ISS үчүн Hollow's Wolverine Grow Cube Hack: 5 Steps

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

Биз Лонг Айлендден, Нью -Йорктон West Hollow орто мектеби. Биз инженерлерге умтулабыз, биз жумасына бир жолу Hack Hollow аттуу клубда жолугушабыз, анда биз көптөгөн долбоорлорду иштеп чыгабыз, коддойбуз жана курабыз. Биз иштеген бардык долбоорлорду бул жерден текшере аласыз. Негизги көңүлүбүз тамак -аштын жана экологиялык робототехниканын келечегин изилдөө болчу. Биз илимий лабораториябыздын артында мугалими мырза Регини менен автоматташтырылган вертикалдуу гидропоникалык ферманы чогулттук жана тейледик. Биз акыркы эки жылда GBE программасына да катыштык. Биз бул чакырык жогорку класстын окуучуларын талап кылганын билебиз, бирок биз дагы эки жыл күтүүгө биздин мектептин тумары болгон Wolverine менен тааныштыруу үчүн абдан толкунданганбыз. Бул биз кылган нерсенин түрү!

Бул долбоордо сиз биз сүйгөн көптөгөн нерселерди, анын ичинде Arduino, Raspberry Pi жана алар менен бирге келген бардык электрондук нерселерди таба аласыз. Биз ошондой эле Fusion 360ты куб дизайнын жасоо үчүн TinkerCadдан бир баскыч катары колдонууну жактырдык. Бул долбоор кээ бир жаңы жаратуучу аянтчаларында тиштерибизди кесүү үчүн эң сонун мүмкүнчүлүк болду. Биз дизайн топторуна бөлүнүп калдык, алар ар бири Кубанын өсүшүнүн бир жагына көңүл бурушу керек болчу. Биз аны рамкага, капкакка жана табличкага, жарыктандырууга, өсүүчү дубалдарга, сууга, желдеткичтерге жана экологиялык сенсорлорго бөлдүк. Кийинки кадамдарда талкууланган бөлүктөрдү визуалдаштырууга жардам керек болсо, биз өзүбүз колдонгон бардык материалдардын тизмесине шилтемелерди киргиздик. Сизге жагат деп ишенебиз!

Жабдуулар

Frame:

• 1 "80/20 алюминий экструзиясы
• Ти жаңгактар
• Колдоо кашаалары
• Топсолор
• T-каналы шайкеш планер муундары
• T-каналына шайкеш келген түтүк жана зым гиддер
• Эшикти жабуу үчүн магниттер
• 3 x магниттик камыш өчүргүчтөр

Өстүрүү дубалдары:

• Farm Tech төмөн профилдеги NFT каналдары
• NFT каналынын капкактары
• Гофрленген пластикалык барактар
• Алынуучу каналдарды кармап туруу үчүн магниттер

Капкак:

• Гофрленген пластикалык барак
• 3D басылган LED чырак өсөт (Fusion 360)
• Пластикалык тирешүүлөр жана электроника үчүн жабдыктар

Жарыктандыруу:

• Adafruitтен алынуучу неопикселдик тилкелер (60LED/m)
• Neopixel бириктиргичтери
• Неопикселдик клиптер
• 330uF, 35V ажыратуучу конденсатор
• 1K ом каршылыгы
• Күмүштөн жасалган HVAC алюминий фольга тасмасы
• Бак конвертер

Суу: (Биздин сүйүктүү өзгөчөлүгүбүз):

• 2 x Nema 17 Stepper моторлору
• Adafruit Stepper Shield Arduino үчүн
• 3D басма сызыктуу кыймылдаткыч шприц насосу (Fusion 360)
• 2 x 100-300 мл шприцтер
• Luer кулпу байланыштары жана тизе/чыканак муундары менен түтүктөр
• 2 x 300mm x 8mm T8 коргошун бурамалар жана гайкалар
• 2 x учуучу кошкуч
• 2 x жаздык подшипниктери
• 4 х 300мм х 8мм сызыктуу кыймыл таякчасынын валдары
• 4 x 8mm LM8UU сызыктуу подшипниктер
• 4 х DF робот сыйымдуулугу каршылык ным сенсорлор топуракты көзөмөлдөө жана шприц насосторду башкаруу

Аба айлануусу:

• 2 x 5 "12V күйөрмандары
• 5 "күйөрман чыпкасы капкактары
• 2 x TIP120 Дарлингтон транзистору жана жылыткыч
• 12V электр менен камсыздоо
• Панелге баррель джек туташтыруу адаптери
• 2 x 1K ом каршылыгы
• 2 x flyback диоддор
• 2 x 330uF, 35V электролитикалык ажыратуучу конденсаторлор
• DHT22 температура жана нымдуулук сенсор w/ 4.7K ом каршылыгы

