Hack the Hollow's Wolverine grow Cube for the ISS: 5 Hatua

2024 Mwandishi: John Day | [email protected]. Mwisho uliobadilishwa: 2024-01-30 12:50

Sisi ni shule ya kati ya Hollow Magharibi kutoka Long Island, NY. Tunataka wahandisi wanaokutana mara moja kwa wiki kwenye kilabu kinachoitwa Hack the Hollow ambayo tunabuni, kuweka kanuni, na kujenga miradi kadhaa ya watengenezaji. Unaweza kuangalia miradi yote tunayofanya kazi HAPA. Lengo letu kuu imekuwa kusoma mustakabali wa chakula na roboti ya mazingira. Tumekusanyika na kudumisha shamba lenye wima la hydroponics nyuma ya maabara yetu ya sayansi na mwalimu wetu Bwana Regini. Tumeshiriki pia katika mpango wa GBE kwa miaka miwili iliyopita. Tunajua changamoto hii ilihitaji wanafunzi wa shule za upili, lakini tulifurahi sana kusubiri miaka miwili zaidi kukujulisha kwa Wolverine, aliyepewa jina la mascot yetu ya shule. Hii ni aina ya kile tunachofanya!

Katika mradi huu, utapata vitu vingi tunavyopenda kutumia pamoja na Arduino, Raspberry Pi, na vitu vyote vya elektroniki vinavyoenda nao. Tulifurahiya pia kutumia Fusion 360 kama hatua kutoka TinkerCad kubuni mchemraba. Mradi huu ulikuwa fursa nzuri ya kukata meno yetu kwenye majukwaa mapya ya waundaji. Tulivunjwa katika timu za kubuni ambazo kila mmoja alipaswa kuzingatia sehemu moja ya Cube Kukua. Tuliivunja ndani ya fremu, kifuniko na bamba ya msingi, taa, kukuza kuta, maji, mashabiki, na sensorer za mazingira. Tumeunda viungo kwenye orodha yetu ya vifaa kwa vifaa vyote tunavyotumia ikiwa unahitaji msaada wa kuona sehemu ambazo zinajadiliwa katika hatua zinazofuata. Tunatumahi unafurahiya!

Vifaa

Fremu:

• 1 "80/20 kutokwa kwa aluminium
• Karanga za chai
• Msaada mabano
• Bawaba
• Viunga vya glider vya T-channel
• T-channel inayoendana na miongozo ya bomba na waya
• Sumaku za kushikilia milango imefungwa
• 3 x swichi za mwanzi wa sumaku

Kukua Kuta:

• Njia za Farm Tech za wasifu wa chini wa NFT
• Vifuniko vya kituo cha NFT
• Karatasi za bati za bati
• Sumaku kushikilia njia zinazoondolewa mahali

Kifuniko:

• Karatasi ya plastiki ya bati
• 3D iliyochapishwa ya LED inakua taa (Fusion 360)
• Kusimama kwa plastiki na vifaa vya umeme

Taa:

• Vipande vya neopixel zinazoweza kushughulikiwa kutoka Adafruit (60LED / m)
• Viunganisho vya Neopixel
• Sehemu za Neopikseli
• 330uF, 35V decoupling capacitor
• Kinga ya 1K ohm
• Mkanda wa foil alumini ya HVAC
• Buck kibadilishaji

Maji: (Kipengele chetu tunachopenda):

• 2 x Nema 17 motors za Stepper
• Ngao ya Adafruit Stepper ya Arduino
• Pampu ya sindano ya actuator iliyochapishwa ya 3D (Fusion 360)
• 2 x 100-300mL sindano
• Tubing na viunganisho vya kufuli vya Luer na viungo vya tee / kiwiko
• 2 x 300mm x 8mm T8 screws risasi na karanga
• 2 x kuruka coupler
• 2 x Vitalu vya kuzaa mto
• 4 x 300mm x 8mm miongozo ya shimoni ya mwendo wa fimbo
• 4 x 8mm LM8UU fani laini
• 4 x DF Robot sensorer upinzani unyevu unyevu kufuatilia udongo na kudhibiti pampu sindano

Mzunguko wa Hewa:

• Mashabiki 2 x 5 "12V
• Vifuniko 5 vya vichungi vya shabiki
• 2 x TIP120 Darlington transistors na joto huzama
• Usambazaji wa umeme wa 12V
• Paneli mlima adapta ya unganisho la pipa
• Vipimo 2 x 1K ohm
• 2 x kuruka kwa diode
• 2 x 330uF, 35V capacitors ya kukata umeme kwa elektroni
• Joto la DHT22 na sensorer ya unyevu w / 4.7K ohm resistor

