Meer blaarslaai in minder ruimte of Groeiende blaarslaai in die ruimte, (meer of minder) .: 10 stappe

2024 Outeur: John Day | [email protected]. Laas verander: 2024-01-30 07:25

Dit is 'n professionele voorlegging aan die Growing Beyond Earth, Maker Contest, ingedien deur Instructables.

Ek kon nie meer opgewonde wees om vir die produksie van ruimtegewasse te ontwerp en my eerste Instructable te plaas nie.

Om mee te begin, het die wedstryd ons gevra om …

… gee 'n instruksies wat die ontwerp en bou van u plantgroeikamer bevat wat (1) binne 'n 50 cm x 50 cm x 50 cm volume (2) alle funksies bevat wat nodig is om die groei van plante te handhaaf, dit wil sê kunsmatige lig, 'n besproeiingstelsel, en middele om lug te sirkuleer, en (3) die binnekantvolume effektief en vindingryk te gebruik om soveel moontlik plante in te pas en suksesvol te laat groei.”

Nadat ek die vereistes van die wedstryd en algemene vrae gelees het, het ek die volgende aannames in die ontwerpproses gemaak.

Een keer 'n weeklikse beplande interaksie met 'die projek' deur 'n ruimtevaarder sou aanvaarbaar wees en nie die outomatiese kontrole -aspek in die wedstrydkriteria ongeldig maak nie.

Die PSU vir 'die projek' kan buite die 50cm3 gehuisves word, aangesien die ISS die eenheid krag sou voorsien as die eenheid in die ruimte was. Afkoeling vir die LED's binne die "projek" kan van buite die 50 cm3 ontstaan, aangesien die ISS die eenheid kan afkoel as die eenheid in die ruimte was.

'Gebruiker' kan onbeperk toegang tot die boonste en vier kante van die volume van 50 cm3 hê vir die beplande weeklikse onderhoud, maar nie onbeplande probleme uitsluit as daar 'n onbeplande probleem met 'die projek' sou ontstaan nie.

Vervolgens het ek die parameters vir die wedstryd versamel

Projekdata

Water: 100 ml/plant/dag (voorgestel)

Beligting: 300-400 µmol/M2/s binne PAR 400-700nm (voorgestel)

Lig siklus: 12/12

Soort lig: LED (voorgestel)

Lugsirkulasie: vir 2,35cf/0,0665m3 (die groeigebied van my ontwerp)

Temperatuur op ISS: 65 tot 80˚F / 18,3 tot 26,7 ° C (vir verwysing)

Soort plant: 'Outredgeous' Rooi Romaine blaarslaai

Volwasse plantgrootte: 15 cm hoog en 15 cm in deursnee

Groeistelsel: (ontwerper se keuse)

Voorrade

Ons gaan voorraad benodig

(Hierdie dele word gebruik as bewys van die konsep, dit is waarskynlik NIE ruimtelike reis goedgekeur nie)

1 - 0,187 "48" x96 "Wit ABS

3 - Mikro beheerders

1 - 1602 LCD -skerm

1 - Data Logger -skild vir Nano

3 - Foto -weerstande

4 - AM2302 sensors

1 - DS18B20 temperatuursensor

1 - EC sensor, 1 - 15mA 5V Optiese vloeistofvlak

1 - DS3231 vir Pi (RTC)

… en meer voorrade

1 - Peristaltiese doseerpomp

1 - 12V waterpomp

1 - Piezo -gonsers

3 - 220 Ohm weerstande

1 - DPST -skakelaar

1-265-275nm UVC-sterilisator

24 - 1½”sanitêre doppies

1 - Magnetiese roerstadium vir vloeistof/lug

1 - Druppelbeheerkop, 8 reëls

1 - Drupbesproeiingskanaal

1 - Vervangende waterhouer

1 - ½ ID PVC pyp

70 - Skroewe vir die bevestiging van LED's

18 AWG en 22 AWG draad

1 - Krimpbuis

1 - Aluminium vir LED -koellichaam

5 - 6 mm hoë tasbare skakelaars

4 - 1 Ohm, 1 Watt weerstande

1 - Pkg sade "Outredgeous" blaarslaai

… en meer

1 - 400W Boost -bord

32-3W wit LED's, (6000-6500k)

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

8 - 40 mm rekenaarwaaiers

11 - 5V Opto geïsoleerde aflosse

10 - 1N4007 flyback -diode

24 - Rockwool -proppe

1 - Hidroponiese voedingstowwe

1 - Voedingshouer

1 - Mylar -laken

… en gereedskap

Oplosmiddel om te plak

Sien

Gatsae

Soldeerbout

Soldeer

Boor

Boorpunte

Skroewedraaiers

Rekenaar

USB kabel

Arduino IDE sagteware

Stap 1: Vergelyk die huidige “VEGGIE” -stelsel

Die “VEGGIE” -stelsel op ISS -blikkie verbou 6 blaarslaai binne 28 dae (4 weke). As 'VEGGIE' vir ses maande hardloop (die gemiddelde tyd dat 'n ruimtevaarder aan boord van die ISS is), sal dit 36 slaaiblare laat groei, met nog 6 koppe wat twee weke oud is. Vir 'n bemanning van 3 is dit twee keer per maand vars groente.