Электроника:

• Raspberry Pi 3B+ w/ Motor HAT
• 8 ГБ SD карта
• Arduino Mega
• Adafruit perma-proto нан
• 2 x 20x4 i2C ЖК
• 22AWG туташкан зымдар
• Dupont туташтыргычы
• Adafruit SGP30 абанын сапаты сенсор w/ eCO2

Куралдар:

• Кандооч
• Solder комплект
• Жардам колдору
• Зымдарды кысуучу жана чечүүчү куралдар
• Бурамалар
• Кофе (Регини мырза үчүн)

1 -кадам: 1 -кадам: Кадрды куруу

Рамка 1 80/20 т каналдагы алюминий экструзияларын колдонуу менен курулмакчы. Алюминий чыканак муундары жана гайкалар менен бирге өткөрүлөт. Салмагыбызды түшүрүүдөн тышкары, каналдар биздин суу үчүн жол болуп кызмат кылат. линиялар жана зымдар.

Куб тек гана алдыңкы бетин эмес, анын эки капталын да ачыкка чыгаруу үчүн дубалдан сууруп чыгууга мүмкүндүк берүүчү жылдыруучу муундар менен жабдылган рельске топтолот. Буга илхам биздин студенттердин бири үйдөгү ашкананын шкафтарындагы татымалдардын текчеси жөнүндө ойлонуудан келип чыккан.

Жөнөкөй топсолорду колдонуп, алдыңкы жана капталдарында кубик рельске тартылганда ачыла турган эшиктер болот. Алар жабылганда магниттер менен кармалып турат. Бул кубдун бардык 6 панели алынып салынат, анткени жүздөрдүн баары магниттер менен кармалып турат. Бул дизайн тандоонун максаты үрөн себүү, өсүмдүктөрдү тейлөө, маалыматтарды чогултуу, түшүм жыйноо жана тазалоо/оңдоо үчүн бардык беттерге оңой жетүү болчу.

Кийинки кадамда панелдердин дизайнын көрө аласыз.

2 -кадам: 2 -кадам: Дубалдарды куруу

Биз ойлогон биринчи элемент дубалдардын өздөрү үчүн колдонула турган материалдар болду. Биз алар жеңил болушу керек экенин билчүбүз, бирок өсүмдүктөрдү колдой турган күчтүү. Ак гофрленген пластмасса тунук акрилден тандалып алынган, бирок биз анын ичиндеги өсүмдүктөрдү көрө алган V. E. G. G. I. Eдин сүрөттөрүн жакшы көрчүбүз. Бул чечимдин себеби, көрүнүштүн көбү өсүмдүктөрдүн каналдары тарабынан тоскоолдукка учурап, биз мүмкүн болушунча светодиодубуздан келген жарыкты кайра чагылдырууну кааладык. Бул логика GBE катышуубуздун алкагында жөнөтүлгөн бирдикти текшерүүдөн келип чыкты. Мурунку кадамда айтылгандай, бул плиталар алюминий алкакка магнит менен бекитилет, андыктан аларды оңой эле алып салышат.

Бул плиталарга биз гидропоника лабораториябызда колдонгон төмөн профилдүү NFT өсүүчү рельстердин үч каналы тиркелет. Бизге бул тандоо жагат, анткени алар жука ПВХдан курулгандыктан, алар жаздыктарды имплантациялоо үчүн оңой жылып кетет. Бардык өсүп жаткан маалымат каражаттары биз бул макаланы окуганда ISSте колдонулган атайын жасалган жаздыктардын ичинде болот. Рельстердин ортосундагы бардык панелдер өсүп келе жаткан чырактардын чагылышын жогорулатуу үчүн күмүш түстүү HVAC изолятор лентасы менен капталган болот.

Биздин тешиктерибиз 1 3/4 жана борборунда 6 дюйм аралыкта жайгашкан. Бул кубдун төрт панелинин ар биринде 9 отургузуу аянтчасына мүмкүндүк берет, бардыгы болуп 36 өсүмдүк берет. Биз бул аралыкты кызыл түсүбүзгө ылайык сактоого аракет кылдык. Каналдар топурактын нымдуулугун көзөмөлдөгөн жана шприц насосторунан сууну талап кыла турган ным сенсорлорубузду кабыл алуу үчүн уячалар менен тегизделет. Нымдуулук бул насосторго тиркелген медициналык түтүкчөлөр аркылуу ар бир өсүмдүктүн жаздыгына бөлүштүрүлөт. Бул шприцке негизделген сугаруу ыкмасы, биз так сугаруу үчүн, ошондой эле нөл/микро-гравитациялык чөйрөнүн кыйынчылыктарын жеңүү үчүн эң мыкты практика катары изилдеген нерсе. Биз суунун өсүп келе жаткан чөйрөдө таралышына жардам берүү үчүн капиллярга таянабыз.

