پرورش بیشتر کاهو در فضای کمتر یا پرورش کاهو در فضا ، (بیشتر یا کمتر) .: 10 مرحله

2024 نویسنده: John Day | [email protected]. آخرین اصلاح شده: 2024-01-30 08:53

این یک ارائه حرفه ای به مسابقه Growing Beyond Earth، Maker است که از طریق Instructables ارسال شده است.

من نمی توانم بیشتر هیجان زده باشم که برای تولید محصولات فضایی طراحی کنم و اولین دستورالعمل خود را ارسال کنم.

برای شروع ، مسابقه از ما خواست تا

"… یک دستورالعمل با جزئیات طراحی و ساخت محفظه رشد گیاه خود ارائه دهید که (1) در حجم 50 سانتی متر در 50 سانتی متر در 50 سانتی متر قرار دارد ، (2) شامل تمام ویژگی های لازم برای حفظ رشد گیاه ، یعنی نور مصنوعی ، یک سیستم آبیاری ، و وسایل گردش هوا و (3) از حجم داخلی به نحو م effectiveثر و مبتکرانه برای تناسب و رشد موفقیت آمیز هرچه بیشتر گیاهان استفاده می کند."

پس از خواندن الزامات مسابقه و سوالات متداول ، مفروضات زیر را در فرایند طراحی انجام دادم.

تعامل برنامه ریزی شده هفتگی با "پروژه" توسط یک فضانورد قابل قبول خواهد بود و جنبه کنترل خودکار را در معیارهای مسابقه باطل نمی کند.

در صورت وجود واحد در فضا ، منبع تغذیه "پروژه" می تواند خارج از 50cm3 قرار گیرد ، زیرا ISS نیرو را به واحد تامین می کند. خنک کننده برای LED ها در داخل "پروژه" می تواند خارج از 50cm3 ایجاد شود ، زیرا ISS می تواند سرمایش را به واحد تامین کند ، اگر واحد در فضا باشد.

"کاربر" می تواند برای نگهداری هفتگی برنامه ریزی شده به قسمت بالا و 4 طرف حجم 50cm3 دسترسی نامحدود داشته باشد ، اما در صورت بروز مشکل برنامه ریزی نشده در مورد "پروژه" ، مسائل غیرقابل برنامه ریزی را حذف نمی کند.

بعد ، پارامترهای مسابقه را جمع آوری کردم

داده های پروژه

آب: 100 میلی لیتر/گیاه/روز (پیشنهاد می شود)

روشنایی: 300-400؟ mol/M2/s در محدوده PAR 400-700nm (پیشنهاد شده)

چرخه نور: 12/12

نوع نور: LED (پیشنهاد شده)

گردش هوا: برای 2.35cf/0.0665m3 (منطقه رشد طراحی من)

دما در ISS: 65 تا 80˚F / 18.3 تا 26.7 درجه سانتی گراد (برای مرجع)

نوع گیاه: کاهو قرمز فوق العاده "فوق العاده"

اندازه گیاه بالغ: 15 سانتی متر ارتفاع و 15 سانتی متر قطر

سیستم رشد: (انتخاب طراح)

تدارکات

ما به لوازم نیاز داریم

(این قطعات برای اثبات مفهوم مورد استفاده قرار می گیرند ، احتمالاً سفرهای فضایی تأیید نشده اند)

1 - 0.187 "48" x96 "ABS سفید

3 - کنترل کننده های میکرو

1 - صفحه نمایش LCD 1602

1 - سپر دیتا لاگر برای نانو

3 - مقاومت های عکس

4 - سنسورهای AM2302

1 - سنسور دما DS18B20

1 - سنسور EC ،

سطح مایع نوری 1 - 15 میلی آمپر 5 ولت

1 - DS3231 برای Pi (RTC)

