמו בעבודה!

שלב 12: עבודה עתידית

לאחר שקראתי כיצד אנו מנהלים את דינמיקת הנוזלים במיקרו -כבידה, אני מעוניין מאוד לעצב פתרון משלי לבעיה, הייתי רוצה לקחת את העיצוב הגס הזה הלאה, הרעיון למערכת זו הוא להשתמש במיכל מפוח עם מנועי צעד שיכול לדחוס את אזור המכולה כדי לשמור על לחץ צינור מסוים.

שלב 13: סיכום

תודה שקראתם אני מקווה שנהניתם, אם יש לכם שאלות או אם תרצו עזרה בכל דבר שמכוסה בפרויקט זה אתם מוזמנים להגיב!

ג'ֵק.