ISS: 5 Adım üçün Hollow's Wolverine Grow Cube -u sınayın

2024 Müəllif: John Day | [email protected]. Son dəyişdirildi: 2024-01-30 07:44

Long Island, NY -dən West Hollow orta məktəbiyik. Həftədə bir dəfə Hack Hollow adlı bir klubda bir çox istehsalçı layihələri hazırladığımız, kodladığımız və qurduğumuz mühəndislər istəyirik. Çalışdığımız bütün layihələrə BURADAN baxa bilərsiniz. Əsas diqqətimiz qida və ekoloji robototexnikanın gələcəyini öyrənmək idi. Müəllimimiz cənab Regini ilə elm laboratoriyamızın arxasında avtomatlaşdırılmış şaquli hidroponik təsərrüfat qurduq və saxladıq. Son iki ildə GBE proqramına da qatıldıq. Bu problemin lisey şagirdlərini çağırdığını bilirik, ancaq məktəb maskotumuzun adını daşıyan Wolverine ilə tanış olmaq üçün iki il daha gözləməkdən çox həyəcanlandıq. Bu, etdiyimiz bir növdür!

Bu layihədə Arduino, Raspberry Pi və onlarla birlikdə gedən bütün elektron şeylər də daxil olmaqla istifadə etməyi sevdiyimiz bir çox şeyi tapa bilərsiniz. Kubu dizayn etmək üçün TinkerCad -dan bir addım yuxarıda Fusion 360 istifadə etməkdən də zövq aldıq. Bu layihə, bəzi yeni istehsalçı platformalarında dişlərimizi kəsmək üçün mükəmməl bir fürsət idi. Hər biri Grow Cube -un bir aspektinə diqqət yetirməli olduqları dizayn qruplarına bölündük. Çərçivəyə, qapağa və alt plakaya, işıqlandırmaya, böyüyən divarlara, suya, fanatlara və ətraf mühit sensorlarına ayırdıq. Aşağıdakı addımlarda müzakirə olunan hissələri görüntüləməkdə kömək lazımdırsa, istifadə etdiyimiz bütün materiallarla təchizat siyahısında bağlantılar qurduq. Ümid edirik zövq alacaqsınız!

Təchizat

Çərçivə:

• 1 "80/20 alüminium ekstrüzyonlar
• Tee qoz -fındıq
• Dəstək mötərizələri
• Menteşələr
• T-kanalına uyğun planer birləşmələri
• T-kanalına uyğun boru və tel bələdçiləri
• Qapıları bağlamaq üçün maqnitlər
• 3 x maqnit qamış açarı

Divarlar yetişdirin:

• Farm Tech aşağı profilli NFT kanalları
• NFT kanal qapaqları
• Oluklu plastik təbəqələr
• Çıkarılabilir kanalları yerində saxlamaq üçün maqnitlər

Qapaq:

• Oluklu plastik təbəqə
• 3D çaplı LED böyüyən işıq qurğusu (Fusion 360)
• Elektronika üçün plastik dayaqlar və aparatlar

İşıqlandırma:

• Adafruit -dən ünvanlı neopiksel zolaqlar (60LED/m)
• Neopixel bağlayıcılar
• Neopixel klipləri
• 330 uF, 35 V ayıran kondansatör
• 1K ohm müqavimət
• Gümüşü HVAC alüminium folqa lenti
• Buck çeviricisi

Su: (Ən çox sevdiyimiz xüsusiyyət):

• 2 x Nema 17 Stepper mühərrikləri
• Arduino üçün Adafruit Stepper Shield
• 3D çaplı xətti aktuator şpris pompası (Fusion 360)
• 2 x 100-300 ml şpris
• Luer kilidi bağlantıları və tee/dirsək birləşmələri ilə borular
• 2 x 300 mm x 8 mm T8 vintlər və qoz -fındıq
• 2 x uçan bağlayıcı
• 2 x yastıq daşıyan blok
• 4 x 300 mm x 8 mm xətti hərəkət çubuğu mil təlimatları
• 4 x 8 mm LM8UU xətti yataklar
• Torpağı izləmək və şpris pompalarını idarə etmək üçün 4 x DF Robot kapasitiv müqavimət nəm sensoru

Hava dövranı:

• 2 x 5 "12V fanatlar
• 5 "fan filtr qapaqları
• 2 x TIP120 Darlington tranzistorları və istilik alıcıları
• 12V enerji təchizatı
• Panel montaj lüləsi jak bağlantısı adapteri
• 2 x 1K ohm rezistorlar
• 2 x uçucu diod
• 2 x 330uF, 35V elektrolitik ayırıcı kondansatörler
• DHT22 temperatur və rütubət sensoru 4.7K ohm müqavimətlə