Акыр -аягы, биз негизги плитаны колдонуунун жолун издегибиз келди. Биз кичинекей эринди ылдыйкы бетке түздүк, ал микро чөптөрдү өстүрүү үчүн өстүрүүчү төшөктү кабыл алат. Микро -чөптөр жетилген өнөктөштөрүнө караганда дээрлик 40 эсе пайдалуу заттарга ээ экени белгилүү. Бул космонавттардын диетасына абдан пайдалуу болушу мүмкүн. Бул биздин студенттер микро чөптөрдүн аш болумдуулугу жөнүндө тапкан бир макала.

3 -кадам: 3 -кадам: Өсүмдүктөрдү сугаруу

Биз мурунку кадамда сызыктуу аткаруучу шприц насосторубузга кайрылганбыз. Бул курулуштун эң сүйүктүү бөлүгү. NEMA 17 тепкичтүү моторлору кубдун капкагындагы 100cc-300cc эки шприцтин поршенин басуучу сызыктуу кыймылдаткычтарды айдайт. Биз мотор корпустарын, плунжердин айдоочусун жана Hackadayдеги ачык булак долбоорлорун текшерип чыккандан кийин Fusion 360тын жардамы менен темир жол түзүлүшүн иштеп чыктык. Биз моторлорду башкарууну үйрөнүү үчүн Adafruitтин укмуштуу веб -сайтындагы бул үйрөткүчтү аткардык.

Биз космонавттарды сугат милдетинен бошотуунун жолун издегибиз келди. Степперлер системанын ичиндеги өсүмдүктөр өздөрүнүн суусун талап кылганда иштетилет. 4 сыйымдуулук ным сенсорлору өсүп жаткан кубдун ар кайсы жериндеги өсүмдүктөрдүн жаздыктарына туташтырылган. Системанын ар бир отургузуучу жеринде бул сенсорлорду өстүрүү каналдарына кабыл алуу үчүн уячасы бар. Бул бул сенсорлордун жайгашуусун астронавттар тарабынан тандап алууга жана мезгил -мезгили менен алмаштырууга мүмкүндүк берет. Системанын ичинде сууну бөлүштүрүүнүн эффективдүүлүгүн жогорулатуудан тышкары, ал ар бир өсүмдүктүн сууну кантип керектеп жатканын элестетүүгө мүмкүндүк берет. Нымдуулуктун босогосун космонавттар белгилеши мүмкүн, ошондуктан сугат алардын муктаждыгына жараша автоматташтырылышы мүмкүн. Шприцтер оңой толтуруу үчүн Luer кулпу байланыштары бар негизги сугат коллекторуна тиркелет. Өстүрүү панелдери кубаттан оңой алынып кетиши үчүн сугаруу коллекторуна окшош туташуу протоколун колдонушат.

Сенсорлор тарабынан чогултулган маалыматты жергиликтүү 20x4 ЖК экрандан окууга болот, ал жерде капкакка тиркелет же алыстан чогултулат, көрсөтүлөт жана Cayenne же Adafruit IO IoT платформалары менен тутумдун интеграциясы аркылуу сүрөттөлөт. Arduino өзүнүн маалыматын USB кабели аркылуу Raspberry Pi бортуна жөнөтөт, андан кийин Pi'дин WiFi картасын колдонуп интернетке чыгат. Эскертүүлөрдү бул платформаларга орнотуп койсо болот, эгерде биздин системанын ар кандай өзгөрмөлөрү алдын ала коюлган чектик маанилеринен чыгып кеткенде, космонавттарга кабарлайт.

4 -кадам: 4 -кадам: Жарыктандыруу жана күйөрмандарды башкаруу менен Smart Lid

Биздин өсүп жаткан кубдун капкагы бүт операциянын мээси катары иштейт, ошондой эле өсүүчү критикалык элементтер үчүн корпустарды камсыздайт. Капкактын астынан ылдый карай созулган 3D басылган LED корпусу, ал дубал плиталардын ар бирине жарык берет, ошондой эле ылдый жагындагы микро чөптөрдүн үстүнкү жарыктандырууну камсыз кылат. Бул дагы Fusion 360та иштелип чыккан жана биздин MakerBotто басылган. Ар бир жарык булуңунда 3 вогнулдуу LED тилкелери бар, алар оюк колдоо менен корголгон. Бул колдоо анын чагылуусун жогорулатуу үчүн HVAC изолятор лентасы менен күмүштөнөт. Электр өткөргүчтөрү капкактын үстүндөгү бийликке жана маалыматка жетүү үчүн борбордук көңдөй мамычаны көздөй жылат. Бул корпустун өлчөмү өсүмдүктөрдүн 8 дюйм максималдуу бийиктигине жетүүгө мүмкүндүк бере турган изи үчүн тандалып алынган. Бул сан биздин лабораториябыздагы вертикалдуу гидропоникалык бакчаларда өстүргөн жетилген Outredgeous салаттарынын орточо бийиктиги экени аныкталды. Бийиктиги 12 дюймга чейин жетиши мүмкүн, бирок биз космонавттар бул жерде оттоп жүрүшөт деп ойлодук.