… و لوازم بیشتر

1 - پمپ دوز پریستالتیک

پمپ آب 1 - 12 ولت

1 - وزوزهای پیزو

3 - مقاومت 220 اهم

1 - سوئیچ DPST

1-265-275 نانومتر ضدعفونی کننده UVC

کلاه بهداشتی 24 - 1 اینچ

1 - مرحله هم زدن مغناطیسی مایع/هوا

1 - سر کنترل قطره ، 8 خط

1 - لوله آبیاری قطره ای

1 - ظرف آب جایگزین

1 - لوله PVC ID

70 - پیچ برای اتصال LED ها

18 AWG و 22 AWG Wire

1 - لوله را جمع کنید

1 - آلومینیوم برای هیت سینک LED

5 تا 6 میلی متر کلید لمسی بلند

4 - 1 اهم ، مقاومت 1 وات

1 - دانه Pkg کاهو "فوق العاده"

…و بیشتر

1 - برد تقویت 400W

32-3W LED سفید ، (6000-6500k)

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

فن های رایانه 8 - 40 میلی متری

رله های جدا شده 11 - 5V Opto

10 - دیود فلای بک 1N4007

24 - شاخه های پشم سنگ

1 - مواد مغذی هیدروپونیک

1 - محتویات مغذی

1 - ورق مولار

… و ابزار

حلال برای چسباندن

اره

اره های سوراخ

آهن لحیم کاری

لحیم کاری

مته

مته

پیچ گوشتی ها

کامپیوتر

کابل یو اس بی

نرم افزار Arduino IDE

مرحله 1: مقایسه سیستم فعلی "VEGGIE"

سیستم "VEGGIE" در ISS می تواند 6 سر کاهو را در 28 روز (4 هفته) پرورش دهد. اگر "VEGGIE" به مدت 6 ماه اجرا شود (متوسط زمان حضور یک فضانورد در ISS) ، 36 سر کاهو با 6 سر دیگر دو هفته ای رشد می کرد. برای خدمه 3 نفر ، این سبزی تازه دو بار در ماه است.

پروژه GARTH 6 سر کاهو را در 28 روز (4 هفته) پرورش می دهد. اما.. اگر 6 ماه دوام بیاورد ، 138 سر کاهو ، با 18 سر دیگر در مراحل مختلف رشد ، رشد می کرد. برای خدمه 3 نفره ، سبزیجات تازه 7 ½ بار در ماه یا تقریبا دو بار در هفته است.

اگر توجه شما را به خود جلب کرد … اجازه دهید نگاهی دقیق تر به طرح بیندازیم

مرحله 2: پروژه GARTH

فناوری منابع اتوماسیون رشد برای باغبانی

(عکسهای پروژه GARTH از یک طرح کلی در مقیاس کامل ساخته شده از تخته هسته فوم Dollar Store است)

پروژه GARTH بهره وری را با استفاده از 4 منطقه رشد بهینه جداگانه به حداکثر می رساند. همچنین شامل سیستم های کنترل خودکار برای روشنایی ، کیفیت هوا ، کیفیت آب و جایگزینی آب است.

32 ، چراغهای LED سفید 6000K الزامات پیشنهادی PAR را ارائه می دهند. یک سیستم گردش هوای دو فن و یک سیستم تهویه چهار فن برای حفظ محیط داخلی گنجانده شده است و یک سیستم هیدروپونیک خودکار Nutrient Thin Film (NTF) خودکار برای تغذیه و نظارت بر گیاهان انتخاب شده است. آب جایگزین تبخیر در مخزنی جداگانه در قسمت بالای ذخیره سازی در نزدیکی مخزن مواد مغذی مایع به طور مداوم هم زده می شود که برای حفظ سطح مواد مغذی در سیستم هیدروپونیک بدون کمک فضانورد مورد نیاز است. تمام نیرو از قسمت ذخیره سازی بالایی وارد ، کار و توزیع می شود.

