Ավելի քիչ տարածության մեջ հազարի աճեցում կամ Տարածության մեջ գազար աճեցնելը, (քիչ թե շատ). 10 քայլ

2024 Հեղինակ: John Day | [email protected]. Վերջին փոփոխված: 2024-01-30 09:46

Սա մասնագիտական ներկայացում է Growing Beyond Earth, Maker Contest- ին ՝ ներկայացված Instructables- ի միջոցով:

Ես չէի կարող ավելի ոգևորվել ՝ նախագծելով տիեզերական մշակաբույսերի արտադրության համար և տեղադրելով իմ առաջին Instructable- ը:

Սկսելու համար մրցույթը մեզ խնդրեց

«… Ներկայացրեք հրահանգ, որը մանրամասն նկարագրում է ձեր բույսերի աճեցման պալատի նախագիծը և կառուցվածքը, որը (1) տեղավորվում է 50 սմ x 50 սմ x 50 սմ ծավալի սահմաններում, (2) պարունակում է բոլոր հատկանիշները, որոնք անհրաժեշտ են բույսերի աճը պահպանելու համար, այսինքն ՝ արհեստական լույս, ոռոգման համակարգ, և շրջանառվող օդի միջոցները, և (3) արդյունավետ և հնարամիտ օգտագործում է ներքին ծավալը `հնարավորինս շատ բույսեր տեղավորելու և հաջողությամբ աճեցնելու համար»:

Մրցույթի պահանջները և ՀՏՀ -ն կարդալուց հետո ես նախագծման գործընթացում կատարեցի հետևյալ ենթադրությունները:

Տիեզերագնացը «նախագծի» հետ շաբաթական մեկ անգամ պլանավորված փոխազդեցությունն ընդունելի կլիներ և չվերացրեց մրցույթի չափանիշներում ավտոմատ կառավարման ասպեկտը:

«”Րագրի» համար նախատեսված PSU- ն կարող է տեղակայվել 50 սմ 3 -ից դուրս, քանի որ ISS- ը էներգիա կհաղորդեր միավորին, եթե միավորը լիներ տարածության մեջ: LED- ի ներսում հովացումը «նախագիծը» կարող է սկիզբ առնել 50 սմ 3 -ից դուրս, քանի որ ISS- ն կարող է հովացում ապահովել միավորին, եթե միավորը տարածության մեջ էր:

«Օգտագործողը» կարող է անսահմանափակ մուտք ունենալ պլանավորված շաբաթական պահպանման համար 50 սմ 3 ծավալի վերևին և 4 կողմերին, բայց չբացառել չպլանավորված խնդիրները, եթե «ծրագրի» հետ կապված չծրագրված խնդիր ծագի:

Հաջորդը, ես հավաքեցի մրցույթի պարամետրերը

Նախագծի տվյալները

:Ուր `100 մլ/բույս/օր (առաջարկվում է)

Լուսավորություն ՝ 300-400 մոլ/Մ 2/վ PAR 400-700 նմ սահմաններում (առաջարկվում է)

Լույսի ցիկլը `12/12

Լույսի տեսակը ՝ LED (առաջարկվում է)

Օդի շրջանառություն. 2.35cf/0.0665m3 (իմ դիզայնի աճի տարածքի համար)

ISերմաստիճանը ISS- ում ՝ 65 -ից 80˚F / 18.3 -ից 26.7 ° C (տեղեկանքի համար)

Բույսի տեսակը ՝ «Չափազանց» կարմիր գորշ գազար

Հասուն բույսի չափը `15 սմ բարձրություն և 15 սմ տրամագիծ

Աճման համակարգ. (Դիզայների ընտրությունը)

Պարագաներ

Մեզ անհրաժեշտ կլինեն պարագաներ:

(Այս մասերն օգտագործվում են հայեցակարգի ապացույցի համար, հավանաբար, դրանք հաստատված չեն տիեզերական ճանապարհորդության մեջ)

