Menanam Lebih Banyak Selada di Ruang yang Lebih Sedikit Atau Menanam Selada di Luar Angkasa, (Lebih atau Kurang).: 10 Langkah

2024 Pengarang: John Day | [email protected]. Terakhir diubah: 2024-01-30 09:55

Ini adalah pengajuan profesional ke Growing Beyond Earth, Maker Contest, yang dikirimkan melalui Instructables.

Saya sangat bersemangat untuk merancang produksi tanaman ruang angkasa dan memposting Instructable pertama saya.

Untuk memulai, kontes meminta kita untuk

“…kirimkan Instruksi yang merinci desain dan pembuatan ruang pertumbuhan tanaman Anda yang (1) cocok dengan volume 50cm x 50cm x 50cm, (2) berisi semua fitur yang diperlukan untuk mempertahankan pertumbuhan tanaman, yaitu cahaya buatan, sistem irigasi, dan sarana sirkulasi udara, dan (3) memanfaatkan volume interior secara efektif dan inventif agar sesuai dan berhasil menumbuhkan tanaman sebanyak mungkin.”

Setelah membaca persyaratan kontes dan FAQ, saya membuat asumsi berikut dalam proses desain.

Interaksi yang direncanakan sekali seminggu dengan "proyek" oleh Astronot akan diterima dan tidak membatalkan aspek kontrol otomatis dalam kriteria kontes.

PSU untuk "proyek" dapat ditempatkan di luar 50cm3, karena ISS akan memasok daya ke unit, jika unit berada di luar angkasa. Pendinginan untuk bagian dalam "proyek" LED dapat berasal dari luar 50cm3, karena ISS dapat memasok pendinginan ke unit, jika unit berada di luar angkasa.

"Pengguna" dapat memiliki akses tidak terbatas ke atas dan 4 sisi dari volume 50cm3 untuk pemeliharaan mingguan yang direncanakan, tetapi tidak mengecualikan masalah yang tidak direncanakan, jika masalah yang tidak direncanakan muncul dengan "proyek".

Selanjutnya, saya mengumpulkan parameter untuk kontes

Data Proyek

Air: 100 mL/tanaman/hari (disarankan)

Pencahayaan: 300-400 ?mol/M2/s dalam PAR 400-700nm (disarankan)

Siklus cahaya: 12/12

Jenis lampu: LED (disarankan)

Sirkulasi udara: untuk 2.35cf/0.0665m3 (area pertumbuhan desain saya)

Suhu di ISS: 65 hingga 80˚F / 18,3 hingga 26,7°C (untuk referensi)

Jenis tanaman: Selada Romaine Merah 'Luar Biasa'

Ukuran tanaman dewasa: tinggi 15cm dan diameter 15cm

Tumbuhkan sistem: (Pilihan desainer)

Perlengkapan

Kita akan membutuhkan persediaan

(Bagian-bagian ini digunakan untuk bukti konsep, mereka mungkin TIDAK disetujui untuk perjalanan ruang angkasa)

1 – 0,187” 48”x96” ABS Putih

3 – Pengontrol mikro

1 – 1602 layar LCD

1 – Perisai Data Logger untuk Nano

3 – Resistor foto

4 – sensor AM2302

1 – sensor suhu DS18B20

1 – sensor EC, Tingkat Cairan Optik 1 – 15mA 5V

1 – DS3231 untuk Pi (RTC)

…dan lebih banyak persediaan

1 – Pompa takaran peristaltik

Pompa air 1 – 12V

1 – Buzzer piezo

3 – 220 Ohm resistor

1 – sakelar DPST

1 – 265-275nm UVC Sterilizer

24 – 1½” tutup saniter

1 – Tahap pengadukan magnetik Cair / Udara

1 – Kepala kontrol tetesan, 8 baris

1 – Tabung irigasi tetes

1 – Wadah air pengganti

1 – Pipa PVC ID

70 – Sekrup untuk memasang LED

Kawat 18 AWG & 22 AWG

1 – Kecilkan tabung

1 – Aluminium untuk heat sink LED

Sakelar taktil setinggi 5 – 6mm

4 – 1 Ohm, resistor 1 Watt

1 – Pkg biji selada “Luar Biasa”

…dan banyak lagi

1 – Papan Boost 400W

LED Putih 32 – 3W, (6000-6500k)

1 – 24V / 12V / 5V / 3.3V PSU

8 – kipas komputer 40mm

11 – 5V Opto relai terisolasi

10 – 1N4007 dioda flyback

24 – Steker rockwool

1 – Nutrisi hidroponik

1 – Wadah nutrisi

1 – Terpal Mylar

…dan alat

Pelarut untuk perekatan

Gergaji

Gergaji lubang

Besi solder

Pateri

Mengebor

Mata bor

Obeng

Komputer

kabel USB

Perangkat lunak Arduino IDE

Langkah 1: Membandingkan Sistem “VEGGIE” Saat Ini

Sistem “VEGGIE” di ISS dapat menumbuhkan 6 kepala selada dalam 28 hari (4 minggu). Jika "VEGGIE" berjalan selama 6 bulan, (waktu rata-rata seorang astronot berada di ISS) itu akan menumbuhkan 36 kepala selada dengan tambahan 6 kepala yang berumur dua minggu. Untuk awak 3, itu sayuran segar dua kali sebulan.