مرحله 3: ویژگی های طراحی

چهار منطقه رشد

مرحله 1 (جوانه زنی) ، برای بذرهای 0-1 هفته ای ، تقریباً 750 سی سی فضای رشد

مرحله دوم ، برای گیاهان 1-2 هفته ای ، تقریبا 3 ، 600 سی سی فضای رشد

مرحله سوم ، برای گیاهان 2-3 هفته ای ، تقریباً 11000 سی سی فضای رشد

مرحله چهارم ، برای گیاهان 3-4 هفته ای ، تقریباً 45000 سی سی فضای رشد

(مناطق مرحله 1 و 2 برای سهولت در کاشت ، سرویس و نظافت روی یک سینی قابل جابجایی ترکیب شده اند)

مرحله 4: سیستم روشنایی

نورپردازی بدون دسترسی به متر PAR سخت بود ، خوشبختانه مسابقه آقای Dewitt در Fairchild Tropical Garden Botanic بود تا با سوالات به سراغ آن بروید. او مرا به نمودارهایی راهنمایی کرد که بسیار مفید بودند و این نمودارها نیز مرا به led.linear1 هدایت کرد. با نمودارها و وب سایت ، توانستم نیازهای روشنایی و مدار خود را محاسبه کنم.

در طراحی من از 26.4 ولت ولتاژ منبع برای اجرای 4 آرایه از LED های 8 و 3 واتی به صورت سری با مقاومتهای 1 اهم و 1 وات استفاده شده است. من از منبع تغذیه 24 ولت و مبدل تقویت کننده برای افزایش جریان ثابت به 26.4 ولت استفاده خواهم کرد. (در ISS ، در طراحی من از ولتاژ 27 ولت موجود و مبدل Buck برای کاهش ولتاژ و تأمین جریان ثابت 26.4 ولت استفاده می شود)

این لیست قطعات سیستم روشنایی است.

32 ، سفید 6000-6500k ، 600mA ، DC 3V-3.4V ، LED های 3W

مقاومتهای 4 ، 1 اهم - 1 وات

مبدل تقویت کننده 1 ، 12A 400W Boost

فن 1 ، 40 میلی متری

1 ، ترمیستور

1 ، DS3231 برای Pi (RTC) یا ثبت کننده داده

سیم 18 AWG

… و اینگونه است که من قصد دارم از سی و دو LED 3W استفاده کنم.

یک LED در مرحله 1 ، چهار در مرحله 2 و نه در مرحله 3. هجده LED آخر مرحله 4 را روشن کرده و مجموع عظیمی از نور 96 وات را در تقریبا 2.4 آمپر به ما می رساند.

مرحله 5: سیستم گردش هوا و تهویه

(لطفاً به یاد داشته باشید که لوله کشی و سیم کشی برق کامل نشده است. اینها عکس هایی از ماکت سیستم پیشنهادی هستند)

گردش با دو فن 40 میلی متری حاصل می شود. یک فن فشار که از کانال در قسمت بالا و سمت چپ عقب وارد مرحله 4 می شود. هوا از طریق مرحله 4 و جلوی مرحله سوم ، سپس از طریق مرحله 3 و از عقب (در بالا و اطراف مرحله 1 ، از طریق مجرای کوتاه) به عقب مرحله دوم جریان می یابد. یک فن کشنده در مجرای بالای مرحله دوم ، هوا را از طریق مرحله دوم بیرون می کشد و از گوشه سمت راست بالا جلو بیرون می آید. تکمیل سفر از طریق سیستم گردش هوا.

مرحله تهویه مرحله 4 مستقیماً از بالای دیوار عقب خارج می شود. مرحله سوم از طریق دیوار پشتی فوقانی خود نیز خارج می شود. مرحله دوم مستقیماً از قسمت بالایی خارج می شود و مرحله جوانه زنی (مرحله 1) مانند مراحل 3 و 4 از دیوار عقب خارج می شود.

مرحله 6: سیستم هیدروپونیک NFT

(کاوشگر EC ، دماسنج ، سنسور سطح مایع ، شیلنگ های جایگزین تبخیر از مخزن آب شیرین و شیلنگ هایی که پمپ مخزن را به کانال ها وصل می کند ، همه در مخزن واقع شده اند ، اما در این عکس نشان داده نشده است)

این سیستم شامل یک مخزن 9 ، 000+میلی لیتر/سی سی ، یک مخزن آب شیرین 7 ، 000+میلی لیتر // سی سی برای جایگزینی تبخیر ، یک پمپ آب 12 ولت 800 لیتر در ساعت ، یک ضدعفونی کننده UV-C برای از بین بردن جلبک در آب ورودی به آب است. منیفولد جریان 8 پورت قابل تنظیم ، یک برج هوادهی با فن جریان مخالف برای هوادهی آب جاری از مرحله 2 و مرحله هم زدن آب خروجی ، سنسور سطح مایع ، سنسور EC ، سنسور دمای آب ، پمپ پریستالتیک از مخزن مواد مغذی ، یک مرحله هم زدن که مواد مغذی را در محلول در مخزن و پنج گودال یا کانال رشد نگه می دارد. پنج کانال رشد ، مرحله هم زدن ، برج هوادهی آب را از منیفولد جریان قابل تنظیم 8 پورت دریافت می کند. هنگامی که سیستم هیدروپونیک نیاز به سرویس دارد ، یک سوئیچ قطع دو قطبی (DPST) واقع در پنل جلویی ، برق را قطع می کند. به پمپ آب ، ضدعفونی کننده UV-C و دوزر مواد مغذی پمپ پریستالتیک بروید. این به "کاربر" اجازه می دهد با خیال راحت بر روی سیستم هیدروپونیک کار کند بدون این که خود یا محصول را به خطر بیندازد.

مرحله 7: سیستم تحویل مواد مغذی خودکار

من از "Self Optimizing Automated Arduino Nutrient Doser" که توسط مایکل رتکلیف توسعه یافته است برای این پروژه استفاده می کنم. من طرح او را با سیستم و سخت افزارم تطبیق داده ام و از "Three Dollar EC - PPM Meter" مایکل به عنوان سنسور EC خود استفاده می کنم.

اطلاعات یا دستورالعمل هردوی این پروژه ها را می توانید در: element14 ، hackaday یا michaelratcliffe پیدا کنید

مرحله 8: الکترونیک سیستم های اتوماسیون

سیستم روشنایی از میکرو کنترلر آردوینو ، یک DS3231 برای Pi (RTC) ، یک ماژول رله 4 ، چهار مقاومت 1 اهم-1 وات ، سی و دو LED سفید 3W ، یک مبدل تقویت کننده 400 وات ، سه مقاومت عکس ، یک کامپیوتر 40 میلی متری استفاده خواهد کرد. فن و یک ترمیستور میکرو کنترلر از RTC برای تنظیم زمان چراغها در 12 ساعت روشن و 12 ساعت خاموش استفاده می کند. در صورت تشخیص سطح کم نور در هر مرحله ، هنگام روشنایی در سیکل ، سطح نور را در مراحل 2 ، 3 و 4 با مقاومت های عکس کنترل می کند و با هشدار LED/پیزو هشدار می دهد. دمای برد راننده LED توسط یک ترمیستور متصل به فن 40 میلی متری کنترل می شود و در صورت تشخیص گرمای کافی به طور خودکار شروع به خنک شدن می کند.

سیستم تحویل مواد مغذی توسط مایکل رتکلیف توسعه یافته است. این سیستم از آردوینو مگا ، یکی از ایده های کاوشگر مایکل EC ، یک محافظ صفحه نمایش صفحه کلید 1602 LCD ، یک سنسور دمای آب DS18B20 ، یک پمپ دوز 12 ولت پریستالتیک و یک رله ایزوله 5 وات اپتو استفاده می کند. من یک سنسور سطح مایع نوری اضافه کردم. این سیستم EC و دمای آب را زیر نظر گرفته و پمپ پریستالتیک را فعال می کند تا مواد مغذی را در صورت نیاز مصرف کند. اگر دمای آب مخزن فراتر از محدوده تنظیمات کاربر باشد ، اگر داده های سنسور EC بیش از محدوده تنظیم شده کاربر باشد ، میکرو کنترل کننده سطح آب را در مخزن کنترل می کند و با هشدار LED/پیزو هشدار می دهد. دوره زمانی یا اگر سطح آب مخزن از سطح تعیین شده توسط کاربر پایین بیاید.

