Аз мейкиндикте көбүрөөк салат өстүрүү же Космосто салат өстүрүү, (Аздыр -көптүр) .: 10 кадам

2024 Автор: John Day | [email protected]. Акыркы өзгөртүү: 2024-01-30 10:39

Бул Instructables аркылуу берилген Growing Beyond Earth, Maker конкурсуна профессионалдык тапшыруу.

Мен космостук өсүмдүктөрдү өндүрүү үчүн долбоор жасап, биринчи көрсөтмөмдү жарыялап жатканымдан улам толкундана албадым.

Баштоо үчүн сынак бизден суранды

… өсүмдүктөрүңүздүн өсүү камерасынын долбоорун жана түзүлүшүн деталдуу түрдө тапшырыңыз, ал (1) 50см х 50см х 50см көлөмүнө туура келет, (2) өсүмдүктүн өсүшүн камсыз кылуу үчүн зарыл болгон бардык өзгөчөлүктөрдү камтыйт, башкача айтканда жасалма жарык, сугат системасы, жана айлануучу аба каражаттары жана (3) мүмкүн болушунча көп өсүмдүктөрдү туура орнотуу жана ийгиликтүү өстүрүү үчүн ички көлөмдү эффективдүү жана ойлоп табуучу түрдө колдонот ».

Конкурстун талаптарын жана FAQ'ларды окуп чыккандан кийин, мен дизайн процессинде төмөнкү божомолдорду жасадым.

Космонавттын "долбоору" менен жума сайын пландаштырылган өз ара аракеттенүүсү алгылыктуу болмок жана сынактын критерийлеринде автоматтык башкаруу аспектин жокко чыгарбайт.

"Проект" үчүн PSU 50см3 сыртында жайгашышы мүмкүн, анткени эгерде станция космосто болсо, ЭКС блокту энергия менен камсыздайт. Светодиоддун ичиндеги "долбоордун" муздатуусу 50см3 сыртында пайда болушу мүмкүн, анткени эгерде станция космосто болсо, ЭКС бирдикке муздатуу бере алат.

"Колдонуучу" пландаштырылган жумалык тейлөө үчүн 50см3 көлөмүнүн үстүнө жана 4 тарабына чектөөсүз кире алат, бирок "долбоордо" пландаштырылбаган маселе пайда болсо, пландалбаган маселелерди алып салбайт.

Кийинки, мен конкурстун параметрлерин чогулттум

Долбоордун маалыматтары

Суу: 100 мл/өсүмдүк/күн (сунушталат)

Жарыктандыруу: 300-400? Мол/М2/с PAR 400-700nm ичинде (сунушталган)

Жарык айлампасы: 12/12

Жарыктын түрү: LED (сунушталган)

Аба жүгүртүү: 2.35cf/0.0665m3 үчүн (менин дизайнымдын өсүү аймагы)

ISSтеги температура: 65 - 80˚F / 18.3 - 26.7 ° C (маалымдама үчүн)

Өсүмдүктүн түрү: "Укмуштуу" Кызыл Ромен салаты

Жетилген өсүмдүктөрдүн өлчөмү: бийиктиги 15 см жана диаметри 15 см

Өсүү системасы: (Дизайнердин тандоосу)

Жабдуулар

Бизге керектүү буюмдар керек

(Бул бөлүктөр түшүнүктү далилдөө үчүн колдонулат, алар, кыязы, космостук саякатка бекитилген эмес)

1 - 0.187”48” x96”Ак ABS

3 - Микроконтроллер

1 - 1602 ЖК дисплей

1 - Nano үчүн Маалыматтарды каттоочу калкан

3 - Сүрөт резисторлору

4 - AM2302 сенсорлору

1 - DS18B20 температура сенсору

1 - EC сенсор, 1 - 15mA 5V оптикалык суюктуктун деңгээли

1 - Pi үчүн DS3231 (RTC)