Umeme:

• Raspberry Pi 3B + w / Kofia ya Magari
• Kadi ya SD ya 8GB
• Arduino Mega
• Adafruit perma-proto mkate wa mkate
• LCD 2 x 20x4 i2C
• 22AWG waya zilizounganishwa zilizokwama
• Kitanda cha kiunganishi cha Dupont
• Sensor ya hali ya hewa ya Adafruit SGP30 w / eCO2

Zana:

• Chuma cha kulehemu
• Kitanda cha Solder
• Kusaidia mikono
• Vifaa vya kukandamiza na kuvua waya
• Bisibisi
• Kahawa (ya Bwana Regini)

Hatua ya 1: Hatua ya 1: Kuunda fremu

Sura hiyo itajengwa kwa kutumia uzani mwepesi wa 1 80/20 t chaneli ya aluminium. Itafanyika pamoja na viungo vya kiwiko cha alumini na karanga za t. mistari na wiring.

Mchemraba utakaa juu ya seti ya reli zilizo na viungo vya kuteleza ambazo zitaruhusu mchemraba kutolewa kutoka ukutani kufunua sio uso wake wa mbele tu, bali pande zake zote pia. Msukumo wa hii ulitoka kwa mmoja wa wanafunzi wetu kufikiria juu ya rafu ya viungo katika kabati zake za jikoni nyumbani.

Kutumia bawaba rahisi, mbele na pande zitakuwa na milango ambayo inaweza kufungua wakati mchemraba unapotolewa kwenye reli zake. Zinashikiliwa na sumaku wakati zimefungwa. Paneli zote 6 za mchemraba huu zinaondolewa kwani nyuso zote zinawekwa na sumaku pia. Madhumuni ya chaguo hili la kubuni ilikuwa kutoa ufikiaji rahisi kwa nyuso zote kwa mbegu, utunzaji wa mimea, ukusanyaji wa data, kuvuna, na kusafisha / ukarabati.

Unaweza kuona muundo wetu wa paneli katika hatua inayofuata.

Hatua ya 2: Hatua ya 2: Kuunda Ukuta wa Ukuaji

Kipengele cha kwanza tulichofikiria kilikuwa vifaa vya kutumia kwa kuta zenyewe. Tulijua wanahitaji kuwa na uzito mwepesi, lakini wenye nguvu ya kutosha kusaidia mimea. Plastiki nyeupe ya bati ilichaguliwa juu ya akriliki wazi hata ingawa tulipenda picha za VEGG. IE ambapo tunaweza kuona mimea ndani. Sababu ya uamuzi huu ni kwa sababu maoni mengi yangezuiliwa na njia za mmea, na tulitaka kutafakari mwangaza mwingi kutoka kwa LED zetu iwezekanavyo. Mantiki hii ilitoka kwa kukagua kitengo tulichotumwa kama sehemu ya ushiriki wetu wa GBE. Kama ilivyoelezwa katika hatua ya awali, mabamba haya hushikiliwa kwa fremu ya alumini na sumaku ili iweze kuondolewa kwa urahisi.

Zilizofungamanishwa na sahani hizi ni njia tatu za reli za chini zinazokua za NFT ambazo tunatumia kwenye maabara yetu ya hydroponics. Tunapenda chaguo hili kwa sababu zimejengwa kwa PVC nyembamba na vifuniko ambavyo huteleza kwa urahisi kwa kupandikiza mito inayokua. Vyombo vyote vya habari vinavyoongezeka vitapatikana ndani ya mito iliyoundwa maalum ambayo tumeona tayari inatumiwa kwenye ISS tunaposoma IBARA HII. Paneli zote kati ya reli zitafunikwa kwenye mkanda wa kusonga wa HVAC ili kukuza tafakari ya taa zinazokua.

Nafasi zetu ni 1 3/4 na zimetengwa kwa inchi 6. Kituo hiki kinaruhusu maeneo 9 ya kupanda kwenye kila paneli nne za mchemraba inayotoa jumla ya mimea 36. Tulijaribu kuweka nafasi hii kuwa sawa na ile tuliyokuwa na nyekundu Njia hizi zimechimbwa na nafasi ili kukubali sensorer zetu za unyevu ambazo zitakuwa zikifuatilia unyevu wa mchanga na kutafuta maji kutoka pampu za sindano. Njia hii ya kumwagilia inayotokana na sindano ni jambo ambalo tulitafiti kama mazoezi bora ya kumwagilia kwa usahihi na vile vile kushinda changamoto za mazingira ya sifuri / ndogo. Tubing itaingia chini ya mto wa mmea kukuza ukuaji wa mizizi kuelekea nje tutategemea ujazo kusaidia ujazo wa maji kwa njia inayokua.