Proyek garth akan menumbuhkan 6 kepala selada dalam 28 hari (4 minggu). TAPI.. jika berjalan selama 6 bulan, akan tumbuh 138 kepala selada, dengan tambahan 18 kepala di berbagai tahap pertumbuhan. Untuk kru yang terdiri dari 3 orang, itu adalah sayuran segar 7½ kali sebulan, atau hampir dua kali seminggu.

Jika itu menarik perhatian Anda… mari kita lihat lebih dekat desainnya

Langkah 2: Proyek garth

Teknologi Sumber Daya Otomasi Pertumbuhan untuk Hortikultura

(Foto-foto Proyek GART adalah mock-up skala penuh, terbuat dari papan inti busa Dollar Store)

Proyek garth memaksimalkan produktivitas melalui penggunaan 4 area pertumbuhan terpisah yang dioptimalkan. Ini juga mencakup sistem kontrol otomatis untuk penerangan, kualitas udara, kualitas air, dan penggantian air.

32, Lampu LED 6000K Putih memberikan persyaratan PAR yang disarankan. Sistem sirkulasi udara dua kipas dan sistem ventilasi empat kipas digabungkan untuk menjaga lingkungan interior, dan sistem hidroponik Nutrient Thin Film (NTF) otomatis yang dioptimalkan sendiri dipilih untuk memberi makan dan memantau tanaman. Air pengganti penguapan disimpan di reservoir terpisah di area penyimpanan atas dekat reservoir nutrisi cair yang terus diaduk, yang diperlukan untuk mempertahankan tingkat nutrisi dalam sistem hidroponik tanpa bantuan dari astronot. Semua daya masuk, beroperasi, dan didistribusikan dari area penyimpanan atas.

Langkah 3: Fitur Desain

Empat area pertumbuhan

Tahap 1 (perkecambahan), untuk benih umur 0-1 minggu, kira-kira 750 cc ruang tumbuh

Tahap 2, untuk tanaman berumur 1-2 minggu, sekitar 3.600 cc ruang tumbuh

Tahap 3, untuk tanaman berumur 2-3 minggu, sekitar 11.000 cc ruang tumbuh

Tahap 4, untuk tanaman berumur 3-4 minggu, sekitar 45.000 cc ruang tumbuh

(Area Tahap 1 dan 2 digabungkan pada baki yang dapat dilepas untuk memfasilitasi penanaman, servis, dan pembersihan)

Langkah 4: Sistem Pencahayaan

Pencahayaan sulit tanpa akses ke meteran PAR, untungnya kontes memiliki Mr Dewitt di Fairchild Tropical Botanic Garden, untuk pergi dengan pertanyaan. Dia mengarahkan saya ke grafik yang sangat membantu dan grafik itu juga membawa saya ke led.linear1. Dengan grafik dan situs web, saya dapat menghitung kebutuhan pencahayaan dan sirkuit saya.

Desain saya menggunakan tegangan sumber 26.4V untuk menjalankan 4 array 8, 3 watt LED secara seri dengan resistor 1 ohm, 1 watt. Saya akan menggunakan suplai 24V dan konverter Boost untuk menaikkan arus konstan ke 26.4V. (Di atas ISS, desain saya akan menggunakan 27V yang tersedia dan konverter Buck untuk menurunkan tegangan dan memberikan arus konstan 26.4V)

Ini adalah daftar bagian untuk sistem pencahayaan.

32, Putih 6000-6500k, 600mA, DC 3V–3.4V, LED 3W

4, 1 ohm – resistor 1W

1, Konverter Boost 12A 400W

1, kipas 40mm

1, termistor

1, DS3231 untuk Pi (RTC) atau datalogger

Kawat 18 AWG

…dan inilah rencana saya untuk menggunakan tiga puluh dua LED 3W itu.

Satu LED di Tahap 1, empat di Tahap 2 dan sembilan di Tahap 3. Delapan belas LED terakhir akan menyalakan Tahap 4 dan membawa kita ke total 96 watt cahaya pada sekitar 2,4 amp.