Биз колдонуп жаткан неопикселдер жекече даректелет, демек, биз алар чыгарган түс спектрин башкара алабыз. Бул өсүмдүктөрдүн өсүшүнүн ар кандай стадияларында же түрлөрдөн түрлөргө өтүп жаткан жарык спектрлерин өзгөртүү үчүн колдонулушу мүмкүн. Калканчтар керек болсо дубалдын ар биринде ар кандай жарык берүү шарттарын түзүүгө багытталган. Биз бул кемчиликсиз орнотуу эмес экенин жана биз колдонуп жаткан жарыктар техникалык жактан өстүрүүчү эмес экенин түшүнөбүз, бирок биз түшүнүктүн жакшы далили экенин сездик.

Капкактын үстүндө, адатта, компьютер мунараларынын температурасын көзөмөлдөө үчүн колдонулган 5 дюймдук 12В муздатуучу эки күйөрман бар. Биз муну системага бирөө абаны түртүп тургандай кылып, экинчиси абаны соруп алуучу кылып чыгардык. Космонавттын дем алуу чөйрөсүнө эч кандай таштанды чыгарылбашы үчүн экөө тең торчо экраны менен жабылган. Эшиктерге бекитилген магниттик камыштын өчүргүчтөрү ачык болгондо абанын кокусунан булгануусуна жол бербөө үчүн күйөрмандар өчүрүлөт. Күйөрмандардын ылдамдыгы PWM аркылуу Raspberry piдеги Motor HATтин жардамы менен көзөмөлдөнөт. Күйөрмандар кубанын ичине камтылган DHT22 сенсору аркылуу Piге берилген температуранын же нымдуулуктун негизинде шарттуу түрдө ылдамдатууга же жайлатууга болот. Бул көрсөткүчтөрдү кайра эле ЖКда же алыстан IoT панелинде ным сенсорлору катары көрүүгө болот.

Фотосинтез жөнүндө ойлонуп жатып, биз өсүүчү кубдагы CO2 деңгээлин жана жалпы абанын сапатын да эске алгыбыз келди. Ушул максатта, биз eCO2ди, ошондой эле жалпы VOCларды көзөмөлдөө үчүн SGP30 сенсорун киргиздик. Булар да визуалдаштыруу үчүн ЖК жана IoT тактасына жөнөтүлөт.

Ошондой эле, биздин жуп шприц насосторубуз капкактын капталына орнотулганын көрөсүз. Алардын түтүктөрү алюминий экструзиясын колдоо алкагынын вертикалдуу каналдарына багытталган.

5 -кадам: Ойду жабуу жана келечектеги кайталоолор

Биз Wolverineди чогуу тамак -аш өстүргөн убакыттан бери алган билимибизди колдонуу менен иштеп чыктык. Биз бир нече жылдан бери бакчаларыбызды автоматташтырып келебиз жана бул уникалдуу инженердик тапшырманы колдонуу үчүн абдан кызыктуу мүмкүнчүлүк болду. Биз биздин долбоордун момун башталышы бар экенин түшүнөбүз, бирок аны менен бирге өсүүнү чыдамсыздык менен күтүп жатабыз.

Белгиленген мөөнөткө чейин бүтүрө албаган курулуштун бир жагы - сүрөт тартуу. Студенттерибиздин бири Raspberry Pi камерасы жана OpenCV менен эксперимент жүргүзүп, машинанын жардамы менен өсүмдүктөрдүн ден соолугун аныктоону автоматташтыра аларыбызды көрүштү. Биз жок дегенде эшиктерди ачпай туруп, өсүмдүктөрдү көрүүгө мүмкүнчүлүк алгыбыз келген. Ар бир өсүүчү дубалдын сүрөттөрүн тартуу үчүн үстүнкү панелдин астын айланып, анан аларды визуалдаштыруу үчүн Adafruit IO тактасына басып чыгара турган пан-тент механизмин камтыйт. Бул өсүп жаткан эгиндердин чындап эле салкын убактысын кетириши мүмкүн. Бул инженердик долбоорлоо процессинин бир бөлүгү деп ойлойбуз. Ар дайым жасала турган иштер жана жакшыртуулар болот. Катышуу мүмкүнчүлүгү үчүн чоң рахмат!