Mwishowe, tulitaka kutafuta njia ya kutumia sahani ya msingi. Tuliunda mdomo mdogo kwenye uso wa chini bila kukubali mkeka wa kukua mimea ndogo. Mboga ndogo hujulikana kuwa na virutubisho muhimu zaidi ya mara 40 kuliko wenzao waliokomaa. Hizi zinaweza kudhibitisha sana lishe ya wanaanga. Hii ni nakala moja ambayo wanafunzi wetu walipata juu ya lishe ya mboga ndogo.

Hatua ya 3: Hatua ya 3: Kumwagilia Mimea

Tulitaja pampu zetu za sindano za actuator katika hatua ya awali. Hii ndio sehemu tunayopenda zaidi ya ujenzi huu. NEMA 17 stepper motors wataendesha waendeshaji wa laini ambao watashusha bomba la sindano mbili za 100cc-300cc kwenye kifuniko cha mchemraba unaokua. Tulibuni nyumba za magari, dereva wa bomba, na mwongozo wa reli kwa kutumia Fusion 360 baada ya kukagua miradi mingine ya wazi kwenye Hackaday. Tulifuata mafunzo haya kwenye wavuti ya kushangaza ya Adafruit ili kujifunza jinsi ya kuendesha motors.

Tulitaka kutafuta njia ya kuwakomboa wanaanga kutoka kwa jukumu la kumwagilia. Watembezaji huamilishwa wakati mimea ndani ya mfumo inahitaji maji yao wenyewe. Sensorer 4 za unyevu zenye unyevu huingizwa kwenye mito ya mmea katika maeneo anuwai kwenye mchemraba unaokua. Kila tovuti ya upandaji kwenye mfumo ina nafasi ya kukubali sensorer hizi zilizopigwa katika njia zao za kukua. Hii inaruhusu kuwekwa kwa sensorer hizi kuchaguliwa na kubadilishwa mara kwa mara na wanaanga. Mbali na kuongeza ufanisi ambao maji husambazwa ndani ya mfumo, itaruhusu kuibua jinsi kila mmea unatumia maji yake. Vizingiti vya unyevu vinaweza kuwekwa na wanaanga ili kumwagilia iweze kujiendesha kulingana na mahitaji yao. Sirinji zimeambatanishwa na njia kuu ya kumwagilia na unganisho la kufuli la Luer kwa ujazo rahisi. Paneli za kukua zenyewe zinatumia itifaki sawa ya unganisho kwa anuwai ya kumwagilia ili iweze kuondolewa kwa urahisi kutoka kwa mchemraba.

Takwimu zilizokusanywa na sensorer zinaweza kusomwa hapa kwenye skrini ya LCD ya 20x4 iliyowekwa kwenye kifuniko au kwa mbali ambapo inakusanywa, kuonyeshwa, na kushikwa na ujumuishaji wa mfumo na Cayenne au majukwaa ya Adafruit IO IoT. Arduino hutuma data zake kwenye Raspberry Pi ya ndani ukitumia kebo ya USB ambayo huingia kwenye wavuti kwa kutumia kadi ya WiFi ya Pi. Tahadhari zinaweza kuwekwa kwenye majukwaa haya ili kuwaarifu wanaanga wakati aina yoyote ya mfumo wetu imetoka kwa maadili yao yaliyowekwa tayari.

Hatua ya 4: Hatua ya 4: Kifuniko cha Smart na Taa na Udhibiti wa Mashabiki

Kifuniko cha mchemraba wetu wa kukua hufanya kama akili za operesheni nzima na vile vile hutoa makazi ya vitu muhimu vya kukua. Kupanua chini kutoka chini ya kifuniko ni nyumba ya 3D iliyochapishwa ambayo hutoa mwangaza kwa kila moja ya mabamba ya ukuta na taa ya juu ya kijani kibichi chini. Hii iliundwa tena katika Fusion 360 na kuchapishwa kwenye MakerBot yetu. Kila bay mwanga hushikilia vipande 3 vya LED ambavyo vimetunzwa na msaada wa concave. Msaada huu umepigwa na mkanda wa insulation ya HVAC ili kuongeza kutafakari kwake. Wiring hutembea juu ya safu ya mashimo ya kati ili kupata nguvu na data juu ya kifuniko. Ukubwa wa nyumba hii ilichaguliwa kuwa na alama ya miguu ambayo ingeruhusu mimea inayokua karibu nayo kufikia urefu wa juu wa inchi 8. Nambari hii iligundulika kuwa urefu wa wastani wa leti zenye kukomaa ambazo tunakua katika bustani zetu za wima za hydroponic kwenye maabara yetu. Wanaweza kufikia urefu wa inchi 12, lakini tulifikiri wanaanga wangekuwa wakilisha hizi wakati wanapokua wakifanya hii kuwa mchemraba wa kukata na kurudi.

