მიკროგრავიტაციული ქარხნის მწარმოებელი "დისკო ბურთი": 13 ნაბიჯი

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

გამარჯობა მკითხველებო, ეს პროექტი არის პროფესიონალური წარდგენა Growing Beyond Earth Maker კონკურსზე.

ეს პროექტი არის მტკიცებულება კონცეფციის პოტენციური გამწვანების დიზაინისთვის, რომელიც შეიძლება გამოყენებულ იქნას მიკროგრავიტაციის გეგმის გასაზრდელად.

კონკურსის წესების საფუძველზე ჩამოვთვალე სისტემის მოთხოვნები,

1. სისტემა უნდა მოთავსდეს 50 სმ^3 ფართობზე.
2. სისტემამ უნდა ისარგებლოს მიკრო გრავიტაციით.
3. სისტემა შეიძლება ორიენტირებული იყოს ნებისმიერ პოზიციაზე
4. სისტემა შეიძლება იყოს ენერგიის წყარო გარედან ISS შიდა დენის რელსებიდან.
5. სისტემამ უნდა მოახდინოს მზარდი პროცესის დიდი ნაწილის ავტომატიზაცია ასტრონავტების მინიმალური ურთიერთქმედებით.

ზემოაღნიშნული ვარაუდით დავიწყე სისტემის დიზაინი.

ნაბიჯი 1: პროექტის წინადადება

დასაწყისისთვის მე შევადგინე უხეში მონახაზი, როგორ ვფიქრობდი, რომ შეიძლება გამოიყურებოდეს სისტემა, თავდაპირველი იდეა მე მქონდა ორბი, რომელიც შეჩერებულია მზარდი გარემოს ცენტრში, განათება დამონტაჟებულია მიმდებარე ჩარჩოზე.

ამ ყუთის ბაზაზე განთავსდება წყალი და ელექტრონიკა.

ამ ეტაპზე დავიწყე ასეთი სისტემის პოტენციური კომპონენტების დალაგება,

1. ჩარჩო - საჭირო იქნება ჩარჩოს შესაფერისი მასალის შერჩევა
2. განათება - რა ტიპის განათება იქნება საუკეთესო? LED ზოლები?
3. სენსორები - სისტემის ავტომატიზირებისთვის მას უნდა შეეძლოს ტენიანობის შეგრძნება, როგორიცაა ტენიანობა და ტემპერატურა.
4. კონტროლი - მომხმარებელს დასჭირდება MCU– სთან ურთიერთობის გზა

ამ პროექტის მიზანია წარმოადგინოს კონცეფციის მტკიცებულება, მიღებული გაკვეთილების საფუძველზე მე შევადგინებ მომავალი მუშაობის და განვითარების ჩამონათვალს, რომელიც საჭიროა ამ იდეის შემდგომი განხორციელებისთვის.

ნაბიჯი 2: კონცეფციის მტკიცებულება - BOM

ამ პროექტის BOM (მასალების ბილეთი) დაახლოებით 130 ფუნტი დაჯდება იმისთვის, რომ შეუკვეთოთ ყველაფერი, რაც დაახლოებით 100 ფუნტი იქნება გამოყენებული ერთი ქარხნის მწარმოებელი ერთეულის შესაქმნელად.

სავარაუდოა, რომ თქვენ გექნებათ ელექტრონიკის კომპონენტების საკმაოდ დიდი ნაწილი, რომელიც მკვეთრად ამცირებს კოდს.

ნაბიჯი 3: ელექტრონიკა - დიზაინი

მე გამოვიყენე Fritzing ამ პროექტისათვის საჭირო ელექტრონიკის დასაგეგმად, კავშირები უნდა მოხდეს შემდეგნაირად,

LCD 16x2 I2C

1. GND> GND
2. VCC> 5V
3. SDA> A4 (არდუინო)
4. SCL> A5 (არდუინო)

Rotary Encoder (D3 & D2 შეირჩა როგორც Arduino Uno Interupt ქინძისთავები)

1. GND> GND
2. +> 5V
3. SW> D5 (არდუინო)
4. DT> D3 (არდუინო)
5. CLK> D2 (არდუინო)

DS18B20 ტემპერატურის სენსორი

1. GND> GND
2. DQ> D4 (არდუინო, 5V- ით 4k7- ით აწევით)
3. VDD> 5V

ნიადაგის ტენიანობის სენსორი

1. A> A0 (არდუინო)
2. -> GND
3. +> 5V

ორმაგი სარელეო მოდული

1. VCC> 5V
2. INC2> D12 (არდუინო)
3. INC1> D13 (არდუინო)
4. GND> GND

სხვა ბმულებისთვის გთხოვთ გადახედოთ დიაგრამას ზემოთ.

ნაბიჯი 4: ელექტრონიკა - შეკრება

მე შევიკრიბე ელექტრონიკა, როგორც ეს აღწერილია წინა გვერდის დიაგრამაში, მე გამოვიყენე პროტობორდი არდუინო უნოს ფარის გასაკეთებლად, ამისათვის მე გავტეხე დაფა უნო დაახლოებით უზარმაზარი ზომის, შემდეგ დავამატე მამრობითი სათაურის ქინძისთავები, რომლებიც შეესაბამება უნიოს ქალთა თავებს.