… жана башка жабдуулар

1 - Перисталтикалык дозалап туруучу насос

1 - 12В суу насосу

1 - Пьезо сигналдары

3 - 220 Ом каршылыгы

1 - DPST которгуч

1-265-275nm UVC стерилизатору

24 - 1½”санитардык капкактар

1 - Суюк/Аба магниттик козгоо баскычы

1 - Тамчылатып башкаруу башы, 8 сызык

1 - Тамчылатып сугаруу түтүгү

1 - алмаштыруучу суу контейнери

1 - ½ ID PVC түтүк

70 - Светодиоддорду бекитүү үчүн бурамалар

18 AWG & 22 AWG Wire

1 - Түтүктү кичирейтүү

1 - LED жылыткыч үчүн алюминий

5-6 мм бийиктиктеги тийүү өчүргүчтөрү

4 - 1 Ом, 1 Ватт резисторлор

1 - Pkg уруктар "Ачуу" салат

… жана башкалар

1 - 400W Boost тактасы

32-3W Ак LED, (6000-6500k)

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

8 - 40мм компьютер күйөрмандары

11 - 5V Opto изоляцияланган реле

10 - 1N4007 flyback диод

24 - Rockwool сайгычтары

1 - Гидропоникалык азыктар

1 - азыктандыруучу контейнер

1 - Mylar шейшеп

… жана шаймандар

Жабыштыруу үчүн эриткич

Көрдүм

Тешүүчү араа

Кандооч

Solder

Бургулоо

Бургулоо биттери

Бурамалар

Компьютер

USB кабели

Arduino IDE программасы

1 -кадам: Учурдагы "VEGGIE" системасын салыштыруу

ISSтеги "VEGGIE" системасы 28 күндө (4 жумада) 6 баш салат өстүрө алат. Эгерде "VEGGIE" 6 ай чуркаса, (космонавт ЭККнын бортунда болгон орточо убактысы), ал эки жумалык болгон 6 башы бар 36 баш салат өстүрмөк. 3 кишиден турган экипаж үчүн бул жашылчалар айына эки жолу.

GARTH долбоору 28 күндө (4 жумада) 6 баш салат өстүрөт. БИРОК.. эгер ал 6 ай бою чуркаса, 138 баш салат өсөт, өсүүнүн ар кандай баскычтарында кошумча 18 баш. 3 кишиден турган экипаж үчүн бул жашылчалар айына 7½ же жумасына дээрлик эки жолу.

Эгер бул сиздин көңүлүңүздү бурса … дизайнды жакшылап карап көрөлү

2 -кадам: GARTH долбоору

Багбанчылык үчүн өсүштү автоматташтыруу ресурстук технологиясы

(GARTH долбоорунун сүрөттөрү Dollar Store көбүк өзөгүнүн тактайынан жасалган толук масштабдагы макет)

GARTH долбоору 4 өзүнчө оптималдаштырылган өсүү аймактарын колдонуу аркылуу өндүрүмдүүлүктү максималдаштырат. Ал ошондой эле жарыктандыруу, абанын сапаты, суунун сапаты жана сууну алмаштыруу үчүн автоматтык башкаруу системаларын камтыйт.

32, Ак 6000K LED чырактары сунушталган PAR талаптарын камсыз кылат. Ички чөйрөнү сактоо үчүн эки желдеткич аба жүгүртүү системасы жана төрт желдеткич желдетүү системасы киргизилген жана өсүмдүктөрдү азыктандыруу жана көзөмөлдөө үчүн автоматташтырылган, өзүн өзү оптималдаштыруучу Nutrient Thin Film (NTF) гидропоникалык системасы тандалган. Бууланууну алмаштыруучу суу астронавттын жардамысыз гидропоникалык системанын азыктуулугунун деңгээлин кармап туруу үчүн керектүү, дайыма аралаштырылып туруучу суюктукту сактагычтын жанындагы өзүнчө резервуарда сакталат. Бардык күч кирет, иштейт жана жогорку сактоочу жайдан бөлүштүрүлөт.