سیستم گردش هوا شامل یک میکروکنترلر آردوینو ، چهار سنسور AM2302 ، شش فن 40 میلیمتری رایانه (دو فن گردش هوا برای مراحل دوم ، سوم و چهارم و 4 فن تهویه) ، یک دستگاه ضدعفونی کننده UV-C و شش رله جدا شده 5 ولت اپتیکال (برای هواداران). کنترل کننده دما و رطوبت هوا را در هر 4 مرحله کنترل می کند و به طور خودکار سیستم گردش دو فن یا فن های جداگانه جداگانه را در صورت لزوم راه اندازی می کند تا دما و رطوبت را در محدوده تنظیم شده کاربر نگه دارد. کنترل کننده همچنین زمان عقیم سازی UV-C را تنظیم و کنترل می کند و در صورت افزایش دما یا رطوبت از سطح تعیین شده توسط کاربر در هر یک از 4 مرحله ، زنگ هشدار LED/پیزو را حفظ می کند.

مرحله 9: ساخت

محفظه 50 سانتی متر مکعب ، کانال ها ، مخزن جایگزین تبخیر آب شیرین ، برج هوادهی ، مجرای گردش هوای مرکزی ، کشوی مرحله اول و دوم ، مهاربندهای سقف (نشان داده نشده است) و بیشتر سازه های پشتیبانی کننده ، از 0.187 ساخته می شوند. ABS مشکی. پرده های جلو برای مراحل در فیلم Mylar روی ماکت نمایش داده می شود ، اما به احتمال زیاد از اکریلیک یا پلی کربنات با پوشش بازتابنده در نمونه اولیه ساخته شده است. نورپردازی (نشان داده نشده اما متشکل از 4 آرایه از LED های 8 و 3W سری) بر روی ورق آلومینیومی تقریباً 0.125 اینچی با لوله مسی 0.125 اینچی که در بالای آن برای خنک شدن مایع لحیم شده است نصب می شود (که خنک کننده از پشت وارد و خارج می شود) لوله کشی آب NTF به مرحله 1 و 2 (در هیچ یک از عکسها نشان داده نشده است) اما از طریق اتصال سریع در جلوی مرحله دوم متصل می شود.

مبدل تقویت کننده (در عکس قسمت بالای ذخیره سازی نشان داده شده است) ممکن است در زیر سینی جوانه زنی (مرحله 1) جابجا شود تا حرارت بیشتری برای جوانه زنی ایجاد کند. AM2302 ، سنسورهای دما و رطوبت (نشان داده نشده است) ، در هر مرحله (خارج از مسیر گردش هوا به طور منظم برنامه ریزی شده) قرار خواهد گرفت.

ممکن است به نظر برسد که طراحی اصلاً به فضا فکر نمی کند ،

اما اینطور نیست سیستم NTF من که در اینجا توضیح داده شده ، برای فضا بهینه سازی یا اصلاح نشده است ، اما سیستم های هیدروپونیکی NTF مدعیان جدی برای نیازهای منحصر به فرد محصولات فضایی در خرد گرانش هستند و من ایده هایی برای بهینه سازی فضا دارم.

در این مسابقه از ما خواسته شد تا سیستمی را طراحی کنیم که گیاهان بیشتری را در یک فضای مشخص رشد دهد و طراحی را تا آنجا که ممکن است به صورت خودکار انجام دهیم.

طرح های انتخاب شده برای فاز 2 ابتدا باید گیاهان را روی زمین پرورش دهد. من معتقدم که طراحی من تمام الزامات مسابقه را برآورده می کند و در عین احترام به فضای واقعی مورد نیاز برای رشد گیاهان ، گردش هوا ، کنترل خودکار محیطی و یک هفته مواد مصرفی برای گیاهان ، احترام می گذارد. همه در فضای 50 سانتی متر مکعب به ما داده شد.

مرحله دهم: جمع بندی آن

اتوماسیون پروژه GARTH توجه مورد نیاز را به هفته ای یکبار کاهش می دهد.

کاهش هفت برابری در نگهداری ، در مقایسه با سیستم "VEGGIE".

شش کارخانه در پروژه GARTH به صورت هفتگی شروع به کار کردند.

چهار برابر افزایش تولید ، در مقایسه با شش کارخانه ماهانه در سیستم "VEGGIE".

من این تغییرات را مctiveثر ، مبتکرانه و کارآمد می دانم.

امیدوارم تو هم همین کار را بکنی.

نفر دوم در مسابقه سازنده در حال رشد فراتر از زمین