1 - 0.187”48” x96”Սպիտակ ABS

3 - միկրո վերահսկիչներ

1 - 1602 LCD էկրան

1 - Data Logger վահան Nano- ի համար

3 - Լուսանկարչական դիմադրիչներ

4 - AM2302 տվիչներ

1 - DS18B20 ջերմաստիճանի տվիչ

1 - EC սենսոր, 1 - 15mA 5V օպտիկական հեղուկ մակարդակ

1 - DS3231 Pi- ի համար (RTC)

… Եվ ավելի շատ պաշարներ

1 - պերիստալտիկ դոզավորման պոմպ

1 - 12 Վ ջրի պոմպ

1 - պիեզո բզզոցներ

3 - 220 Օմ դիմադրիչներ

1 - DPST անջատիչ

1-265-275nm UVC մանրէազերծիչ

24 - 1½”սանիտարական գլխարկներ

1 - հեղուկ/օդի մագնիսական խառնելու փուլ

1 - Կաթիլային հսկողության գլուխ, 8 տող

1 - կաթիլային ոռոգման խողովակ

1 - ջրի փոխարինող տարա

1 - ½ ID PVC խողովակ

70 - LED- ների ամրացման պտուտակներ

18 AWG և 22 AWG մետաղալար

1 - Նեղացրեք խողովակները

1 - ալյումին LED ջերմատաքացուցիչի համար

5-6 մմ բարձրությամբ շոշափելի անջատիչներ

4 - 1 Օմ, 1 Վտ դիմադրություն

1 - Pkg սերմեր «Չափազանց» գազար

…եւ ավելին

1 - 400W Boost տախտակ

32-3W սպիտակ LED, (6000-6500k)

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

8 - 40 մմ համակարգչային երկրպագուներ

11 - 5V Opto մեկուսացված ռելեներ

10 - 1N4007 հետադարձ դիոդ

24 - Rockwool մոմեր

1 - հիդրոպոնիկ սնուցիչներ

1 - սննդարար կոնտեյներ

1 - Mylar ծածկոց

… Եվ գործիքներ

Լուծիչ սոսնձման համար

Տեսավ

Փոսային սղոցներ

Sոդման երկաթ

Sոդող

Գայլիկոն

Հորատման բիթեր

Պտուտակահաններ

Համակարգիչ

USB մալուխ

Arduino IDE ծրագրակազմ

Քայլ 1: Համեմատեք ընթացիկ «VEGGIE» համակարգը

ISS- ի «VEGGIE» համակարգը 28 օրվա ընթացքում (4 շաբաթ) կարող է աճեցնել 6 գլուխ հազար: Եթե «VEGGIE» - ը վազեր 6 ամիս, (տիեզերագնացը միջին տիեզերագնացության տիեզերագնացության տիեզերագնացության տիեզերագնացության տիեզերագնացության տիեզերանավում), ապա այն կաճեր 36 գլուխ հազար գազարով և երկու գլուխների լրացուցիչ 6 գլուխներով: 3 հոգանոց անձնակազմի համար դա թարմ բանջարեղեն է ամիսը երկու անգամ:

GARTH նախագիծը 28 օրում (4 շաբաթ) աճեցնելու է 6 գլուխ հազար գազար: ԲԱՅ…. եթե այն վեց ամիս տևեր, ապա աճեցնում էր 138 գլուխ հազար, հավելյալ 18 գլուխ աճի տարբեր փուլերում: 3 հոգանոց անձնակազմի համար դա թարմ բանջարեղեն է ամսական 7½ անգամ, կամ գրեթե շաբաթական երկու անգամ:

Եթե դա գրավում է ձեր ուշադրությունը … եկեք ավելի սերտ նայենք դիզայնին

Քայլ 2. GARTH նախագիծ

Այգեգործության աճի ավտոմատացման ռեսուրսների տեխնոլոգիա

(GARTH նախագծի լուսանկարները լիարժեք մասշտաբի մոդել են ՝ պատրաստված Dollar Store- ի փրփուրի միջուկի տախտակից)

GARTH նախագիծը առավելագույնի հասցնում է արտադրողականությունը `օգտագործելով 4 առանձին օպտիմիզացված աճի ոլորտներ: Այն ներառում է լուսավորման, օդի որակի, ջրի որակի և ջրի փոխարինման ավտոմատ կառավարման համակարգեր:

32, սպիտակ 6000K LED լույսերը ապահովում են PAR- ի առաջարկվող պահանջները: Ներքին միջավայրը պահպանելու համար ներդրվել է օդափոխիչի երկու օդափոխիչի համակարգ և չորս օդափոխիչի համակարգ, և բույսերը կերակրելու և վերահսկելու համար ընտրվել է Nutrient Thin Film (NTF) ավտոմատ օպտիմալացնող հիդրոպոնիկ համակարգ: Գոլորշիացման փոխարինող ջուրը պահվում է վերևի պահեստի առանձին ջրամբարում `անընդհատ խառնելով հեղուկ սննդարար ջրամբարի մոտ, որն անհրաժեշտ է հիդրոպոնիկ համակարգում սննդարար մակարդակը պահպանելու համար` տիեզերագնացի օգնությամբ: Ամբողջ էներգիան մտնում, գործում և բաշխվում է վերին պահեստային տարածքից:

Քայլ 3: Դիզայնի առանձնահատկություններ

Աճման չորս ոլորտները

1-ին փուլ (բողբոջում), 0-1 շաբաթական սերմերի համար, մոտ 750 սմ աճի տարածք

2-րդ փուլ, 1-2 շաբաթական բույսերի համար, մոտ 3, 600 cc աճող տարածք

3-րդ փուլ, 2-3 շաբաթական բույսերի համար, մոտավորապես 11,000 cc աճի տարածք

4-րդ փուլ, 3-4 շաբաթական բույսերի համար, մոտավորապես 45,000 cc աճող տարածք

(1 -ին և 2 -րդ փուլի տարածքները միավորված են շարժական սկուտեղի վրա `տնկումը, սպասարկումը և մաքրումը հեշտացնելու համար)

Քայլ 4: Լուսավորման համակարգ

Լուսավորությունը դժվար էր առանց PAR հաշվիչի հասանելիության: Բարեբախտաբար, մրցույթը տվեց պարոն Դևիթը Fairchild- ի արևադարձային բուսաբանական այգում ՝ հարցերով: Նա ինձ ուղղորդեց դեպի գծապատկերներ, որոնք շատ օգտակար էին, և այդ գծապատկերները նույնպես ինձ տանում էին դեպի led.linear1: Գծապատկերների և կայքի միջոցով ես կարողացա հաշվարկել իմ լուսավորության և միացման կարիքները:

Իմ դիզայնը օգտագործում է աղբյուրի լարման 26.4 Վ լարման 8 զանգված ՝ 3, 3 Վտ հզորությամբ LED- ների շարքով ՝ 1 օհմ, 1 Վտ հզորությամբ դիմադրիչներով: Ես կօգտագործեմ 24 Վ լարման և Boost փոխարկիչ ՝ կայուն հոսանքը 26.4 Վ հասցնելու համար: (ISS- ի վրա, իմ դիզայնը կօգտագործեր առկա 27 Վ -ը և Buck փոխարկիչը `լարումը իջեցնելու և 26.4 Վ հաստատուն հոսանքը ապահովելու համար)

Սա լուսավորման համակարգի մասերի ցանկն է:

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

4, 1 օմ - 1W դիմադրիչներ

1, 12A 400W Boost փոխարկիչ

1, 40 մմ օդափոխիչ

1, թերմիստոր

1, DS3231 Pi- ի (RTC) կամ տվյալների գրանցման համար

18 AWG մետաղալար

… Եվ ահա թե ինչպես եմ ես նախատեսում օգտագործել այդ երեսուն երկու, 3W լուսադիոդային լուսադիոդները:

Մեկ լուսադիոդ 1 -ին փուլում, չորսը 2 -րդ փուլում և ինը `3 -րդ փուլում: Վերջին տասնութ լուսադիոդային լուսարձակները կլուսավորեն 4 -րդ փուլը և կհանգեցնեն մեզ 96 վտ լույսի ահռելի լույսի` մոտավորապես 2,4 ամպեր:

Քայլ 5. Օդի շրջանառության և օդափոխման համակարգ

(Խնդրում ենք հիշել, որ սանտեխնիկան և էլեկտրալարերը ամբողջական չեն: Սրանք առաջարկվող համակարգի մակետի լուսանկարներ են)