Langkah 5: Sirkulasi Udara dan Sistem Ventilasi

(Harap diingat pipa ledeng dan kabel listrik tidak lengkap. Ini adalah foto-foto mock-up dari sistem yang diusulkan)

Sirkulasi dicapai dengan dua kipas 40mm. Sebuah kipas dorong yang bertiup ke Tahap 4 dari saluran di kiri atas belakang. Udara akan mengalir melintasi Panggung ke-4 dan masuk ke depan Panggung ke-3, kemudian melalui Tahap ke-3 dan keluar dari belakang (naik dan mengitari Panggung ke-1, melalui saluran pendek) ke bagian belakang Panggung ke-2. Kipas tarik di saluran di atas Tahap ke-2, akan menarik udara melalui Tahap ke-2 dan keluar dari sudut kanan depan atas. Melengkapi perjalanan melalui sistem sirkulasi udara.

Ventilasi Tahap 4 akan langsung keluar dari dinding belakang atas. Tahap 3 akan melampiaskan melalui dinding belakang atasnya juga. Tahap ke-2 akan dikeluarkan langsung melalui bagian atas dan Tahap perkecambahan (Tahap 1) akan melampiaskan dinding belakang, mirip dengan Tahap 3 dan 4.

Langkah 6: Sistem Hidroponik NFT

(Probe EC, probe suhu, sensor level cairan, selang untuk penggantian penguapan dari reservoir air tawar dan selang yang menghubungkan pompa bah ke saluran, semua akan ditempatkan di sini di bah tetapi tidak ditampilkan di foto ini)

Sistem ini mencakup penampung 9.000+ml/cc, penampung air tawar 7.000+ml//cc untuk penggantian penguapan, pompa air 12V 800L/jam, pensteril UV-C untuk membunuh ganggang di air yang masuk ke 8 port manifold aliran yang dapat disesuaikan, menara aerasi dengan kipas aliran berlawanan untuk mengaerasi air yang mengalir ke bawah dari Tahap 2 dan air buangan tahap pengadukan, sensor level cairan, sensor EC, sensor suhu air, dosis pompa peristaltik dari reservoir nutrisi, tahap pengadukan yang menjaga nutrisi dalam larutan di reservoir dan lima palung atau saluran pertumbuhan. Lima saluran pertumbuhan, tahap pengadukan, menara aerasi menerima air dari manifold aliran 8 port yang dapat disesuaikan. Ketika sistem hidroponik perlu diservis, sakelar cutoff double pole single throw (DPST) yang terletak di panel depan akan mematikan daya ke pompa air, sterilisasi UV-C dan doser nutrisi pompa peristaltik. Ini akan memungkinkan "Pengguna" untuk bekerja dengan aman pada sistem hidroponik tanpa membahayakan diri mereka sendiri atau tanaman.

Langkah 7: Sistem Pengiriman Nutrisi Otomatis

Saya menggunakan "Self Optimizing Automated Arduino Nutrient Doser" yang dikembangkan oleh Michael Ratcliffe untuk proyek ini. Saya telah mengadaptasi sketsanya ke sistem dan perangkat keras saya dan saya menggunakan "Three Dollar EC – PPM Meter" Michael sebagai sensor EC saya.

Informasi atau instruksi untuk kedua proyek ini dapat ditemukan di: element14, hackaday atau michaelratcliffe

Langkah 8: Elektronik Sistem Otomasi

Sistem Pencahayaan akan menggunakan pengontrol mikro Arduino, satu DS3231 untuk Pi (RTC), satu modul 4 relai, empat resistor 1 ohm – 1 watt, tiga puluh dua LED Putih 3W, satu konverter Boost 400W, tiga resistor foto, satu komputer 40mm kipas dan satu termistor. Kontroler mikro akan menggunakan RTC untuk mengatur waktu lampu dalam siklus 12 jam hidup, 12 jam mati. Ini akan memantau tingkat cahaya di tahap 2, 3 dan 4 dengan resistor foto dan peringatan dengan alarm LED / piezo, jika mendeteksi tingkat cahaya rendah di setiap tahap, selama lampu pada siklus. Suhu papan driver LED akan dipantau oleh termistor yang terhubung sejalan dengan kipas 40mm dan secara otomatis akan mulai mendingin ketika panas yang cukup terdeteksi.