3 -кадам: Дизайн өзгөчөлүктөрү

Төрт аймак өсөт

1-этап (өнүү), 0-1 жумалык уруктар үчүн болжол менен 750 см өсүү мейкиндиги

Экинчи этап, 1-2 жумалык өсүмдүктөр үчүн болжол менен 3,600 см өсүү мейкиндиги

3-этап, 2-3 жумалык өсүмдүктөр үчүн, болжол менен 11 000 кк өсүү мейкиндиги

4-стадия, 3-4 жумалык өсүмдүктөр үчүн болжол менен 45 000 000 см өсүү мейкиндиги

(1 -жана 2 -этаптын аянттары отургузуу, тейлөө жана тазалоону жеңилдетүү үчүн алынуучу лотокко бириктирилген)

4 -кадам: Жарык системасы

Жарык PAR метрге жетпей туруп, кыйын болду, бактыга жараша, конкурс Fairchild Tropical Botanic Gardenда мырза Дьюиттин суроолоруна жооп берүү үчүн болду. Ал мени абдан пайдалуу болгон диаграммаларга багыттады жана ал схемалар мени да led.linear1ге алып келди. Диаграммалар жана веб -сайт менен мен жарыктандыруу жана схемага болгон муктаждыгымды эсептей алдым.

Менин конструкциям 26.4В булак чыңалуусун колдонот, 4 массивди 8, 3 ватт LED диаметри 1 ом, 1 ватт резисторлор менен иштетет. Туруктуу токту 26.4В чейин көтөрүү үчүн мен 24В камсыздоону жана Boost конвертерин колдоном. (ЭККнын бортунда менин конструкциям бар 27В жана Бак конвертерин колдонуп, чыңалууну төмөндөтүп, 26.4В туруктуу токту камсыз кылат)

Бул жарык системасынын бөлүктөрүнүн тизмеси.

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

4, 1 Ом - 1W каршылыгы

1, 12A 400W Boost конвертери

1, 40мм желдеткич

1, термистор

1, Pi (RTC) же datalogger үчүн DS3231

18 AWG зымы

… жана мен ошол отуз эки, 3W LEDди кантип колдонууну пландап жатам.

1 -этапта бир LED, 2 -этапта төрт жана 3 -этапта тогуз. Акыркы он сегиз LED 4 -этапты жарыктандырат жана бизди болжол менен 2.4 амперде 96 ватт жарыкка жеткирет.

5 -кадам: аба айлануу жана желдетүү системасы

(Сураныч, сантехника жана электр зымдары бүтө элек. Бул сунушталган системанын макетинин сүрөттөрү)

Тираж 40мм эки желдеткич менен ишке ашат. Арткы жогорку сол жагындагы каналдан 4 -этапка соккон күйөрман. Аба 4 -этап аркылуу жана 3 -этаптын алдына, андан кийин 3 -этап аркылуу жана арткы тараптан (1 -этаптын айланасында, кыска канал аркылуу) 2 -этаптын артына агат. 2 -этаптын жогору жагындагы каналдагы желдеткич 2 -этап аркылуу абаны тартып, алдыңкы оң бурчтан чыгарат. Аба айлануу системасы аркылуу саякатты аяктоо.

4 -этаптагы желдетүү түз арткы дубалдын сыртында болот. 3 -этап анын арткы дубалынан өтөт. Экинчи этап түздөн -түз үстү аркылуу өтөт, ал эми өнүү стадиясы (1 -этап) 3 жана 4 -этаптарга окшош арткы дубалды сыртка чыгарат.

6 -кадам: NFT Hydroponic System

(EC зонду, температура иликтөөчүсү, суюктуктун деңгээлинин сенсору, бууланууну алмаштыруучу шлангдар, таза суу сактагычтан жана насосту каналдарга туташтырган шлангдар, баары ушул жерде каргышта жайгашат, бирок бул сүрөттө көрсөтүлгөн эмес)