თუ კავშირები ემთხვევა წინა დიაგრამას, სისტემა სწორად უნდა მუშაობდეს, ეს შეიძლება იყოს კარგი იდეა, რომ განვსაზღვრო კავშირები ჩემთვის მსგავსი სიმარტივისთვის.

ნაბიჯი 5: პროგრამული უზრუნველყოფა - გეგმა

პროგრამული უზრუნველყოფის ფუნქციონირების ზოგადი იდეა არის ის, რომ სისტემა მუდმივად მოძრაობს სენსორის მნიშვნელობების კითხვის გარშემო. ყოველ ციკლზე მნიშვნელობები გამოჩნდება LCD- ზე.

მომხმარებელი შეძლებს მენიუს წვდომას მბრუნავი გადამრთველის დაჭერით, ამის აღმოჩენისთანავე მენიუს ინტერფეისი გაიხსნება. მომხმარებელს ექნება რამდენიმე გვერდი,

1. წყლის ტუმბოს დაწყება
2. LED მდგომარეობის გადართვა (ჩართვა / გამორთვა)
3. სისტემის რეჟიმის შეცვლა (ავტომატური / მექანიკური)
4. მენიუდან გასვლა

თუ მომხმარებელმა შეარჩია ავტომატური რეჟიმი, სისტემა ამოწმებს არის თუ არა ტენიანობის დონე ზღურბლის ფარგლებში, თუ არა ის ავტომატურად ამოტუმბავს წყალს დაელოდეთ ფიქსირებულ შეფერხებას და გადაამოწმებს.

ეს არის ძირითადი ავტომატიზაციის სისტემა, მაგრამ ის იქნება შემდგომი განვითარება მომავალი განვითარებისათვის.

ნაბიჯი 6: პროგრამული უზრუნველყოფა - განვითარება

საჭირო ბიბლიოთეკები

• დალასის ტემპერატურა
• LiquidCrystal_I2C- სამაგისტრო
• OneWire

პროგრამული შენიშვნები

ეს კოდი არის პირველი კოდის პროექტი, რომელიც იძლევა სისტემის ძირითად ფუნქციურობას, იგი მოიცავს

იხილეთ თანდართული Nasa_Planter_Code_V0p6.ino სისტემის კოდის უახლესი სტრუქტურისთვის, ტემპერატურისა და ტენიანობის მაჩვენებლები ჩვენებაზე.

ავტომატური რეჟიმი და მექანიკური რეჟიმი - მომხმარებელს შეუძლია სისტემის ავტომატური ტუმბოს წყალი ტენიანობის ზღურბლზე

Moisuture Sensor Calibration - AirValue & WaterValue cont int უნდა იყოს ხელით შევსებული, რადგან თითოეული სენსორი ოდნავ განსხვავებული იქნება.

მომხმარებლის ინტერფეისი სისტემის კონტროლისთვის.

ნაბიჯი 7: მექანიკური - დიზაინი (CAD)

ამ სისტემის შესაქმნელად მე გამოვიყენე Fusion 360, საბოლოო ასამბლეის ნახვა/ გადმოწერა შესაძლებელია ქვემოთ მოცემული ბმულიდან

a360.co/2NLnAQT

შეკრება შეესაბამება საკონკურსო ფართს 50 სმ^3 და გამოიყენა PVC მილები ყუთის ჩარჩოს ასაგებად, კუთხის მიერთებისთვის 3D დაბეჭდილი სამაგრით. ამ ჩარჩოს აქვს უფრო 3D დაბეჭდილი ნაწილები, რომლებიც გამოიყენება კედლის და LED განათების დასაყენებლად.

შიგთავსის ცენტრში გვაქვს პლანტატორი "დისკო ორბი", რომელიც არის 4 ნაწილის შეკრება, (ორბის ორ ნახევარს, ორბის 1 ფუძეს, 1 მილს). მას აქვს სპეციფიკური ჭრა, რომელიც საშუალებას აძლევს წყლის ტუმბოს მილსადენს და ტენიანობის სენსორს შეიტანოს ნიადაგის მონაკვეთში.

დიზაინის ბაზაზე შეგიძლიათ ნახოთ მართვის ყუთი, სადაც განთავსებულია ელექტრონიკა და აძლევს ჩარჩოს სიმტკიცეს. ამ განყოფილებაში ჩვენ შეგვიძლია ვნახოთ მომხმარებლის ინტერფეისის ჩვენება და კონტროლი.

ნაბიჯი 8: მექანიკური - 3D ნაბეჭდი ნაწილები

მექანიკური შეკრება მოითხოვს სხვადასხვა 3D ბეჭდვით ნაწილებს, კუთხის ჩარჩო ფრჩხილები, გვერდითი პანელის საყრდენი, კარის საყრდენი, LED საყრდენი და საკონტროლო ყუთის ფრჩხილები, ეს ნაწილები უნდა იყოს დაახლოებით 750 გრ წონა და 44 საათი ბეჭდვის დრო.

