Hack the Hollow's Wolverine Grow Cube for ISS: 5 Steps

2024 ავტორი: John Day | [email protected]. ბოლოს შეცვლილი: 2024-01-30 10:17

ჩვენ ვართ West Hollow საშუალო სკოლა ლონგ აილენდიდან, NY. ჩვენ ვართ დამწყები ინჟინრები, რომლებიც კვირაში ერთხელ ხვდებიან კლუბში, სახელწოდებით Hack the Hollow, რომელშიც ჩვენ ვაპროექტებთ, ვქმნით კოდს და ვაშენებთ უამრავ შემქმნელ პროექტს. თქვენ შეგიძლიათ ნახოთ ყველა პროექტი, რომელზეც ჩვენ ვმუშაობთ აქ. ჩვენი მთავარი ყურადღება გამახვილდა საკვებისა და გარემოს რობოტიკის მომავლის შესწავლაზე. ჩვენ შევიკრიბეთ და შევინარჩუნეთ ავტომატური ვერტიკალური ჰიდროპონიკის მეურნეობა ჩვენი სამეცნიერო ლაბორატორიის უკანა ნაწილში ჩვენს მასწავლებელ ბატონ რეგინთან ერთად. ჩვენ ასევე მონაწილეობდით GBE პროგრამაში ბოლო ორი წლის განმავლობაში. ჩვენ ვიცით, რომ ეს გამოწვევა ითხოვდა საშუალო სკოლის მოსწავლეებს, მაგრამ ჩვენ ძალიან აღელვებულნი ვიყავით, რომ კიდევ ორი წელი დაველოდეთ, რათა გაგვეცნო თქვენი სკოლის თილისმის სახელობის ვულვერინი. ეს არის ის, რასაც ჩვენ ვაკეთებთ!

ამ პროექტში თქვენ ნახავთ ბევრ ნივთს, რომლის გამოყენებაც ჩვენ გვიყვარს, მათ შორის არდუინოს, ჟოლოს პი და მათთან ერთად ყველა ელექტრონულ სიკეთეს. ჩვენ ასევე სიამოვნებით ვიყენებ Fusion 360 -ს, როგორც TinkerCad– დან ნაბიჯების გადადგმას კუბის შესაქმნელად. ეს პროექტი იყო შესანიშნავი შესაძლებლობა კბილები მოგვეკვეთა ახალ მწარმოებელ პლატფორმებზე. ჩვენ დაყოფილნი ვართ დიზაინის გუნდებში, რომელთაგან თითოეული უნდა გაამახვილოს ყურადღება კუბიკის ერთ ასპექტზე. ჩვენ გავანადგურეთ იგი ჩარჩოში, სახურავსა და ძირიში, განათება, გავზარდეთ კედლები, წყალი, ვენტილატორები და გარემოს სენსორები. ჩვენ მივაწოდეთ ბმულები ჩვენს მარაგთა ჩამონათვალში ყველა იმ მასალას, რომელსაც ჩვენ ვიყენებთ, თუ დაგჭირდებათ დახმარება იმ ნაწილების ვიზუალიზაციაში, რომლებიც განხილულია შემდგომ ნაბიჯებში. ვიმედოვნებთ, რომ ისიამოვნებთ!

მარაგები

ჩარჩო:

• 1 "80/20 ალუმინის ექსტრუზია
• ჩაის თხილი
• დამხმარე ფრჩხილები
• დამოკიდებული
• T- არხის თავსებადი პლანერის სახსრები
• T- არხის თავსებადი მილის და მავთულის გიდები
• მაგნიტები კარების დახურვისთვის
• 3 x მაგნიტური ლერწმის გადამრთველი

იზრდება კედლები:

• Farm Tech დაბალი პროფილის NFT არხები
• NFT არხის ყდა
• გოფრირებული პლასტმასის ფურცლები
• მაგნიტები მოსახსნელი არხების შესანარჩუნებლად

სახურავი:

• გოფრირებული პლასტმასის ფურცელი
• 3D დაბეჭდილი LED განათების განათება (Fusion 360)
• პლასტიკური ჩამორჩენილობა და ტექნიკა ელექტრონიკისთვის

განათება:

• მიმართვადი ნეოპიქსელის ზოლები ადაფრუტიდან (60LED/მ)
• ნეოპიქსელის კონექტორები
• ნეოპიქსელის კლიპები
• 330uF, 35V გამყოფი კონდენსატორი
• 1K ohm რეზისტორი
• ვერცხლისფერი HVAC ალუმინის კილიტა ფირზე
• მამლის გადამყვანი

წყალი: (ჩვენი საყვარელი თვისება):

• 2 x Nema 17 სტეპერიანი ძრავა
• ადაფრუტის სტეპერ ფარი არდუინოსთვის
• 3D დაბეჭდილი ხაზოვანი გამაქტიურებელი შპრიცის ტუმბო (Fusion 360)
• 2 x 100-300 მლ შპრიცი
• მილები ლუერის საკეტის კავშირებით და ჩაის/იდაყვის სახსრებით
• 2 x 300 მმ x 8 მმ T8 ტყვიის ხრახნები და თხილი
• 2 x გაფრინდა წყვილი
• 2 x ბალიშის საყრდენი ბლოკი
• 4 x 300 მმ x 8 მმ ხაზოვანი მოძრაობის როდ ლილვის გიდები
• 4 x 8 მმ LM8UU წრფივი საკისრები
• 4 x DF Robot capacitive წინააღმდეგობის ტენიანობის სენსორები ნიადაგის მონიტორინგისა და შპრიცის ტუმბოების გასაკონტროლებლად

ჰაერის მიმოქცევა:

• 2 x 5 "12V ვენტილატორი
• 5 "ვენტილატორის ფილტრის საფარი
• 2 x TIP120 დარლინგტონის ტრანზისტორი და გამათბობელი
• 12V კვების ბლოკი
• პანელზე დამონტაჟებული ლულის ჯეკის შეერთების ადაპტერი
• 2 x 1K ohm რეზისტორები
• 2 x flyode დიოდები
• 2 x 330uF, 35V ელექტროლიტური დაშლის კონდენსატორები
• DHT22 ტემპერატურის და ტენიანობის სენსორი w/ 4.7K ohm resistor

ელექტრონიკა:

• ჟოლო Pi 3B+ w/ Motor HAT
• 8 GB SD ბარათი
• არდუინო მეგა
• ადაფრუტის პერმა-პროტო პურის დაფა
• 2 x 20x4 i2C LCD
• 22AWG ხრახნიანი კავშირის მავთულები
• Dupont კონექტორის ნაკრები
• Adafruit SGP30 ჰაერის ხარისხის სენსორი w/ eCO2

ინსტრუმენტები:

• გასაყიდი რკინა
• შედუღების ნაკრები
• დამხმარე ხელები
• მავთულხლართების დასაკეცი და გასახსნელი ინსტრუმენტები
• ხრახნები
• ყავა (ბატონი რეგინისთვის)

ნაბიჯი 1: ნაბიჯი 1: ჩარჩოს მშენებლობა

ჩარჩო აშენდება მსუბუქი წონის 1 80/20 ტ არხის ალუმინის ექსტრუზიის გამოყენებით. იგი ჩატარდება ალუმინის იდაყვის სახსრებთან და კაკალთან ერთად. წონის შემცირების გარდა, არხები იმოქმედებენ როგორც გზები ჩვენი წყლისთვის ხაზები და გაყვანილობა.

კუბი დაისვენებს რელსების ნაკრებზე, რომელიც აღჭურვილია მოცურების სახსრებით, რაც საშუალებას მისცემს კუბს ამოიღონ კედლიდან, რათა გამოაჩინოს არა მხოლოდ მისი წინა სახე, არამედ მისი ორივე მხარე. ამის შთაგონება ჩვენმა ერთ -ერთმა სტუდენტმა იფიქრა იმაზე, თუ როგორ ფიქრობდა სანელებლების თაროზე მისი სამზარეულო კაბინეტები სახლში.

მარტივი რგოლების გამოყენებით, წინა და გვერდებს ექნება კარები, რომელთა გახსნაც შესაძლებელია, როდესაც კუბი ამოიყვანს მის რელსებზე. ისინი მაგნიტებით ინახება დახურვისას. ამ კუბის 6 პანელი მოსახსნელია, რადგან ყველა სახე მაგნიტებითაც არის გამართული. ამ დიზაინის არჩევანის მიზანი იყო ყველა ზედაპირზე მარტივი წვდომის უზრუნველყოფა სათესლე, მცენარეული მოვლის, მონაცემთა შეგროვების, მოსავლის აღებისა და გაწმენდის/შეკეთებისათვის.

თქვენ შეგიძლიათ ნახოთ ჩვენი დიზაინი პანელების შემდგომ ეტაპზე.

ნაბიჯი 2: ნაბიჯი 2: ზრდის კედლების მშენებლობა

პირველი ელემენტი, რომელზეც ჩვენ ვიფიქრეთ, იყო მასალები, რომლებიც უნდა გამოვიყენოთ თავად კედლებისთვის. ჩვენ ვიცოდით, რომ მათ სჭირდებოდათ მსუბუქი წონა, მაგრამ საკმარისად ძლიერი მცენარეების შესანარჩუნებლად. თეთრი გოფრირებული პლასტმასი შეირჩა გამჭვირვალე აკრილის ნაცვლად, მიუხედავად იმისა, რომ ჩვენ გვიყვარს V. E. G. G. I. E- ს სურათები, სადაც ჩვენ ვხედავთ მცენარეებს შიგნით. ამ გადაწყვეტილების მიზეზი იყო ის, რომ ხედვის უმეტესობას ხელს შეუშლიდნენ მცენარეული არხები და ჩვენ გვსურდა, რაც შეიძლება მეტი შუქის ასახვა ჩვენი LED- ებიდან. ეს ლოგიკა წარმოიშვა იმ განყოფილების შემოწმების შედეგად, რომელიც გამოგვიგზავნეს GBE მონაწილეობის ფარგლებში. როგორც წინა საფეხურზეა ნათქვამი, ეს ფირფიტები მაგნიტებით არის მოთავსებული ალუმინის ჩარჩოზე, რათა ადვილად ამოიღონ.

ამ ფირფიტებს ერთვის დაბალი პროფილის NFT მზარდი რელსების სამი არხი, რომელსაც ჩვენ ვიყენებთ ჩვენს ჰიდროპონიკის ლაბორატორიაში. ჩვენ მოგვწონს ეს არჩევანი, რადგან ისინი აგებულია თხელი PVC– ით, გადასაფარებლებით, რომლებიც ადვილად იშლება მზარდი ბალიშების ჩასადებად. ყველა მზარდი მედია განთავსდება სპეციალურად შემუშავებულ ბალიშებში, რომლებიც ვნახეთ, რომ უკვე გამოიყენება ISS– ში ამ სტატიის წაკითხვისას. რელსებს შორის ყველა დაფარული დაფარული იქნება მოოქროვილი HVAC საიზოლაციო ლენტით, რათა ხელი შეუწყოს ზრდის შუქების ამრეკლავს.

ჩვენი ღიობები არის 1 3/4 და დაშორებულია ერთმანეთისგან 6 ინჩით ცენტრში. ეს საშუალებას იძლევა 9 კვანძის თითოეულ ოთხ პანელზე 9 დარგვის ადგილი გამოიღოს სულ 36 მცენარე. ჩვენ შევეცადეთ, რომ ეს მანძილი ყოფილიყო წითელი ფერის მქონე. არაჩვეულებრივი სალათის ფურცლები. არხები დაფარულია სლოტებით, რომ მიიღონ ჩვენი ტენიანობის სენსორები, რომლებიც მონიტორინგს გაუწევენ ნიადაგის ტენიანობას და მოიხმარენ წყალს შპრიცის ტუმბოებიდან. ჰიდრატაცია განაწილდება თითოეულ მცენარეთა ბალიშზე სამედიცინო მილების სარწყავი მანიფოლტით ამ ტუმბოებზე. ეს შპრიცი მორწყვის მეთოდი არის ის, რაც ჩვენ შევისწავლეთ როგორც საუკეთესო პრაქტიკა როგორც ზუსტი მორწყვისთვის, ასევე ნულოვანი/მიკრო გრავიტაციული გარემოს გამოწვევების დასაძლევად. მილები შევა მცენარის ბალიშის ძირში, რათა ხელი შეუწყოს ფესვების ზრდას გარედან კუბი. ჩვენ დავეყრდნობით კაპილარულობას, რათა დავეხმაროთ წყალს დიფუზიურად მზარდ გარემოში.

დაბოლოს, ჩვენ გვინდოდა გვეპოვა ბაზის ფირფიტის გამოყენების საშუალება. ჩვენ შევქმენით პატარა ტუჩი ქვედა სახეზე, რომელიც მიიღებს ზრდის ხალიჩას მიკრო მწვანეთა გასაზრდელად. ცნობილია, რომ მიკრო მწვანილს აქვს თითქმის 40 -ჯერ მეტი სასიცოცხლო მნიშვნელობა, ვიდრე მათ მოწიფულ კოლეგებს. ეს შეიძლება იყოს ძალიან მომგებიანი ასტრონავტების დიეტისთვის. ეს არის ერთი სტატია ჩვენმა სტუდენტებმა მიკრო მწვანილის კვების ღირებულების შესახებ.

ნაბიჯი 3: ნაბიჯი 3: მცენარეების მორწყვა

ჩვენ მივუთითეთ ჩვენი ხაზოვანი გამაქტიურებელი შპრიცის ტუმბოები წინა საფეხურზე. ეს არის ამ ნაგებობის ჩვენი საყვარელი ნაწილი. NEMA 17 სტეპერიანი ძრავა აპირებს მართოს წრფივი ამძრავები, რომლებიც დაამსხვრევს ორი 100cc-300cc შპრიცის დგუშს ზრდის კუბის სახურავზე. ჩვენ შევქმენით საავტომობილო კორპუსები, დგუშის მძღოლი და გიდის სარკინიგზო დანადგარი Fusion 360 – ის გამოყენებით Hackaday– ზე რამდენიმე შესანიშნავი ღია კოდის შემოწმების შემდეგ. ჩვენ მივყევით ამ გაკვეთილს ადაფრუტის საოცარ ვებსაიტზე, რომ ვისწავლოთ თუ როგორ უნდა მართოს ძრავები.

ჩვენ გვინდოდა გვეპოვა გზა ასტრონავტების გასათავისუფლებლად მორწყვის ამოცანისაგან. სტეპერები გააქტიურებულია, როდესაც სისტემის შიგნით არსებული მცენარეები ითხოვენ საკუთარ წყალს. 4 ტევადობის ტენიანობის სენსორი ჩართულია მცენარეთა ბალიშებში, სხვადასხვა ადგილას, მთელი ზრდის კუბიკზე. სისტემის ყველა დარგვის ადგილს აქვს სლოტი, რომ მიიღოს ეს სენსორები დაფქული მათ ზრდის არხებში. ეს იძლევა ასტრონავტების მიერ ამ სენსორების განთავსების არჩევისა და პერიოდული შეცვლის საშუალებას. გარდა იმისა, რომ მაქსიმალურად გაზრდის ეფექტურობას, რომლითაც წყალი ნაწილდება სისტემაში, ის საშუალებას მისცემს ვიზუალიზაციას, თუ როგორ მოიხმარს თითოეული მცენარე თავის წყალს. ტენიანობის ზღურბლები შეიძლება დაადგინონ ასტრონავტებმა ისე, რომ მორწყვა ავტომატიზირდეს მათი საჭიროებების შესაბამისად. შპრიცები მიმაგრებულია მთავარ მორწყვაზე ლუერის საკეტის კავშირებით ადვილი შევსების მიზნით. ზრდის პანელები თავად იყენებენ სარწყავი მანიფოლტის მსგავსი კავშირის პროტოკოლს, რათა ადვილად ამოიღონ კუბიდან.

სენსორების მიერ შეგროვებული მონაცემები შეიძლება წაიკითხოთ ადგილობრივად 20x4 LCD ეკრანზე, რომელიც მიმაგრებულია სახურავზე ან დისტანციურად, სადაც ის გროვდება, გამოჩნდება და გამოსახულია სისტემის ინტეგრაციით Cayenne ან Adafruit IO IoT პლატფორმებთან. Arduino აგზავნის თავის მონაცემებს ბორტზე Raspberry Pi USB კაბელის გამოყენებით, რომელიც შემდგომ ინტერნეტისკენ მიემართება Pi- ს WiFi ბარათის გამოყენებით. ამ პლატფორმებზე შეიძლება შეიქმნას გაფრთხილება ასტრონავტების შეტყობინების შესახებ, როდესაც ჩვენი სისტემის ნებისმიერი ცვლადი გამოდის მათი წინასწარ განსაზღვრული ბარიერის მნიშვნელობებიდან.

ნაბიჯი 4: ნაბიჯი 4: ჭკვიანი სახურავი განათებით და გულშემატკივართა კონტროლით

ჩვენი ზრდის კუბის სახურავი მოქმედებს როგორც მთელი ოპერაციის ტვინი და ასევე უზრუნველყოფს კრიტიკულ მზარდ ელემენტებს. სახურავის ქვედა მხრიდან ქვემოთ არის გაფართოებული 3D დაბეჭდილი LED კორპუსი, რომელიც უზრუნველყოფს სინათლეს თითოეული კედლის ფირფიტისთვის, ასევე ზედა განათებას მიკრო მწვანეთა ქვედა ნაწილზე. ეს კვლავ შემუშავდა Fusion 360– ში და დაბეჭდილია ჩვენს MakerBot– ზე. თითოეულ სინათლის ყურეში ინახება 3 LED ზოლები, რომლებიც დაცულია ჩაზნექილი საყრდენით. ეს საყრდენი მოოქროვილია HVAC საიზოლაციო ლენტით, რათა მაქსიმალურად გაიზარდოს მისი ამრეკლავი. გაყვანილობა მიემართება ცენტრალური ღრუ სვეტის საშუალებით სახურავის თავზე არსებული ენერგიისა და მონაცემების შესასვლელად. ამ საცხოვრებლის ზომა შეირჩა ისეთი ნაკვალევით, რომელიც მის გარშემო მზარდ მცენარეებს საშუალებას მისცემს მიაღწიონ მაქსიმალურ სიმაღლეს 8 ინჩამდე. აღმოჩნდა, რომ ეს რიცხვი არის საშუალო სიმაღლე მწიფე გარეული სალათების, რომლებიც ჩვენ ვიზრდებით ჩვენს ვერტიკალურ ჰიდროპონიკურ ბაღებში ჩვენს ლაბორატორიაში. მათ შეუძლიათ მიაღწიონ 12 ინჩის სიმაღლეს, მაგრამ ჩვენ ვიფიქრეთ, რომ ასტრონავტები ზიანდებოდნენ მათზე, როდესაც ისინი იზრდებოდნენ, რაც ამ გაჭრილ და მომავალ კუბს გახდიდა.

ნეოპიქსელები, რომლებსაც ჩვენ ვიყენებთ, ინდივიდუალურად არის მიმართული, რაც იმას ნიშნავს, რომ ჩვენ შეგვიძლია გავაკონტროლოთ მათი გამოსხივებული ფერის სპექტრი. ეს შეიძლება გამოყენებულ იქნას სინათლის სპექტრის შესაცვლელად, რომელსაც მცენარეები იღებენ მათი ზრდის სხვადასხვა სტადიაზე ან სახეობებიდან სახეობებამდე. ფარები გულისხმობდა საჭიროების შემთხვევაში თითოეულ კედელზე განსხვავებული განათების პირობების შექმნას. ჩვენ გვესმის, რომ ეს არ არის სრულყოფილი კონფიგურაცია და რომ განათება, რომელსაც ჩვენ ვიყენებთ, ტექნიკურად არ იზრდება, მაგრამ ჩვენ ვგრძნობდით, რომ ეს იყო კონცეფციის კარგი მტკიცებულება.

სახურავის თავზე არის ორი 5 ინჩიანი 12V გამაგრილებელი გულშემატკივარი, რომლებიც ჩვეულებრივ გამოიყენება კომპიუტერის კოშკების ტემპერატურის გასაკონტროლებლად. ჩვენ შევქმენით ის ისე, რომ ერთი უბიძგებს ჰაერს სისტემაში, ხოლო მეორე მოქმედებს როგორც ჰაერის მოპოვება. ისინი ორივე დაფარულია წვრილი ბადისებრი ეკრანით, რათა უზრუნველყოს, რომ ნამსხვრევები არ ამოიყვანოს და ასტრონავტთა სასუნთქ გარემოში. გულშემატკივრები გამორთულია, როდესაც კარებზე დამაგრებული ნებისმიერი მაგნიტური ლერწმის გადამრთველი ღიაა ჰაერის უნებლიე დაბინძურების თავიდან ასაცილებლად. გულშემატკივართა სიჩქარე კონტროლდება PWM საშუალებით Motor HAT Raspberry pi– ზე. გულშემატკივრების პირობითად დაჩქარება ან შენელება შესაძლებელია ტემპერატურის ან ტენიანობის მნიშვნელობების საფუძველზე, რომელიც Pi იკვებება კუბში ჩადგმული DHT22 სენსორით. ეს მაჩვენებლები შეიძლება კვლავ ადგილობრივად იხილოთ LCD– ზე ან დისტანციურად იმავე IoT დაფაზე, როგორც ტენიანობის სენსორები.

ფოტოსინთეზზე ფიქრისას, ჩვენ ასევე გვსურს გავითვალისწინოთ ზრდის კუბში CO2 დონე და ჰაერის საერთო ხარისხი. ამ მიზნით, ჩვენ შევიტანეთ SGP30 სენსორი, რომელიც მონიტორინგს უწევს eCO2- ს და ასევე VOC– ებს. ისინი ასევე იგზავნება LCD– ებზე და IoT დაფაზე ვიზუალიზაციისთვის.

თქვენ ასევე ნახავთ, რომ ჩვენი წყვილი შპრიცის ტუმბო დამონტაჟებულია სახურავის გვერდით. მათი მილები მიმართულია ალუმინის ექსტრუზიის საყრდენი ჩარჩოს ვერტიკალურ არხებზე.

ნაბიჯი 5: ფიქრების დახურვა და მომავალი გამეორება

ჩვენ შევქმენით Wolverine იმ ცოდნის გამოყენებით, რაც ჩვენ მივიღეთ ჩვენი დროის ერთად საკვების მოყვანისას. ჩვენ რამოდენიმე წელია ვაწარმოებთ ჩვენი ბაღების ავტომატიზაციას და ეს იყო საინტერესო შესაძლებლობა გამოგვეყენებინა ეს უნიკალური საინჟინრო ამოცანისთვის. ჩვენ გვესმის, რომ ჩვენს დიზაინს აქვს თავმდაბალი დასაწყისი, მაგრამ ჩვენ მოუთმენლად ველით მის ზრდას.

მშენებლობის ერთი ასპექტი, რომლის დასრულებაც ვადამდე ვერ შევძელით, იყო სურათის გადაღება. ჩვენი ერთ -ერთი სტუდენტი ატარებს ექსპერიმენტებს Raspberry Pi კამერით და OpenCV– ით, რათა დადგინდეს, შეგვიძლია თუ არა ავტომატური სწავლების გზით მცენარეთა ჯანმრთელობის გამოვლენის ავტომატიზირება. ჩვენ სულ მცირე გვსურდა გვექნა საშუალება გვენახა მცენარეების დანახვა კარების გაღების გარეშე. გეგმაში შედიოდა გადახრის მექანიზმი, რომელსაც შეეძლო მოტრიალებულიყო ზედა პანელის ქვედა ნაწილში, თითოეული კედლის გამოსახულების გადასაღებად და შემდეგ დაბეჭდვა ისინი Adafruit IO დაფაზე ვიზუალიზაციისათვის. ამან შეიძლება ასევე გაზარდოს მზარდი კულტურების მართლაც მაგარი ვადა. ჩვენ ვთვლით, რომ ეს მხოლოდ საინჟინრო დიზაინის პროცესის ნაწილია. ყოველთვის იქნება გასაკეთებელი და გასაუმჯობესებელი. დიდი მადლობა მონაწილეობის შესაძლებლობისთვის!