Тутумга 9 000 000 мл/куб кубдук идиш, 7 000 000 мл мл бууланып алмаштыруу үчүн таза суу сактагыч, 12 В 800 л/саат суу насосу, сууга кирген балырды жок кылуу үчүн UV-C стерилизатору кирет. 8 порттун жөнгө салынуучу агым коллектору, 2 -этаптан ылдый аккан сууну желдетүү үчүн карама -каршы агымдык желдеткич менен аэрация мунарасы жана аралаштыруучу этаптан чыккан сууну, суюктуктун деңгээл сенсорун, EC сенсорун, суунун температурасы сенсорун, азыктандыруучу суу сактагычтан дозалап турган перисталтикалык насосту, суу сактагычтагы эритиндидеги азык заттарды жана беш өсүмдүктү же каналды сактап турган козголоңчу баскыч. Беш өсүү каналы, козголоңчу этап, аэрация мунарасы 8 порттун жөнгө салынуучу агымынын коллекторунан суу алат. Гидропоникалык системаны тейлөө керек болгондо, алдыңкы панелде жайгашкан эки уюлдуу бир ыргытуу (DPST) өчүргүч электрди жабат суу насосуна, UV-C стерилизаторуна жана перисталтикалык насостун азыктандыруучу дозаторуна түшүңүз. Бул "Колдонуучуга" өздөрүнө жана түшүмгө коркунуч келтирбестен, гидропоникалык системада коопсуз иштөөгө мүмкүндүк берет.

7 -кадам: Автоматтык азыктандыруу системасы

Мен бул долбоор үчүн Майкл Рэтклифф тарабынан иштелип чыккан "Self Optimizing Automated Arduino Nutrient Doser" колдонуп жатам. Мен анын эскизин тутумума жана жабдууларыма ылайыкташтырдым жана Майклдын "Үч долларлык EC - PPM Метрин" EC сенсорум катары колдонуп жатам.

Бул долбоорлордун экөөнө тең маалыматты же көрсөтмөнү төмөнкү жерден тапса болот: element14, hackaday же michaelratcliffe

8 -кадам: Автоматика системаларынын электроникасы

Жарыктандыруу системасы Arduino микро контроллерин, Pi үчүн бир DS3231 (RTC), бир 4 релелик модуль, төрт 1 ом-1 ватт резистор, отуз эки 3W White LED, 400W Boost конвертери, үч фото резистор, бир 40мм компьютерди колдонот. желдеткич жана бир термистор. Микроконтроллер жарыкты 12 саатта, 12 саатта, циклде өчүрүү үчүн RTC колдонот. Ал 2, 3 жана 4 -баскычтарда жарыктын деңгээлин фото резисторлор менен көзөмөлдөйт жана эгерде циклдеги жарык учурунда кандайдыр бир этапта жарыктын төмөндүгүн байкаса, LED/piezo сигнализациясы менен эскертет. LED айдоочу тактасынын температурасы 40 мм желдеткичке туташкан термистор тарабынан көзөмөлдөнөт жана жетиштүү жылуулук аныкталганда автоматтык түрдө муздай баштайт.

Nutrient Delivery системасы Майкл Рэтклиф тарабынан иштелип чыккан. Система Arduino Mega колдонот, Майклдын EC иликтөө идеяларынын бири, 1602 ЖК баскычтуу дисплей калканы, бир DS18B20 суу температурасынын сенсору, 12V перисталтикалык дозалоочу насосу жана 5V opto изоляцияланган реле. Мен бир оптикалык суюктуктун деңгээл сенсорун коштум. Система EC жана суунун температурасын көзөмөлдөп, керектүү заттарды азыктандыруу үчүн перисталтикалык насосту иштетет. Микроконтроллер идиштин ичиндеги суунун деңгээлин көзөмөлдөп турат жана эгерде карниздеги суунун температурасы колдонуучу койгон чектен ашса, эгерде LED сенсорунун маалыматтары колдонуучу топтомунан узагыраак болсо, LED/piezo сигнализациясы менен эскертет. убакыттын аралыгында же эгер суунун деңгээли колдонуучу койгон деңгээлден төмөн түшсө.

Аба айлануу системасы Arduino микроконтроллеринен, төрт AM2302 датчиктеринен, алты 40мм компьютердик желдеткичтерден (2, 3 жана 4-этаптар үчүн жана 4 желдетүү желдеткичтери), бир UV-C стерилизаторунан жана 5V opto изоляцияланган алты реледен (күйөрмандар үчүн). Контроллер бардык 4 этапта абанын температурасын жана нымдуулугун көзөмөлдөйт жана керектөөчүлөрдүн диапазонунда температураны жана нымдуулукту сактоо үчүн керек болгон учурда эки күйөрман жүгүртүү системасын же жеке этап желдеткич күйгүзгүчтөрүн автоматтык түрдө баштайт. Контролер ошондой эле UV-C стерилизаторунун убактысын белгилейт жана көзөмөлдөйт жана эгерде температура же нымдуулук 4 этаптын биринде колдонуучу койгон деңгээлден ашып кетсе, LED/piezo сигналын сактайт.