Neopixels tunayotumia ni anwani moja kwa moja ambayo inamaanisha tunaweza kudhibiti wigo wa rangi ambao hutoa. Hii inaweza kutumika kurekebisha mwangaza wa mimea inayopokea wakati wa hatua tofauti za ukuaji wao au kutoka spishi hadi spishi. Ngao zilikusudiwa kuruhusu hali tofauti za taa kwenye kila kuta ikiwa ni lazima. Tunaelewa kuwa hii sio usanidi kamili na kwamba taa tunazotumia sio taa za kiufundi, lakini tulihisi ni ushahidi mzuri wa dhana.

Juu ya kifuniko huweka mashabiki wawili wa baridi wa inchi 5 12V kawaida hutumiwa kudhibiti joto la minara ya kompyuta. Tulibuni ili mtu asukume hewa kwenye mfumo wakati nyingine inafanya kazi kama uchimbaji wa hewa. Zote mbili zimefunikwa na skrini nzuri ya matundu kuhakikisha kuwa hakuna uchafu unaovutwa nje na katika mazingira ya kupumua kwa mwanaanga. Mashabiki hufungwa wakati swichi yoyote ya mwanzi wa sumaku iliyowekwa kwenye milango iko wazi kuzuia uchafuzi wa hewa bila kukusudia. Kasi ya mashabiki inadhibitiwa kupitia PWM kwa kutumia Motor HAT kwenye Raspberry pi. Mashabiki wanaweza kuharakishwa kwa hali ya chini au kupunguzwa kwa kasi kulingana na maadili ya joto au unyevu uliyopewa Pi na sensorer iliyoingizwa ya DHT22 ndani ya mchemraba. Usomaji huu unaweza kutazamwa tena ndani ya LCD au kwa mbali kwenye dashibodi ile ile ya IOT kama sensorer za unyevu.

Kwa kufikiria juu ya usanisinuru, pia tulitaka kuhesabu viwango vya CO2 na ubora wa jumla wa hewa katika mchemraba unaokua. Ili kufikia mwisho huu, tulijumuisha sensorer ya SGP30 kufuatilia eCO2 na VOC jumla. Hizi pia zinatumwa kwa LCD na dashibodi ya IOT kwa taswira.

Pia utaona kwamba pampu zetu za sindano zimewekwa kando ya kifuniko. Mirija yao imeelekezwa chini kwa njia wima za fremu ya msaada wa extrusion ya alumini.

Hatua ya 5: Mawazo ya Kufunga na Mabadiliko ya Baadaye

Tulibuni Wolverine kwa kutumia maarifa tuliyoyapata kutoka wakati wetu wa kukuza chakula pamoja. Tumekuwa tukibadilisha bustani zetu kwa miaka kadhaa na hii ilikuwa fursa nzuri sana kutumia hii kwa kazi ya kipekee ya uhandisi. Tunaelewa muundo wetu una mwanzo mnyenyekevu, lakini tunatarajia kukua pamoja nayo.

Kipengele kimoja cha ujenzi hatuwezi kumaliza kabla ya tarehe ya mwisho ilikuwa kukamata picha. Mmoja wa wanafunzi wetu amekuwa akijaribu na kamera ya Raspberry Pi na OpenCV kuona ikiwa tunaweza kurekebisha ugunduzi wa afya ya mmea kwa njia ya ujifunzaji wa mashine. Sisi angalau tulitaka kuwa na njia ya kuona mimea bila kulazimika kufungua milango. Mawazo yalikuwa ni pamoja na utaratibu wa kuteleza pan ambayo inaweza kuzunguka chini ya jopo la juu ili kunasa picha za kila ukuta unaokua na kisha kuzichapisha kwenye dashibodi ya Adafruit IO kwa kuibua. Hii inaweza kufanya wakati mzuri wa kupotea kwa mazao yanayokua pia. Tunadhani hiyo ni sehemu tu ya mchakato wa muundo wa uhandisi. Daima kutakuwa na kazi ya kufanywa na maboresho kufanywa. Asante sana kwa nafasi ya kushiriki!