Շրջանառությունը կատարվում է երկու 40 մմ օդափոխիչներով: Հրում օդափոխիչ, որը փչում է 4 -րդ փուլ դեպի վերին ձախ հետևի ծորան: Օդը հոսելու է 4 -րդ փուլի վրայով և 3 -րդ փուլի առջևից, այնուհետև 3 -րդ փուլի միջով և դուրս գալու հետևից (1 -ին փուլի վերևում և կարճ ծորանով) 2 -րդ փուլի հետևի մասում: 2 -րդ փուլի վերևում գտնվող ջրանցքում ձգվող օդափոխիչը օդ կհանի 2 -րդ փուլի միջով և դուրս կգա աջ առջևի վերին անկյունից: Օդի շրջանառության համակարգով ճանապարհորդության ավարտը:

4 -րդ փուլի օդափոխումը անմիջապես դուրս կգա հետևի վերին պատից: 3 -րդ փուլը նույնպես դուրս կգա հետևի վերին պատի միջով: 2 -րդ փուլը դուրս կգա ուղիղ վերևից, իսկ բողբոջման փուլը (1 -ին փուլ) դուրս կգա հետևի պատից, ինչպես 3 -րդ և 4 -րդ փուլերը:

Քայլ 6: NFT հիդրոպոնիկ համակարգ

(EC զոնդը, ջերմաստիճանի զոնդը, հեղուկի մակարդակի տվիչը, քաղցրահամ ջրամբարից գոլորշիացման փոխարինման գուլպաները և պոմպը ալիքներին միացնող գուլպաները, բոլորը տեղակայված կլինեն ջրհորի մեջ, բայց ցուցադրված չեն այս լուսանկարում)

Համակարգը ներառում է 9, 000+մլ/խց ջրամբար, 7, 000+մլ // խմ քաղցրահամ ջրամբար `գոլորշիացման փոխարինման համար, 12V 800L/ժամ ջրի պոմպ, ուլտրամանուշակագույն C- ստերիլիզատոր` ջրի մեջ մտնող ջրիմուռները ոչնչացնելու համար: 8 նավահանգիստ կարգավորվող հոսքի բազմազանություն, օդափոխման աշտարակ հակառակ հոսքի օդափոխիչով, որը օդափոխում է 2 -րդ փուլից հոսող ջուրը և խառնիչ փուլի արտանետվող ջուրը, հեղուկի մակարդակի տվիչ, EC սենսոր, ջրի ջերմաստիճանի տվիչ, սննդանյութերի ջրամբարից պարունակվող պերիստալտիկ պոմպ, հուզիչ փուլ, որը սննդարար նյութերը պահում է ջրամբարում և աճի հինգ գոգավորություն կամ ալիք: Հինգ աճի ալիքները, իրարանցման փուլը, օդափոխության աշտարակը ջուր են ստանում 8 նավահանգստով կարգավորվող հոսքի բազմազանությունից: Երբ հիդրոպոնիկ համակարգը պետք է սպասարկվի, առջևի վահանակի վրա տեղադրված երկբևեռ բևեռային մեկանգամյա (DPST) անջատիչ անջատիչը կփակվի: անցնել ջրի պոմպին, ուլտրամանուշակագույն ստերիլիզատորին և պերիստալտիկ պոմպի սնուցիչների չափիչին: Դա թույլ կտա «Օգտատիրոջը» ապահով աշխատել հիդրոպոնիկ համակարգի վրա ՝ առանց վտանգելու իրենց կամ բերքը:

Քայլ 7: Սննդանյութերի առաքման ավտոմատ համակարգ

Այս նախագծի համար ես օգտագործում եմ «Self Optimizing Automated Arduino Nutrient Doser» - ը, որը մշակվել է Մայքլ Ռաթքլիֆի կողմից: Ես նրա ուրվագիծը հարմարեցրել եմ իմ համակարգին և ապարատին, և ես օգտագործում եմ Մայքլի «Three Dollar EC - PPM Meter» - ը որպես իմ EC սենսոր:

Այս երկու նախագծերի վերաբերյալ տեղեկատվությունը կամ հրահանգը կարող եք գտնել ՝ element14, hackaday կամ michaelratcliffe