9 -кадам: Куруу

50 см3 корпус, каналдар, таза суунун буулануусун алмаштыруучу суу сактагыч, аэрация мунарасы, борбордук аба айлануу каналы, 1чи жана 2чи этаптын суурмасы, чатырдын кашектери (көрсөтүлгөн эмес) жана башка колдоочу түзүлүштөр 0.187ден баштап курулат . Кара ABS. Этаптардын алдыңкы пардалары жасалма түрдө Mylar тасмасында көрсөтүлгөн, бирок, кыязы, реалдуу прототипке чагылдырылган капталган акрил же поликарбонаттан жасалышы мүмкүн. Жарык (көрсөтүлбөгөн, бирок сериясындагы 8, 3 Вт диоддордун 4 массивинен турат) суюктукту муздатуу үчүн үстү жагында эритилген 0,125 дюймдук жез түтүктөрү бар болжол менен 0,125 дюймдук алюминий плиткасына орнотулат (бул муздатуу артка кирип, чыгат) NTF суусун 1 жана 2-этапка чейин сантехникалоо (эч кандай сүрөттөрдө көрсөтүлгөн эмес, бирок) 2-этаптын маңдайындагы тез туташуу аркылуу тиркелет.

Көбөйтүүчү конвертер (үстүңкү сактоочу жайдын сүрөтүндө көрсөтүлгөн) өнүү үчүн кошумча жылуулук берүү үчүн өнүү табагынын астына (1 -этап) көчүрүлүшү мүмкүн. AM2302, температура жана нымдуулук сенсорлору (көрсөтүлгөн эмес), ар бир этапта бийик жайгашат (дайыма пландаштырылган аба айлануу жолунан тышкары)

Дизайн мейкиндик жөнүндө такыр ойлобогондой көрүнүшү мүмкүн,

бирок андай эмес. Бул жерде сүрөттөлгөн менин NTF тутумум мейкиндик үчүн оптималдаштырылган же өзгөртүлгөн эмес, бирок NTF гидропоникалык системалары космостук өсүмдүктөрдүн микро гравитациядагы уникалдуу муктаждыктары үчүн олуттуу атаандаштар жана менде анын космосту оптималдаштыруу боюнча идеялары бар.

Сынак бизден белгилүү бир мейкиндикте көбүрөөк өсүмдүктөрдү өстүргөн системаны иштеп чыгууну жана дизайнды мүмкүн болушунча автоматташтырууну суранды.

Этап 2 үчүн тандалган конструкциялар биринчи кезекте жер бетинде өсүмдүктөрдү өстүрүшү керек. Менимче, менин дизайным сынактын бардык талаптарын аткарат жана муну өсүмдүктөрдүн өсүшү, аба айлануу, автоматташтырылган экологиялык көзөмөл жана өсүмдүктөр үчүн бир жумалык керектелүүчү материалдарды сактоо менен аткарат деп ишенем. Баары 50 см3 мейкиндиктин ичинде бизге берилген.

10 -кадам: Аны бүтүрүү үчүн

The GARTH долбоорунун автоматташтырылышы керектүү көңүлдү жумасына бир жолу азайтат.

"VEGGIE" системасына салыштырмалуу тейлөө жети эсе азайды.

The GARTH Долбоорунда жумасына алты завод башталды.

Өндүрүштүн төрт эсе өсүшү, "VEGGIE" системасында ай сайын башталган алты заводго салыштырмалуу.

Мен бул өзгөртүүлөрдү эффективдүү, ойлоп табуучу жана эффективдүү деп эсептейм.

Сиз да ошондой болот деп үмүттөнөм.

"Өсүп бараткан жердин жаратуучусу" сынагында экинчи орунду ээледи