Elektronika:

• Raspberry Pi 3B+ w/ Motor HAT
• 8 GB SD kart
• Arduino Mega
• Adafruit perma-proto çörək taxtası
• 2 x 20x4 i2C LCD
• 22AWG qapalı əlaqə telləri
• Dupont bağlayıcı dəsti
• Adafruit SGP30 eCO2 hava keyfiyyəti sensoru

Alətlər:

• Lehimleme dəmir
• Lehim dəsti
• Köməkçi əllər
• Tellər üçün sıxma və soyma alətləri
• Tornavidalar
• Qəhvə (cənab Regini üçün)

Addım 1: Adım 1: Çərçivənin qurulması

Çərçivə yüngül 1 80/20 t kanallı alüminium ekstrüzyonlardan istifadə edilərək hazırlanacaq. Alüminium dirsək birləşmələri və qoz -fındıqlarla birlikdə tutulacaq. Ağırlığı azaltmaqla yanaşı, kanallarımız suyumuz üçün bələdçi yolları rolunu oynayacaq. xətlər və naqillər.

Küp, yalnız ön üzünü deyil, hər iki tərəfini də açmaq üçün kubun divardan çıxarılmasına imkan verən sürüşmə birləşmələri ilə təchiz edilmiş bir sıra relslər üzərində dayanacaq. Bunun ilhamı, şagirdlərimizdən birinin evindəki mətbəx şkaflarında ədviyyat rafını düşünməsindən qaynaqlandı.

Sadə menteşələrdən istifadə edərək, ön və yan tərəflər, küp raydan çıxarılarkən açıla bilən qapılar olacaq. Bağlandıqda maqnitlə tutulurlar. Bu kubun bütün 6 paneli çıxarıla bilər, çünki bütün üzlər maqnitlə də yerindədir. Bu dizayn seçiminin məqsədi toxum əkmək, bitkilərə qulluq etmək, məlumat toplamaq, məhsul yığmaq və təmizləmək/təmir etmək üçün bütün səthlərə asanlıqla daxil olmaq idi.

Növbəti addımda panellər üçün dizaynımızı görə bilərsiniz.

Adım 2: Adım 2: Grow Divarlarının İnşası

Düşündüyümüz ilk element divarların özləri üçün istifadə ediləcək materiallar idi. Yüngül, lakin bitkiləri dəstəkləyəcək qədər güclü olmaları lazım olduğunu bilirdik. İçərisində bitkiləri görə biləcəyimiz V. E. G. G. I. E şəkillərini sevsək də ağ rəngli büzməli plastik şəffaf akril üzərində seçildi. Bu qərarın səbəbi, görünüşün çox hissəsinin bitki kanalları tərəfindən maneə törədilməsidir və LED -lərimizdən gələn işığı mümkün qədər əks etdirmək istədik. Bu məntiq, GBE iştirakımızın bir hissəsi olaraq göndərdiyimiz bölməni yoxlamaqdan gəldi. Əvvəlki addımda qeyd edildiyi kimi, bu lövhələr alüminium çərçivəyə mıknatıslarla tutulur, beləliklə asanlıqla çıxarılır.

Bu lövhələrə, hidroponik laboratoriyamızda istifadə etdiyimiz aşağı profilli NFT böyüyən rayların üç kanalı əlavə olunur. Bu seçimi bəyənirik, çünki onlar böyüyən yastıqları yerləşdirmək üçün asanlıqla sürüşən qapaqları olan nazik PVC -dən hazırlanmışdır. Bu məqaləni oxuduğumuz zaman ISS -də istifadə edildiyini gördüyümüz xüsusi hazırlanmış yastıqların içərisində bütün artan media yer alacaq. Raylar arasındakı bütün lövhələr, böyüyən işıqların əks olunmasını artırmaq üçün gümüşü HVAC izolyasiya lenti ilə örtülmüş olacaq.

Açılışlarımız 1 3/4 dir və bir -birindən 6 düym aralıda mərkəzdədir. Bu, kubun dörd panelinin hər birində cəmi 36 bitki verən 9 əkin sahəsinə imkan verir. Bu aralığı qırmızı rəngimizə uyğun olaraq saxlamağa çalışdıq. Kanallar, torpağın rütubətini izləyəcək və şpris nasoslarından su çağıracaq nəm sensorlarımızı qəbul etmək üçün kanallar ilə yuvarlanır. Bu şpris əsaslı suvarma üsulu, həm dəqiq suvarma, həm də sıfır/mikro cazibə mühitinin çətinliklərini aradan qaldırmaq üçün ən yaxşı təcrübə olaraq araşdırdığımız bir şeydir. Suyun böyüyən mühitdə yayılmasına kömək etmək üçün kapilyarlığa güvənəcəyik.