Die GARTH -projek sal binne 28 dae (4 weke) 6 slaaiblare verbou. MAAR.. as dit ses maande duur, sal dit 138 slaaiblare laat groei, met nog 18 koppe in verskillende groeistadia. Vir 'n bemanning van 3 is dit vars groente 7½ keer per maand, of amper twee keer per week.

As dit u aandag trek … laat ons die ontwerp van nader bekyk

Stap 2: Die GARTH -projek

Groei -outomatisering hulpbrontegnologie vir tuinbou

(Foto's van die GARTH-projek is op 'n volledige skaal, gemaak van Dollar Store-skuimkernplaat)

Die GARTH -projek maksimeer produktiwiteit deur die gebruik van 4 afsonderlike geoptimaliseerde groeigebiede. Dit bevat ook outomatiese beheerstelsels vir beligting, luggehalte, watergehalte en watervervanging.

32, wit 6000K LED -ligte voorsien die voorgestelde PAR -vereistes. 'N Lugsirkulasiestelsel met twee waaiers en 'n ventilatorstelsel met vier waaiers is ingesluit om die binnekant van die omgewing te handhaaf, en 'n outomatiese, selfoptimaliserende Nutrient Thin Film (NTF) hidroponiese stelsel is gekies om die plante te voed en te monitor. Verdampingsvervangingswater word in 'n aparte reservoir in die boonste stoorplek gehou, naby 'n vloeibare voedingsreservoir wat voortdurend geroer word, wat nodig is om die voedingspeil in die hidroponiese stelsel te behou, sonder hulp van 'n ruimtevaarder. Alle krag kom in, werk en word versprei vanuit die boonste stoorarea.

Stap 3: Ontwerpkenmerke

Die vier groeigebiede

Eerste fase (ontkieming), vir 0-1 weke oue sade, ongeveer 750 cm3 groeiplek

2de fase, vir 1-2 weke oue plante, ongeveer 3 600 cc groeiplek

Derde fase, vir 2-3 weke oue plante, ongeveer 11 000 cm3 groeiplek

4de fase, vir 3-4 weke oue plante, ongeveer 45 000 cm3 groeiplek

(Die eerste en tweede fase word gekombineer op 'n verwyderbare skinkbord om te plant, te onderhou en skoon te maak)

Stap 4: Verligtingstelsel

Die beligting was taai sonder toegang tot 'n PAR -meter; gelukkig het die wedstryd mnr. Dewitt in die Fairchild Tropical Botanic Garden met vrae gevra. Hy het my gelei na kaarte wat baie nuttig was, en die kaarte het my ook gelei tot led.linear1. Met die kaarte en die webwerf kon ek my beligtings- en stroombaanbehoeftes bereken.

My ontwerp gebruik 26.4V se bronspanning om 4 skikkings van 8, 3 watt LED's in serie te voer met 1 ohm, 1 watt weerstande. Ek sal 'n 24V -toevoer en 'n Boost -omskakelaar gebruik om die konstante stroom na die 26.4V te verhoog. (Aan boord van die ISS gebruik my ontwerp die beskikbare 27V en 'n Buck -omskakelaar om die spanning te verlaag en die konstante stroom van 26,4V te lewer)

Dit is die onderdele lys vir die beligtingstelsel.

32, wit 6000-6500k, 600mA, DC 3V – 3.4V, 3W LED's

4, 1 ohm - 1W weerstande

1, 12A 400W Boost -omskakelaar

1, 40 mm waaier

1, termistor

1, DS3231 vir Pi (RTC) of datalogger

18 AWG draad

… en dit is hoe ek van plan is om die twee-en-dertig, 3W LED's te gebruik.

Een LED in fase 1, vier in fase 2 en nege in fase 3. Die laaste agtien LED's sal fase 4 aansteek en ons tot 'n totaal van 96 watt lig teen ongeveer 2,4 ampère bring.