Sistem Pengiriman Nutrisi dikembangkan oleh Michael Ratcliffe. Sistem ini menggunakan Arduino Mega, salah satu ide probe EC Michael, satu pelindung layar keypad LCD 1602, satu sensor suhu air DS18B20, satu pompa dosis peristaltik 12V, dan satu relai terisolasi opto 5V. Saya menambahkan satu sensor level cairan optik. Sistem akan memantau EC dan suhu air dan mengaktifkan pompa peristaltik untuk memberi nutrisi sesuai kebutuhan. Kontroler mikro akan memantau ketinggian air di bah dan memperingatkan dengan alarm LED/piezo jika suhu air bah berada di luar rentang yang ditetapkan pengguna, jika data sensor EC berada di luar rentang yang ditetapkan pengguna lebih lama dari yang ditetapkan pengguna jangka waktu tertentu atau jika ketinggian air bah turun di bawah tingkat yang ditetapkan pengguna.

Sistem Sirkulasi Udara akan terdiri dari mikrokontroler Arduino, empat sensor AM2302, enam kipas komputer 40mm (dua kipas sirkulasi udara untuk Tahap 2, 3 dan 4 dan 4 kipas ventilasi), satu sterilisasi UV-C dan enam relai terisolasi opto 5V (untuk para penggemar). Pengontrol akan memantau suhu dan kelembaban udara di semua 4 Tahap dan secara otomatis memulai sistem sirkulasi dua kipas atau kipas ventilasi masing-masing tahap sesuai kebutuhan untuk menjaga suhu dan kelembaban dalam rentang yang ditetapkan pengguna. Pengontrol juga akan mengatur dan mengontrol waktu sterilisasi UV-C dan mempertahankan alarm LED/piezo jika suhu atau kelembaban melampaui tingkat yang ditetapkan pengguna di salah satu dari 4 Tahapan.

Langkah 9: Membangun

Kotak 50 cm3, saluran, reservoir pengganti penguapan air tawar, menara aerasi, saluran sirkulasi udara pusat, laci Tahap 1 & 2, penyangga atap (tidak ditampilkan) dan sebagian besar struktur pendukung lainnya, akan dibangun dari 0,187” ABS hitam. Tirai depan untuk panggung ditampilkan dalam film Mylar pada tiruannya, tetapi kemungkinan besar akan dibuat dari akrilik berlapis reflektif atau polikarbonat pada prototipe sebenarnya. Pencahayaan (tidak ditampilkan tetapi terdiri dari 4 susunan 8, LED 3W secara seri) akan dipasang pada lembaran aluminium kira-kira 0,125” dengan pipa tembaga 0,125" yang disolder di sisi atas untuk pendinginan cair, (pendingin itu akan masuk dan keluar dari belakang unit untuk memisahkan pendingin terkait non-kontes) Pemipaan air NTF ke Tahap 1 & 2 (tidak ditampilkan di foto mana pun tetapi) akan dipasang melalui sambungan cepat di depan Tahap ke-2.

Konverter penguat (ditunjukkan pada foto area penyimpanan atas) dapat dipindahkan di bawah baki perkecambahan (Tahap 1) untuk memberikan panas tambahan untuk perkecambahan. AM2302, sensor suhu dan kelembaban (tidak ditampilkan), akan ditempatkan tinggi di setiap Tahap (di luar jalur sirkulasi udara yang direncanakan secara teratur)

Desainnya mungkin tampak tidak memikirkan ruang sama sekali,

tapi itu tidak terjadi. Sistem NTF saya yang dijelaskan di sini tidak dioptimalkan atau dimodifikasi untuk ruang, tetapi sistem hidroponik NTF adalah pesaing serius untuk kebutuhan unik tanaman ruang angkasa dalam gayaberat mikro dan saya memiliki ide untuk pengoptimalan ruangnya.

Kontes meminta kami untuk merancang sistem yang menumbuhkan lebih banyak tanaman di ruang yang ditentukan dan mengotomatiskan desain sebanyak mungkin.

Desain yang dipilih untuk Fase 2 perlu menumbuhkan tanamannya di bumi terlebih dahulu. Saya yakin desain saya memenuhi semua persyaratan kontes dan melakukannya sambil menghormati ruang yang benar-benar dibutuhkan untuk pertumbuhan tanaman, sirkulasi udara, kontrol lingkungan otomatis, dan bahan habis pakai selama seminggu untuk tanaman. Semua dalam ruang 50 cm3 kami diberi.

Langkah 10: Untuk Membungkusnya

Otomatisasi Proyek GRTH mengurangi perhatian yang dibutuhkan menjadi seminggu sekali.

Penurunan tujuh kali lipat dalam pemeliharaan, dibandingkan dengan sistem "VEGGIE".

Enam pabrik dimulai setiap minggu di The GART Project.

Peningkatan produksi empat kali lipat, dibandingkan dengan enam pabrik yang dimulai setiap bulan dalam sistem “VEGGIE”.

Saya menganggap perubahan ini Efektif, Inventif dan Efisien.

Saya harap Anda juga.

Runner Up di Growing Beyond Earth Maker Contest