Nəhayət, əsas lövhədən istifadə etmək üçün bir yol tapmaq istədik. Alt üzdə kiçik bir dodaq yaratdıq ki, mikro göyərti yetişdirmək üçün böyüyən bir mat qəbul edək. Mikro göyərtinin yetkin həmkarlarından təxminən 40 qat daha çox həyati qida maddəsi olduğu bilinir. Bunlar astronavtların qidalanması üçün çox faydalı ola bilər. Bu, tələbələrimizin mikro göyərtinin qida dəyəri ilə əlaqədar tapdıqları bir məqalədir.

Addım 3: Adım 3: Bitkiləri sulayın

Əvvəlki addımda xətti aktuator şpris nasoslarımıza istinad etdik. Bu quruluşun ən çox sevdiyimiz hissəsidir. NEMA 17 pilləli mühərriklər, böyüyən kubun qapağında iki ədəd 100cc-300cc şprisin pistonunu sıxacaq xətti hərəkətləndiriciləri idarə edəcək. Hackaday -da bəzi böyük açıq mənbəli layihələri yoxladıqdan sonra Fusion 360 istifadə edərək motor korpuslarını, piston sürücüsünü və bələdçi ray qurğusunu hazırladıq. Motoru necə idarə etməyi öyrənmək üçün Adafruit -in heyrətamiz veb saytında bu təlimatı izlədik.

Astronavtları suvarma işindən azad etmək üçün bir yol tapmaq istədik. Stepperlər, sistemdəki bitkilər öz sularını tələb etdikdə işə düşür. Bitki küpü boyunca müxtəlif yerlərdə 4 ədəd kapasitiv nəm sensoru bitki yastıqlarına taxılır. Sistemdəki hər bir əkin sahəsinin bu sensorları böyütmə kanallarına daxil etməsi üçün yuvası vardır. Bu, bu sensorların yerləşdirilməsinin astronavtlar tərəfindən seçilməsinə və vaxtaşırı dəyişdirilməsinə imkan verir. Suyun sistem daxilində paylanmasının səmərəliliyini artırmaqla yanaşı, hər bitkinin suyunu necə istehlak etdiyini görselleştirmeye imkan verəcəkdir. Nəm həddi astronavtlar tərəfindən təyin edilə bilər ki, suvarma ehtiyaclarına uyğun olaraq avtomatlaşdırıla bilsin. Şprislər, asan doldurulması üçün Luer kilidi birləşmələri ilə əsas suvarma manifolduna yapışdırılır. Yetişdirmə panelləri, suvarma manifolduna bənzər bir əlaqə protokolundan istifadə edir, beləliklə kubdan asanlıqla çıxarılır.

Sensorlar tərəfindən toplanan məlumatlar, sistemin Cayenne və ya Adafruit IO IoT platformaları ilə inteqrasiyası nəticəsində qapağa bərkidilmiş 20x4 ölçülü LCD ekranda və ya toplandığı, göstərildiyi və qrafikləşdirildiyi yerdə oxuna bilər. Arduino, məlumatlarını USB kabeldən istifadə edərək Raspberry Pi -yə göndərir və sonra Pi -nin WiFi kartından istifadə edərək internetə gedir. Hər hansı bir sistem dəyişənimiz əvvəlcədən təyin edilmiş eşik dəyərlərindən çıxdıqda astronavtları xəbərdar etmək üçün bu platformalarda xəbərdarlıqlar qurula bilər.

Addım 4: Adım 4: İşıqlandırma və Fan Nəzarəti olan Ağıllı Qapaq

Böyüyən kubumuzun qapağı, bütün əməliyyatın beyni rolunu oynayır, həm də kritik artan elementlər üçün yuvalar təmin edir. Qapağın altından aşağıya doğru uzanan, hər bir divar divar lövhəsi üçün işıq verən altdakı mikro göyərti matının üst işıqlandırmasını təmin edən 3D çaplı LED korpusdur. Bu yenidən Fusion 360 -da hazırlanmış və MakerBot -da çap edilmişdir. Hər bir işıq körfəzində, konkav dəstəyi ilə qorunan 3 LED şeridi var. Bu dəstək, əks etdirmə qabiliyyətini artırmaq üçün HVAC izolyasiya lenti ilə gümüşlənmişdir. Kabel, qapağın üst hissəsindəki gücə və məlumatlara daxil olmaq üçün mərkəzi boş bir sütundan yuxarı hərəkət edir. Bu mənzilin ölçüsü, ətrafında böyüyən bitkilərin maksimum 8 düym hündürlüyə çatmasına imkan verəcək bir ayaq izi üçün seçildi. Bu rəqəmin laboratoriyamızda şaquli hidroponik bağlarımızda yetişdirdiyimiz yetkin Outredgeous marulların orta hündürlüyü olduğu təsbit edildi. Hündürlüyü 12 santimetrə qədər çata bilərlər, ancaq astronavtların böyüdükcə bu heyvanları otladıqlarını düşünürdük ki, bu kəsiklə yenidən böyüyürlər.