Stap 5: Lugsirkulasie en ventilasie stelsel

(Onthou asseblief dat die loodgieterswerk en die elektriese bedrading nie voltooi is nie. Dit is foto's van 'n bespreking van die voorgestelde stelsel)

Sirkulasie word bereik met twee waaiers van 40 mm. 'N Stootwaaier wat in die vierde fase van die kanaal in die linker boonste agterkant inblaas. Die lug vloei oor die 4de fase en in die voorkant van die 3de fase, dan deur die 3de fase en uit die agterkant (op en om die 1ste fase, via 'n kort kanaal) na die agterkant van die 2de fase. 'N Trekwaaier in die kanaal bo die 2de stadium, trek die lug deur die 2de fase en uit die regter boonste hoek. Die reis deur die lugsirkulasiestelsel voltooi.

Die ventilasie in die vierde fase kom direk uit die boonste agterste muur. Die derde fase gaan ook deur die boonste agterste muur. Die tweede fase word reguit deur die bokant geventileer en die ontkiemingsfase (fase 1) sal die agterwand uitstoot, soortgelyk aan stadiums 3 en 4.

Stap 6: NFT hidroponiese stelsel

(Die EC -sonde, temperatuursonde, vloeistofpeilsensor, slange vir verdamping vervanging van varswaterreservoir en slange wat die bakkiepomp met die kanale verbind, sal almal hier in die bak geleë wees, maar is nie op hierdie foto getoon nie)

Die stelsel bevat 'n 9.000+ml/cc-put, 'n 7.000+ml/cc varswaterreservoir vir verdampingsvervanging, 'n waterpomp van 12V 800L/uur, 'n UV-C-steriliseerder om alge in die water wat die water binnedring, dood te maak 8 -poort verstelbare vloei -manifold, 'n belugtingstoring met teenoorgestelde waaier om die afvloeiende water uit fase 2 te belug en die uitlaatwater van die roerstadium, 'n vloeistofvlak -sensor, 'n EC -sensor, 'n watertemperatuur -sensor, 'n peristaltiese pomp wat uit die voedingsreservoir gedoseer word, te belug, 'n roerstadium wat die voedingstowwe in oplossing in die reservoir en vyf groeibakke of -kanale hou. Die vyf groeikanale, die roerstadium, die beluchtingstoring ontvang water uit die 8 -poort verstelbare vloei -verdeler. Wanneer die hidroponiese stelsel skoongemaak moet word, sal 'n tweepolige enkelpuntskakelaar (DPST) op die voorpaneel die krag afskakel af na die waterpomp, UV-C-steriliseerder en peristaltiese pompvoedingsdoseerder. Dit sal die "gebruiker" in staat stel om veilig aan die hidroponiese stelsel te werk sonder om hulself of die gewas in gevaar te stel.

Stap 7: Outomatiese voedingstelsel

Ek gebruik die 'Self Optimizing Automated Arduino Nutrient Doser' wat deur Michael Ratcliffe ontwikkel is vir hierdie projek. Ek het sy skets by my stelsel en hardeware aangepas, en ek gebruik Michael se “Three Dollar EC - PPM Meter” as my EC -sensor.

Inligting of instruksies vir albei hierdie projekte kan gevind word by: element14, hackaday of michaelratcliffe

Stap 8: Die elektronika van die outomatiseringstelsels

Die beligtingstelsel sal 'n Arduino-mikrobeheerder gebruik, een DS3231 vir Pi (RTC), een 4-aflosmodule, vier 1 ohm-1 watt-weerstande, twee-en-dertig 3W wit LED's, een 400W Boost-omskakelaar, drie foto-weerstande, een 40mm-rekenaar waaier en een termistor. Die mikro -kontroleerder sal die RTC gebruik om die ligte in 'n 12 -uur aan, 12 -uur af siklus te stel. Dit monitor die ligvlakke in die 2de, 3de en 4de stadiums met fotoresistente en waarsku met 'n LED/piezo -alarm, as dit in enige stadium 'n lae ligvlak opspoor, tydens 'n siklus. Die temperatuur van die LED -bestuurbord word gemonitor deur 'n termistor wat in lyn is met die 40 mm waaier en sal outomaties begin afkoel as genoeg hitte opgespoor word.