ნაწილების ექსპორტი შეიძლება განხორციელდეს წინა გვერდზე მიბმულ 3D ასამბლეიდან, ან შეგიძლიათ ნახოთ აქ რამის სამყაროზე, www.thingiverse.com/thing:4140191

ნაბიჯი 9: მექანიკური - შეკრება

გაითვალისწინეთ, რომ ჩემი შეკრება გამოვტოვე კედლის ნაწილები, ძირითადად დროის და ხარჯების შეზღუდვის გამო, უპირველეს ყოვლისა, ჩვენ უნდა შევამციროთ PVC მილები 440 მმ -იან მონაკვეთებზე, ჩვენ დაგვჭირდება მილის 8 მონაკვეთი. 8 LED საყრდენი დაბეჭდილი და 4 ჩარჩო კუთხის ფრჩხილი.

ახლა ჩვენ უნდა მოვამზადოთ LED ზოლები,

1. მოჭერით ზოლები მაკრატლის ნიშნებზე დაახლოებით 15 სმ სიგრძის, ჩვენ უნდა დავჭრათ LED ზოლის 8 მონაკვეთი
2. გამოავლინეთ + & - ბალიშები ცოტაოდენი რეზინის მოხსნით
3. შეაერთეთ მამრობითი სათაურის კონექტორები (3 ნაწილის მოჭრა და თითოეული ბოლოში ჩასმა ბალიშზე)
4. ამოიღეთ წებოვანი დამცავი თითოეული ზოლის უკანა მხარეს და მიამაგრეთ LED სამონტაჟო 3D პრინტერის ნაწილები.
5. ახლა გააკეთეთ კაბელი, რომ დააკავშიროთ თითოეული ზოლის დადებითი და უარყოფითი მხარეები
6. საბოლოოდ ჩართეთ იგი და შეამოწმეთ რომ ყველა LED მუშაობს

ნაბიჯი 10: პროექტი - პროგრესი ჯერჯერობით

ჯერჯერობით ეს არის იმდენად რამდენადაც მე მივიღე ამ პროექტის შეკრება, მე ვგეგმავ გავაგრძელო ამ სახელმძღვანელოს განახლება პროექტის შემუშავებისას,

რა დარჩა გასაკეთებელი

• საკონტროლო ყუთის სრული შეკრება
• სახლის ელექტრონიკა
• წყლის სატუმბი სისტემის გამოცდა
• გადახედე პროგრესს

ნაბიჯი 11: გაკვეთილები

მიუხედავად იმისა, რომ ჯერჯერობით პროექტი არ დასრულებულა, მე მაინც ვისწავლე რამდენიმე მნიშვნელოვანი რამ ამ პროექტის კვლევის შედეგად.

სითხის დინამიკა მიკრო გრავიტაციაში

ეს არის საოცრად რთული საგანი, რომელიც შემოიტანს უამრავ უხილავ საკითხს გრავიტაციულ სისტემაზე დაფუძნებული სითხის დინამიკის შესახებ. ყველა ჩვენს ბუნებრივ ინსტინქტს იმის შესახებ, თუ როგორ იმოქმედებს სითხეები ფანჯრიდან მიკროგრავიტაციით და NASA– ს მოუწია ხელახლა გამოგონება ბორბალმა, რათა დედამიწაზე დაფუძნებული შედარებით მარტივი სისტემები ფუნქციონირებდეს.

ტენიანობის შეგრძნება

გაეცანით სხვადასხვა მეთოდებს, რომლებიც ჩვეულებრივ გამოიყენება ტენიანობის გამოვლენისათვის (მოცულობითი სენსორები, ტენსიომეტრები და მყარი მდგომარეობა, იხილეთ ეს ბმული, რომ კარგად წაიკითხოთ თემაზე

მცირე შენიშვნები

PVC მილები შესანიშნავია ჩარჩოების სწრაფად ასაშენებლად, მჭირდება უკეთესი ხის ხელსაწყოები!

წინასწარ დაგეგმეთ ჰობის პროექტები, დაანაწილეთ ამოცანები და დაადგინეთ ვადები, როგორც სამსახურში!

ნაბიჯი 12: მომავალი სამუშაო

წაკითხვის შემდეგ, თუ როგორ ვმართავთ სითხის დინამიკას მიკროგრავიტაციაში, მე ძალიან დაინტერესებული ვარ პრობლემის საკუთარი გადაწყვეტის შემუშავებით, მე მინდა ამ უხეში დიზაინის შემდგომი გაგრძელება, ამ სისტემის იდეა არის გამოიყენოს ბალონის ავზი სტეპერიანი ძრავით, რომელსაც შეუძლია კონტეინერის ფართობის შეკუმშვა მილის გარკვეული წნევის შესანარჩუნებლად.

ნაბიჯი 13: დასკვნა

მადლობა კითხვისთვის, ვიმედოვნებ, რომ მოგეწონათ, თუ თქვენ გაქვთ რაიმე შეკითხვა ან გისურვებთ დახმარებას რაიმე ამ პროექტში, მოგერიდებათ კომენტარის გაკეთება!

ჯეკ.