İstifadə etdiyimiz neopiksellər ayrı -ayrılıqda ünvanlıdır, yəni yaydıqları rəng spektrini idarə edə bilərik. Bu, bitkilərin böyüməsinin müxtəlif mərhələlərində və ya növlərdən növlərə aldığı işıq spektrlərini dəyişdirmək üçün istifadə edilə bilər. Qalxanlar, lazım olduqda divarların hər birində fərqli işıqlandırma şəraitinə imkan verməyi nəzərdə tuturdu. Bunun mükəmməl bir quruluş olmadığını və istifadə etdiyimiz işıqların texniki cəhətdən böyüyən işıq olmadığını başa düşürük, amma bunun bir anlayışın gözəl bir sübutu olduğunu hiss etdik.

Qapağın üst hissəsində, ümumiyyətlə kompüter qüllələrinin istiliyini idarə etmək üçün istifadə olunan iki 5 düymlük 12V soyutma fanatı var. Biri havanı sistemə itələyərkən, digəri hava çıxarma rolunu oynayacaq şəkildə dizayn etdik. Hər ikisi də heç bir zibilin astronavtın tənəffüs mühitinə çəkilməməsini təmin etmək üçün gözəl bir mesh ekranla örtülmüşdür. İstənməyən hava çirklənməsinin qarşısını almaq üçün qapılara bağlanan maqnit qamış açarlarından hər hansı biri açıq olduqda fanatlar bağlanır. Azarkeşlərin sürəti, Raspberry pi üzərindəki Motor HAT istifadə edərək PWM vasitəsilə idarə olunur. Azarkeşlər, kub içərisindəki DHT22 sensoru tərəfindən Pi -yə verilən temperatur və ya rütubət dəyərlərinə əsaslanaraq şərti olaraq sürətləndirilə və ya yavaşlatıla bilər. Bu oxunuşlara yenidən yerli olaraq bir LCD -də və ya nəm sensörləri ilə eyni IoT tablosunda baxmaq olar.

Fotosintez haqqında düşünərkən, CO2 səviyyələrini və böyüyən kubdakı ümumi havanın keyfiyyətini də hesablamaq istədik. Bu məqsədlə, eCO2 və ümumi VOC'ları izləmək üçün bir SGP30 sensoru daxil etdik. Bunlar da görüntüləmək üçün LCD -lərə və IoT tablosuna göndərilir.

Həm də şırınga pompalarımızın cütlüyünün qapağın kənarına quraşdırıldığını görəcəksiniz. Onların boruları alüminium ekstrüzyon dayaq çərçivəsinin şaquli kanallarından aşağı yönəldilmişdir.

Addım 5: Düşüncələri və Gələcək Təkrarlamaları Bağlayın

Wolverine'i birlikdə yemək yetişdirərkən əldə etdiyimiz məlumatlardan istifadə edərək hazırladıq. Bir neçə ildir ki, bağlarımızı avtomatlaşdırırıq və bu, unikal bir mühəndislik işinə tətbiq etmək üçün çox maraqlı bir fürsət idi. Dizaynımızın təvazökar bir başlanğıc olduğunu anlayırıq, amma onunla birlikdə böyüməyi səbirsizliklə gözləyirik.

Quruluşun son tarixindən əvvəl tamamlaya bilmədiyimiz bir cəhət şəkil çəkmə idi. Tələbələrimizdən biri, Raspberry Pi kamerası və OpenCV ilə sınaqdan keçirdi ki, maşın öyrənmə yolu ilə bitki sağlamlığının aşkarlanmasını avtomatlaşdıra bilək. Ən azından qapıları açmadan bitkiləri görmək üçün bir yol görmək istəyirdik. Düşüncə, hər bir böyüyən divarın şəkillərini çəkmək və sonra görüntüləmək üçün Adafruit IO tablosuna çap etmək üçün üst panelin alt tərəfində fırlana bilən bir əyilmə mexanizmi daxil etmək idi. Bu, böyüyən bitkilərin həqiqətən də sərin vaxt gecikmələrinə səbəb ola bilər. Düşünürük ki, bu mühəndislik dizayn prosesinin yalnız bir hissəsidir. Həmişə görüləsi işlər və təkmilləşdirmələr olacaq. İştirak etmək imkanı üçün çox sağ olun!