Die Nutrient Delivery -stelsel is ontwikkel deur Michael Ratcliffe. Die stelsel gebruik 'n Arduino Mega, een van Michael se EC -sonde -idees, een 1602 LCD -bedieningspaneel, een DS18B20 watertemperatuur sensor, een 12V peristaltiese doseerpomp en een 5V opto geïsoleerde relais. Ek het een optiese vloeistofvlak sensor bygevoeg. Die stelsel sal die EC en watertemperatuur monitor en die peristaltiese pomp aktiveer om voedingstowwe te doseer soos nodig. Die mikrobeheerder sal die watervlak in die bak monitor en waarsku met 'n LED/piëzo -alarm as die watertemperatuur van die oprit buite die stel van die gebruiker is, as die EC -sensordata langer is as die gebruiker se stel langer as die gebruikerstel tydperk of as die watervlak van die bak onder die deur die gebruiker gestelde vlak val.

Die lugsirkulasie-stelsel sal bestaan uit 'n Arduino-mikrobeheerder, vier AM2302-sensors, ses 40 mm-rekenaarwaaiers (twee lugsirkulasiewaaiers vir die 2de, 3de en 4de fase en 4 ventilatorwaaiers), een UV-C-steriliseerder en ses 5V opto geïsoleerde relais (vir die ondersteuners). Die beheerder sal die lugtemperatuur en humiditeit in al die 4 fases monitor en outomaties die twee waaiersirkulasiestelsel of die afsonderlike ventilasie -waaiers begin indien nodig om die temperatuur en humiditeit binne die gebruikersbereik te hou. Die kontroleerder sal ook die tydsberekening van die UV-C-sterilisator instel en beheer en 'n LED/piëzo-alarm onderhou indien die temperatuur of humiditeit in een van die vier fases oorskry die gebruikersvlakke.

Stap 9: Die bou

Die omhulsel van 50 cm3, die kanale, die vervangingsreservoir vir varswaterverdamping, die belugtingstoring, die sentrale lugsirkulasie -kanaal, die laai van die eerste en tweede fase, die dakbeugels (nie getoon nie) en die meeste ander ondersteunende strukture, sal gebou word vanaf 0.187 " Swart ABS. Die voorste gordyne vir die stadiums word in die Mylar -film vertoon, maar dit is waarskynlik gemaak van reflektiewe bedekte akriel of polikarbonaat op die werklike prototipe. Die beligting (nie getoon nie, maar bestaande uit 4 skikkings van 8, 3W LED's in serie) sal op ongeveer 0,125 "aluminiumplate gemonteer word met 'n koperslang van 0,125" wat aan die bokant gesoldeer is vir vloeibare verkoeling, (die verkoeling kom van agter af en verlaat van die eenheid om nie-wedstrydverwante koeler te skei). Loodgieterswerk van NTF-water na fase 1 en 2 (word nie op die foto's getoon nie, maar) sou via 'n vinnige verbinding aan die voorkant van die 2de fase aangebring word.

Die versterkingsomskakelaar (getoon op die foto van die boonste stoorarea) kan onder die ontkiemingsbak (fase 1) verskuif word om ekstra ontkieming te verskaf. Die AM2302, temperatuur- en humiditeitsensors (nie getoon nie), sal hoog in elke stadium geleë wees (uit die gereeld beplande lugsirkulasiepad)

Dit lyk asof die ontwerp glad nie aan die ruimte dink nie,

maar dit is nie die geval nie. My NTF -stelsel wat hier beskryf word, is nie geoptimaliseer of aangepas vir ruimte nie, maar NTF -hidroponiese stelsels is 'n ernstige aanspraakmaker op die unieke behoeftes van ruimtegewasse op mikrogravitasie en ek het wel idees vir die ruimte -optimalisering daarvan.

Die wedstryd het ons gevra om 'n stelsel te ontwerp wat meer plante in 'n bepaalde ruimte verbou en die ontwerp soveel as moontlik outomatiseer.

Die ontwerpe wat vir fase 2 gekies is, sal eers plante op aarde moet laat groei. Ek glo dat my ontwerp aan al die vereistes van die wedstryd voldoen en dit doen met inagneming van die werklike ruimte wat nodig is vir plantgroei, lugsirkulasie, outomatiese omgewingsbeheer en 'n week se verbruiksgoedere vir die plante. Alles binne die ruimte van 50 cm3 wat ons gekry het.

Stap 10: Om dit toe te maak

Die outomatisering van The GARTH Project verminder die nodige aandag tot een keer per week.

'N Afname van 7 keer in onderhoud, vergeleke met die' VEGGIE' -stelsel.

Ses aanlegte begin weekliks in The GARTH Project.

'N Viervoudige toename in produksie, vergeleke met ses fabrieke wat maandeliks in die "VEGGIE" -stelsel begin is.

Ek beskou hierdie veranderinge as effektief, vindingryk en doeltreffend.

Ek hoop jy sal ook.

Naaswenner in die Growing Beyond Earth Maker -wedstryd