Քայլ 8: Ավտոմատացման համակարգերի էլեկտրոնիկա

Լուսավորման համակարգը կօգտագործի Arduino միկրո վերահսկիչ, մեկ DS3231 Pi- ի համար (RTC), մեկ 4 ռելեի մոդուլ, չորս 1 օմ-1 վատ դիմադրիչ, երեսուներկու 3W սպիտակ LED, մեկ 400W Boost փոխարկիչ, երեք լուսանկարների դիմադրիչ, մեկ 40 մմ համակարգիչ: օդափոխիչ և մեկ թերմիստոր: Միկրոհսկիչը կօգտագործի RTC- ն `լույսերը միացնելու համար 12 ժամ, անջատված ցիկլից 12 ժամ: Այն վերահսկելու է լուսավորության մակարդակները 2 -րդ, 3 -րդ և 4 -րդ փուլերում `լուսանկարների դիմադրիչներով և զգուշացնում է LED/պիեզո ահազանգով, եթե այն որևէ փուլում ցածր լույսի մակարդակ է հայտնաբերում, ցիկլի լուսավորության ժամանակ: LED վարորդի տախտակի ջերմաստիճանը կհսկվի 40 մմ օդափոխիչի հետ միացված ջերմիստորով և ինքնաբերաբար կսկսի սառչել, երբ բավականաչափ ջերմություն հայտնաբերվի:

Nutrient Delivery համակարգը մշակվել է Մայքլ Ռաթքլիֆի կողմից: Համակարգն օգտագործում է Arduino Mega- ն, Միքայելի EC զոնդի գաղափարներից մեկը, 1602 LCD ստեղնաշարի էկրանով վահանը, ջրի DS18B20 մեկ ջերմաստիճանի տվիչը, մեկ 12V պերիստալտիկ դոզավորման պոմպը և մեկ 5V օպտո մեկուսացված ռելեն: Ես ավելացրեցի մեկ օպտիկական հեղուկի մակարդակի տվիչ: Համակարգը վերահսկելու է ԵՀ և ջրի ջերմաստիճանը և ակտիվացնելու է պերիստալտիկ պոմպը `անհրաժեշտության դեպքում սնուցող նյութեր դոզավորելու համար: Միկրոհսկիչը կհսկի ջրամբարի ջրի մակարդակը և կզգուշացնի LED/պիեզո ազդանշանով, եթե ջրամբարի ջրի ջերմաստիճանը դուրս է օգտագործողի սահմանած տիրույթից, եթե EC սենսորային տվյալները օգտվողի սահմանածից երկար են օգտվողի սահմանած տիրույթից դուրս: ժամանակահատվածում կամ եթե ջրամբարի ջրի մակարդակը իջնում է օգտագործողի կողմից սահմանված մակարդակից ցածր:

Օդի շրջանառության համակարգը բաղկացած կլինի Arduino միկրոկառավարիչից, չորս AM2302 սենսորից, վեց 40 մմ համակարգչային օդափոխիչներից (2-րդ, 3-րդ և 4-րդ փուլերի օդի շրջանառության երկու օդափոխիչ և 4 օդափոխիչ), մեկ UV-C ստերիլիզատորից և վեց 5V օպտո մեկուսացված ռելեներից (երկրպագուների համար): Վերահսկիչը վերահսկելու է օդի ջերմաստիճանը և խոնավությունը բոլոր 4 փուլերում և ինքնաբերաբար գործարկելու է երկու օդափոխիչի շրջանառության համակարգը կամ առանձին բեմի օդափոխիչ օդափոխիչներն անհրաժեշտության դեպքում `ջերմաստիճանը և խոնավությունը օգտագործողի սահմաններում պահելու համար: Կարգավորիչը նաև կսահմանի և կհսկի ուլտրամանուշակագույն ստերիլիզատորի ժամանակը և կպահպանի LED/պիեզո ահազանգ, եթե ջերմաստիճանը կամ խոնավությունը դուրս գան օգտագործողի կողմից սահմանված 4 փուլերից որևէ մեկի մակարդակից:

Քայլ 9: Կառուցեք

50 սմ 3 պատյանը, ալիքները, քաղցրահամ գոլորշիացման փոխարինող ջրամբարը, օդափոխման աշտարակը, կենտրոնական օդի շրջանառության խողովակը, 1 -ին և 2 -րդ փուլի գզրոցը, տանիքի ամրակները (ցուցադրված չեն) և շատ այլ օժանդակ կառույցներ, կկառուցվեն 0.187 -ից »: Սև ABS: Բեմերի առջևի վարագույրները ցուցադրվում են Mylar ֆիլմում ՝ ծաղրելով, բայց, ամենայն հավանականությամբ, պատրաստված կլինեն ռեֆլեկտիվ ծածկույթով ակրիլից կամ պոլիկարբոնատից `իրական նախատիպի վրա: Լուսավորությունը (ցուցադրված չէ, բայց բաղկացած է 4 շարքից ՝ 8, 3W LED լամպերով), տեղադրվելու է մոտավորապես 0,125 դյույմ ալյումինե ծածկով, որի հեղուկ սառեցման համար վերևում կպչված է 0,125 դյույմ պղնձե խողովակ (այդ հովացումը մտնում և դուրս է գալիս հետևից) միավորի ՝ առանց մրցույթի հետ կապված հովացուցիչի) (NTF ջրի սանտեխնիկա 1-ին և 2-րդ փուլին (լուսանկարներից ոչ մեկում նշված չէ, բայց) կցվում էր արագ կապի միջոցով 2-րդ փուլի առջևում:

Խթանման փոխարկիչը (ցուցադրված է վերևի պահեստի տարածքի լուսանկարում) կարող է տեղափոխվել բողբոջման սկուտեղի տակ (1 -ին փուլ) `բողբոջման լրացուցիչ ջերմություն ապահովելու համար: AM2302- ը, ջերմաստիճանի և խոնավության տվիչները (ցուցադրված չեն), տեղակայված կլինեն յուրաքանչյուր փուլում (պարբերաբար պլանավորված օդի շրջանառության ուղուց դուրս)

Դիզայնը կարող է թվալ, որ ընդհանրապես չի մտածում տարածության մասին,

բայց դա այդպես չէ: Այստեղ նկարագրված իմ NTF համակարգը օպտիմիզացված կամ փոփոխված չէ տիեզերքի համար, բայց NTF հիդրոպոնիկ համակարգերը լուրջ հավակնորդներ են միկրոգրավության տիեզերական մշակաբույսերի յուրահատուկ կարիքների համար, և ես գաղափարներ ունեմ դրա տարածքի օպտիմալացման համար:

Մրցույթը մեզ խնդրեց նախագծել մի համակարգ, որն ավելի շատ բույսեր աճեցրեց որոշակի տարածքում և հնարավորինս ավտոմատացրեք դիզայնը:

2 -րդ փուլի համար ընտրված նմուշները պետք է առաջին հերթին բույսեր աճեցնեն երկրի վրա: Կարծում եմ, որ իմ նախագիծը բավարարում է մրցույթի բոլոր պահանջները և դա անում է ՝ հարգելով բույսերի աճի, օդի շրջանառության, ավտոմատացված բնապահպանական վերահսկողության և բույսերի համար մեկ շաբաթվա սպառման համար անհրաժեշտ իրական տարածքը: Բոլորը մեզ տրված 50 սմ 3 տարածության սահմաններում:

Քայլ 10: Ամփոփել այն

The GARTH ծրագրի ավտոմատացումը նվազեցնում է անհրաժեշտ ուշադրությունը շաբաթական մեկ անգամ:

«VEGGIE» համակարգի համեմատ սպասարկումը յոթ անգամ նվազել է:

The GARTH Project- ում շաբաթական սկսվում էր վեց գործարան:

Արտադրության քառակի աճ ՝ վեց գործարանի համեմատ, որը սկսվել է ամսական «VEGGIE» համակարգում:

Այս փոփոխությունները ես համարում եմ արդյունավետ, հնարամիտ և արդյունավետ:

Հուսով եմ, որ դուք նույնպես կանեք:

Երկրորդ տեղը `աճող երկրից դուրս ստեղծող մրցույթում