Hack the Hollow's Wolverine Grow Cube ISS- ի համար. 5 քայլ

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

Մենք West Hollow միջնակարգ դպրոցն ենք Նյու Յորքի Լոնգ Այլենդից: Մենք ձգտող ինժեներներ ենք, որոնք շաբաթը մեկ հանդիպում են «Hack the Hollow» կոչվող ակումբում, որտեղ մենք նախագծում, կոդավորում և կառուցում ենք մի շարք արտադրող նախագծեր: Բոլոր նախագծերը, որոնց վրա մենք աշխատում ենք, կարող եք տեսնել ԱՅՍՏԵ: Մեր հիմնական ուշադրության կենտրոնում է եղել սննդի և բնապահպանական ռոբոտաշինության ապագայի ուսումնասիրությունը: Մենք հավաքել և պահպանել ենք ուղղահայաց հիդրոպոնիկայի ֆերմա մեր գիտական լաբորատորիայի հետևում `մեր ուսուցիչ պարոն Ռեջինիի հետ: Մենք նաև մասնակցել ենք GBE ծրագրին վերջին երկու տարվա ընթացքում: Մենք գիտենք, որ այս մարտահրավերը նախատեսված էր ավագ դպրոցի աշակերտների համար, բայց մենք չափազանց ոգևորված էինք ևս երկու տարի սպասելու համար, որպեսզի ձեզ ներկայացնեինք մեր դպրոցի թալիսմանի անունը կրող Wolverine- ին: Սա մի տեսակ այն է, ինչ մենք անում ենք:

Այս նախագծում դուք կգտնեք շատ բաներ, որոնք մենք սիրում ենք օգտագործել, այդ թվում ՝ Arduino- ն, Raspberry Pi- ն և դրանց հետ գնվող բոլոր էլեկտրոնային բարիքները: Մենք նաև վայելեցինք Fusion 360 -ի օգտագործումը ՝ որպես TinkerCad- ից մի քայլ խորանարդի ձևավորման համար: Այս նախագիծը կատարյալ հնարավորություն էր մեր ատամները կտրելու որոշ նոր արտադրող հարթակներում: Մենք բաժանվեցինք նախագծման թիմերի, որոնցից յուրաքանչյուրը պետք է կենտրոնանար Grow Cube- ի մեկ ասպեկտի վրա: Մենք այն բաժանել ենք շրջանակի, կափարիչի և հիմքի, լուսավորության, պատերի, ջրի, օդափոխիչների և շրջակա միջավայրի տվիչների: Մենք մեր մատակարարումների ցանկում հղումներ ենք կատարել այն բոլոր նյութերի հետ, որոնք մենք օգտագործում ենք, եթե օգնության կարիք ունեք ՝ տեսնելով այն հատվածները, որոնք քննարկվում են հաջորդող քայլերում: Հուսով ենք, որ դուք վայելեք:

Պարագաներ

Շրջանակ:

• 1 "80/20 ալյումինե արտահոսք
• Թեյի ընկույզներ
• Աջակցության փակագծեր
• Ծխնիներ
• T-channel համատեղելի սահող հոդեր
• T- ալիքով համատեղելի խողովակների և մետաղալարերի ուղեցույցներ
• Դռները փակ պահելու մագնիսներ
• 3 x մագնիսական եղեգի անջատիչ

Պատերի աճեցում

• Farm Tech ցածր պրոֆիլի NFT ալիքներ
• NFT ալիքի շապիկներ
• Plasticալքավոր պլաստմասե թիթեղներ
• Մագնիսներ `շարժական ալիքները տեղում պահելու համար

Կափարիչ:

• Plasticալքավոր պլաստիկ թերթ
• 3D տպված LED աճող լուսատու (Fusion 360)
• Պլաստիկ մարտկոցներ և սարքավորումներ էլեկտրոնիկայի համար

Լուսավորություն:

• Հասցեավորվող neopixel շերտեր Adafruit- ից (60LED/մ)
• Neopixel միակցիչներ
• Neopixel տեսահոլովակներ
• 330uF, 35V անջատման կոնդենսատոր
• 1K ohm դիմադրություն
• Արծաթագույն HVAC ալյումինե փայլաթիթեղի ժապավեն
• Buck փոխարկիչ

Waterուր. (Մեր սիրած առանձնահատկությունը):

• 2 x Nema 17 Stepper շարժիչներ
• Adafruit Stepper Shield Arduino- ի համար
• 3D տպագիր գծային շարժիչային ներարկիչի պոմպ (Fusion 360)
• 2 x 100-300 մլ ներարկիչ
• Խողովակներ Luer կողպեքի միացումներով և պարանոցի/արմունկային հոդերով
• 2 x 300 մմ x 8 մմ T8 կապիչ պտուտակներ և ընկույզներ
• 2 x թռիչքային կցորդիչ
• 2 x բարձ կրող բլոկներ
• 4 x 300 մմ x 8 մմ գծային շարժման ձողի լիսեռի ուղեցույցներ
• 4 x 8 մմ LM8UU գծային առանցքակալներ
• 4 x DF Robot հզորության դիմադրողականության խոնավության տվիչներ `հողը վերահսկելու և ներարկիչների պոմպերը վերահսկելու համար

Օդի շրջանառություն

• 2 x 5 "12V երկրպագու
• 5 "օդափոխիչի ֆիլտրի կափարիչներ
• 2 x TIP120 Դարլինգթոնյան տրանզիստորներ և ջերմատաքացուցիչներ
• 12 Վ էլեկտրամատակարարում
• Վահանակի ամրացման տակառի միացման ադապտեր
• 2 x 1K Օմ ռեզիստորներ
• 2 x հետադարձ դիոդ
• 2 x 330uF, 35V էլեկտրոլիտիկ անջատման կոնդենսատորներ
• DHT22 ջերմաստիճանի և խոնավության սենսոր ՝ 4.7K Օմ ռեզիստորով

Էլեկտրոնիկա:

• Raspberry Pi 3B+ w/ Motor HAT
• 8 ԳԲ SD քարտ
• Արդուինո Մեգա
• Adafruit perma-proto breadboard
• 2 x 20x4 i2C LCD
• 22AWG խճճված միացման լարեր
• Dupont միակցիչի հավաքածու
• Adafruit SGP30 օդի որակի տվիչ w/ eCO2- ով

Գործիքներ:

• Sոդման երկաթ
• Sոդման հավաքածու
• Օգնող ձեռքեր
• Լարերի սեղմման և մերկացման գործիքներ
• Պտուտակահաններ
• Սուրճ (պարոն Ռեգինիի համար)

Քայլ 1: Քայլ 1: Շրջանակի կառուցում

Շրջանակը կկառուցվի թեթև 1 80/20 տ ալիքով ալյումինե արտամղման միջոցով: Այն կպահվի ալյումինե արմունկային հոդերի և ընկույզների հետ միասին: Բացի քաշը պահելուց, ալիքները կգործեն որպես ուղեցույց մեր ջրի համար: գծեր և էլեկտրագծեր:

Խորանարդը կհենվի մի շարք ռելսերի վրա, որոնք հագեցած են սահող հանգույցներով, ինչը թույլ կտա խորանարդը դուրս հանել պատից `մերկացնելու ոչ միայն նրա առջևի երեսը, այլև նրա երկու կողմերը: Դրա ոգեշնչումը ստացվեց այն բանից, երբ մեր ուսանողներից մեկը մտածեց տանը իր խոհանոցի պահարաններում համեմունքների դարակի մասին:

Օգտագործելով պարզ ծխնիներ ՝ առջևի և կողային հատվածներում կլինեն դռներ, որոնք կարող են բացվել, երբ խորանարդը դուրս է բերվում նրա ռելսերի վրա: Դրանք փակ վիճակում մագնիսներով են պահվում: Այս խորանարդի բոլոր 6 վահանակները շարժական են, քանի որ բոլոր դեմքերը նույնպես ամրացված են մագնիսներով: Այս դիզայնի ընտրության նպատակն էր հեշտ հասանելիություն տրամադրել բոլոր մակերեսներին սերմնավորման, բույսերի պահպանման, տվյալների հավաքման, բերքի և մաքրման/վերանորոգման համար:

Վահանակների մեր դիզայնը կարող եք տեսնել հաջորդ քայլին:

Քայլ 2: Քայլ 2. Աճող պատերի կառուցում

Առաջին տարրը, որի մասին մենք մտածեցինք, այն նյութերն էին, որոնք պետք է օգտագործվեին հենց պատերի համար: Մենք գիտեինք, որ դրանք պետք է լինեն թեթև քաշով, բայց բավականաչափ ամուր ՝ բույսերը պահելու համար: Սպիտակ ծալքավոր պլաստմասսան ընտրվեց թափանցիկ ակրիլից, չնայած մենք սիրում էինք V. E. G. G. I. E- ի նկարները, որտեղ կարող էինք տեսնել ներսում գտնվող բույսերը: Այս որոշման պատճառն այն էր, որ տեսողության մեծ մասը կխոչընդոտվեր կայանների ալիքների կողմից, և մենք ցանկանում էինք հնարավորինս հետ արտացոլել մեր LED- ների լույսը: Այս տրամաբանությունը բխում էր այն միավորի ստուգումից, որին մենք ուղարկել էինք մեր GBE- ի մասնակցության շրջանակներում: Ինչպես նշվեց նախորդ քայլում, այս թիթեղները մագնիսներով պահվում են ալյումինե շրջանակի վրա, որպեսզի դրանք հեշտությամբ հեռացվեն:

Այս թիթեղներին կցված են ցածր ալիքի NFT աճող ռելսերի երեք ուղիներ, որոնք մենք օգտագործում ենք մեր հիդրոպոնիկայի լաբորատորիայում: Մեզ դուր է գալիս այս ընտրությունը, քանի որ դրանք կառուցված են բարակ PVC- ից ՝ ծածկոցներով, որոնք հեշտությամբ սահում են աճող բարձերը տեղադրելու համար: Բոլոր աճող լրատվամիջոցները կպարունակվեն հատուկ նախագծված բարձերի մեջ, որոնք մենք տեսանք, որ արդեն օգտագործվում են ISS- ում, երբ կարդում ենք այս հոդվածը: Ռելսերի միջև եղած բոլոր երեսպատումները կծածկվեն արծաթագույն HVAC մեկուսիչ ժապավենով, ինչը կնպաստի աճող լույսերի անդրադարձունակությանը:

Մեր բացվածքները 1 3/4 դյույմ են և գտնվում են կենտրոնում 6 դյույմ հեռավորության վրա: Սա թույլ է տալիս խորանարդի չորս վահանակներից յուրաքանչյուրի վրա տնկել 9 վայր, որոնցում ընդհանուր առմամբ ստացվել է 36 բույս: Մենք փորձեցինք այս տարածությունը պահել կարմիրի մեր ունեցածին համապատասխան: Չափից դուրս հազարի մասին: Ալիքներն աղացած են անցքերով `ընդունելու մեր խոնավության սենսորները, որոնք վերահսկելու են հողի խոնավությունը և ջուր են պահանջում ներարկիչի պոմպերից: Խոնավեցումը կբաշխվի յուրաքանչյուր առանձին բույսերի բարձի միջոցով` այդ պոմպերին ամրացված բժշկական խողովակների ջրցան բազմակի միջոցով: Ներարկիչների վրա հիմնված այս ոռոգման մեթոդը այն է, ինչ մենք ուսումնասիրել ենք որպես լավագույն գործելակերպ ինչպես ճշգրիտ ոռոգման, այնպես էլ զրոյական/միկրո գրավիտացիոն միջավայրի մարտահրավերների հաղթահարման համար: Խողովակները կմտնեն բույսի բարձի հիմքում `արմատների աճը դեպի դուրս խթանելու համար: խորանարդը: Մենք կհենվենք մազանոթության վրա, որը կօգնի ջուրը ցրվել աճող միջավայրում:

Ի վերջո, մենք ցանկանում էինք գտնել հիմքի ափսեի օգտագործման եղանակը: Մենք մի փոքրիկ շրթունք ստեղծեցինք ներքևի մասում, որը կընդունի աճեցնող գորգ `միկրո կանաչի աճեցնելու համար: Հայտնի է, որ միկրո կանաչիները ունեն գրեթե 40 անգամ ավելի կենսական օգտակար նյութեր, քան իրենց հասուն գործընկերները: Դրանք կարող են շատ օգտակար լինել տիեզերագնացների սննդակարգի համար: Սա մի հոդված է, որը մեր ուսանողները գտել են միկրո կանաչի սննդային արժեքի մասին:

Քայլ 3. Քայլ 3. Բույսերը ջրելը

Մենք անդրադարձել էինք մեր գծային շարժիչային ներարկիչի պոմպերին նախորդ քայլին: Սա այս կառույցի մեր սիրելի մասն է: NEMA 17 սլաքային շարժիչները պատրաստվում են քշել գծային շարժիչներ, որոնք ճնշելու են աճող խորանարդի կափարիչի վրա 100cc-300cc երկու ներարկիչների մխոցը: Մենք նախագծեցինք շարժիչի պատյանները, մխոցների վարորդը և ուղեկցող երկաթուղային սարքավորումները Fusion 360- ի միջոցով Hackaday- ում որոշ բաց կոդով հիանալի նախագծեր ստուգելուց հետո: Մենք հետևեցինք այս ձեռնարկին Adafruit- ի զարմանահրաշ կայքում `սովորելու, թե ինչպես վարել շարժիչները:

Մենք ցանկանում էինք ուղի գտնել տիեզերագնացներին ջրելու գործից ազատելու համար: Քայլերը ակտիվանում են, երբ համակարգի ներսում գտնվող բույսերը պահանջում են իրենց ջուրը: Խոնավության 4 տարողունակ սենսորները միացված են բույսերի բարձերին ՝ տարբեր վայրերում աճող խորանարդի երկայնքով: Համակարգի յուրաքանչյուր տնկման վայր ունի անցք `ընդունելու այս սենսորները, որոնք մանրացված են իրենց աճող ալիքներում: Սա թույլ է տալիս տիեզերագնացների կողմից ընտրել և պարբերաբար փոխել այդ տվիչների տեղադրությունը: Համակարգի ներսում ջրի բաշխման առավելագույն արդյունավետությունից բացի, այն թույլ կտա պատկերացնել, թե ինչպես է յուրաքանչյուր բույս սպառում իր ջուրը: Տիեզերագնացները կարող են խոնավության շեմեր սահմանել, որպեսզի ջրելը հնարավոր լինի ավտոմատացնել ՝ ըստ նրանց կարիքների: Ներարկիչներն ամրացված են հիմնական ջրցան բազմակին Luer կողպեքի միացումներով `հեշտ լիցքավորման համար: Աճող վահանակներն իրենք օգտագործում են ջրամատակարարման բազմակին միացման նմանատիպ արձանագրություն, որպեսզի դրանք հեշտությամբ հեռացվեն խորանարդից:

Սենսորների հավաքած տվյալները կարող են տեղային կերպով կարդալ կափարիչին ամրացված 20x4 LCD էկրանով կամ հեռակա, որտեղ դրանք հավաքվում, ցուցադրվում և ձևավորվում են համակարգի ինտեգրման միջոցով Cayenne կամ Adafruit IO IoT հարթակներին: Arduino- ն իր տվյալները ուղարկում է Raspberry Pi նավին USB մալուխի միջոցով, որն այնուհետև ճանապարհ է դառնում դեպի ինտերնետ ՝ օգտագործելով Pi- ի WiFi քարտը: Այս հարթակներում կարելի է ահազանգեր տալ տիեզերագնացներին տեղեկացնելու համար, երբ մեր համակարգի ցանկացած փոփոխական դուրս է եկել իրենց նախնական շեմային արժեքներից:

Քայլ 4: Քայլ 4. Խելացի կափարիչ լուսավորությամբ և օդափոխիչի վերահսկմամբ

Մեր աճող խորանարդի կափարիչը գործում է որպես ամբողջ գործողության ուղեղ, ինչպես նաև ապահովում է աճող կարևոր տարրերի պատյանները: Կափարիչի ներքևից ներքև տարածվում է 3D տպված LED պատյան, որը լույս է ապահովում աճող պատի յուրաքանչյուր սալիկի համար, ինչպես նաև լուսավորում է ներքևի միկրո կանաչի գորգը: Սա կրկին նախագծվեց Fusion 360 -ում և տպվեց մեր MakerBot- ում: Յուրաքանչյուր լուսային ծոցում պահվում է 3 LED շերտ, որոնք պաշտպանված են գոգավոր հենակով: Այս հենարանը արծաթապատված է HVAC մեկուսիչ ժապավենով `առավելագույն անդրադարձունակությունը բարձրացնելու համար: Հաղորդալարն անցնում է կենտրոնական խոռոչի սյունակով ՝ կոպի վերևում գտնվող էներգիայի և տվյալների հասանելիության համար: Այս բնակարանի չափը ընտրված է ունենալու հետք, որը թույլ կտա իր շուրջը աճող բույսերին հասնել առավելագույնը 8 դյույմ բարձրության: Պարզվել է, որ այս թիվը հասուն Outredgeous աղցանների միջին բարձրությունն է, որը մենք աճեցնում ենք մեր լաբորատորիայում գտնվող մեր ուղղահայաց հիդրոպոնիկ այգիներում: Նրանք կարող են հասնել 12 դյույմ հասակի, բայց մենք ենթադրեցինք, որ տիեզերագնացները կբարելավեն դրանք, քանի որ դրանք մեծանում են ՝ դարձնելով այս կտրված-եկող աճող խորանարդը:

Այն նեոպիքսելները, որոնք մենք օգտագործում ենք, անհատապես հասցեական են, ինչը նշանակում է, որ մենք կարող ենք վերահսկել դրանց արտանետվող գունային սպեկտրը: Սա կարող է օգտագործվել լույսի սպեկտրները փոխելու համար, որոնք բույսերը ստանում են իրենց աճի տարբեր փուլերում կամ տեսակներից մինչև տեսակներ: Վահաններն անհրաժեշտության դեպքում հնարավորություն էին տալիս լուսավորելու տարբեր պայմաններ յուրաքանչյուր պատի վրա: Մենք հասկանում ենք, որ սա կատարյալ տեղադրում չէ, և որ մեր կողմից օգտագործվող լույսերը տեխնիկապես աճող լույսեր չեն, բայց մենք զգացինք, որ դա հայեցակարգի լավ ապացույց էր:

Կափարիչի վերևում տեղակայված են 5 դյույմանոց 12 Վ լարման հովացուցիչներ, որոնք սովորաբար օգտագործվում են համակարգչային աշտարակների ջերմաստիճանը վերահսկելու համար: Մենք այն նախագծել ենք այնպես, որ մեկը օդը մղում է համակարգ, իսկ մյուսը `օդի արդյունահանման դեր: Նրանք երկուսն էլ ծածկված են նուրբ ցանցի էկրանով ՝ ապահովելու համար, որ բեկորներ դուրս չբերվեն և չմտնեն տիեզերագնացի շնչառական միջավայրը: Երկրպագուներն անջատվում են, երբ դռներին ամրացված մագնիսական եղեգի անջատիչներից մեկը բաց է, որպեսզի կանխվի օդի ոչ դիտավորյալ աղտոտումը: Երկրպագուների արագությունը վերահսկվում է PWM- ի միջոցով `օգտագործելով Motor HAT- ը Raspberry pi- ի վրա: Երկրպագուները կարող են պայմանականորեն արագանալ կամ դանդաղեցնել ՝ հիմնվելով ջերմաստիճանի կամ խոնավության արժեքների վրա, որոնք Pi- ին սնվում են խորանարդի ներկառուցված DHT22 սենսորով: Այս ցուցանիշները կրկին կարող են տեղական դիտվել LCD- ով կամ հեռակա `նույն IoT վահանակի վրա, ինչպես խոնավության տվիչները:

Ֆոտոսինթեզի մասին մտածելիս մենք նաև ցանկանում էինք հաշվի առնել աճող խորանարդի CO2 մակարդակը և օդի ընդհանուր որակը: Այդ նպատակով մենք ներառեցինք SGP30 տվիչ `eCO2- ի, ինչպես նաև ընդհանուր VOC- ների վերահսկման համար: Դրանք նույնպես ուղարկվում են LCD- ների և IoT- ի վահանակի ՝ վիզուալիզացիայի համար:

Դուք նաև կտեսնեք, որ ներարկիչի պոմպերը տեղադրված են կափարիչի կողքով: Նրանց խողովակն ուղղված է ալյումինե արտամղման աջակցության շրջանակի ուղղահայաց ալիքներին:

Քայլ 5. Մտքերի փակումը և ապագա կրկնությունները

Մենք նախագծեցինք Wolverine- ը ՝ օգտագործելով այն գիտելիքները, որոնք մենք ձեռք ենք բերել մեր համատեղ սնունդ աճեցնելու ժամանակներից: Մենք մի քանի տարի ավտոմատացնում ենք մեր այգիները, և սա հուզիչ հնարավորություն էր սա կիրառելու ինժեներական յուրահատուկ առաջադրանքում: Մենք հասկանում ենք, որ մեր դիզայնը համեստ սկիզբ ունի, բայց մենք անհամբերությամբ սպասում ենք դրա աճին:

Կառուցման մի ասպեկտ, որը մենք չէինք կարող ավարտել մինչև վերջնաժամկետը պատկերի գրավումն էր: Մեր ուսանողներից մեկը փորձեր էր կատարում Raspberry Pi տեսախցիկի և OpenCV- ի միջոցով ՝ տեսնելու, թե արդյոք մեքենայական ուսուցման միջոցով կարող ենք ավտոմատացնել բույսերի առողջության հայտնաբերումը: Մենք ամենաքիչը ցանկանում էինք, որ կարողանանք ունենալ բույսերը տեսնելու միջոց ՝ առանց դռները բացելու: Մտածում էր, որ պետք է ներառել թեքման մեխանիզմ, որը կարող է պտտվել վերին վահանակի ներքևի մասում ՝ յուրաքանչյուր աճող պատի պատկերներ գրավելու համար, այնուհետև դրանք տպելու համար Adafruit IO- ի վահանակի վրա ՝ տեսանելի դարձնելու համար: Սա կարող է հանգեցնել նաև աճող մշակաբույսերի որոշ իսկապես զով ժամանակաշրջանների: Ենթադրում ենք, որ դա միայն ինժեներական նախագծման գործընթացի մի մասն է: Միշտ էլ լինելու է անելիք և բարելավումներ: Անչափ շնորհակալ եմ մասնակցության հնարավորության համար: