Penanam Tanaman Gayaberat Mikro "Bola Disko": 13 Langkah

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

Halo pembaca, proyek ini adalah pengajuan profesional untuk Kontes Pembuat Tumbuh Melampaui Bumi.

Proyek ini merupakan bukti konsep untuk desain penanam potensial yang dapat digunakan untuk menumbuhkan rencana dalam gayaberat mikro.

Berdasarkan aturan kontes, saya mencantumkan persyaratan sistem,

1. Sistem harus muat di area 50cm^3.
2. Sistem harus memanfaatkan gayaberat mikro.
3. Sistem dapat berorientasi pada posisi apa pun
4. Sistem dapat menjadi sumber daya secara eksternal dari rel daya internal ISS.
5. Sistem harus mengotomatiskan sebagian besar proses yang berkembang dengan interaksi minimal dari astronot.

dengan asumsi di atas saya mulai merancang sistem.

Langkah 1: Proposal Proyek

Untuk memulai, saya menggambar garis besar kasar dari apa yang saya pikir akan terlihat seperti sistem, Ide awal yang saya miliki adalah sebuah bola yang digantung di tengah lingkungan tumbuh dengan pencahayaan yang dipasang pada bingkai sekitarnya.

Dasar kotak ini akan menampung air & elektronik.

Pada tahap ini saya mulai membuat daftar jenis komponen potensial dari sistem seperti itu,

1. Bingkai - Perlu memilih bahan bingkai yang sesuai
2. Pencahayaan - Jenis pencahayaan apa yang terbaik? strip LED?
3. Sensor - Agar sistem dapat diotomatisasi, sistem harus dapat merasakan kelembapan seperti kelembapan & suhu.
4. Kontrol - Pengguna akan membutuhkan cara berinteraksi dengan MCU

Tujuan dari proyek ini adalah untuk menghasilkan bukti konsep, berdasarkan pelajaran saya akan membuat daftar pekerjaan masa depan & pengembangan yang diperlukan untuk membawa ide ini lebih jauh.

Langkah 2: Bukti Konsep - BOM

BOM (Bill of Materials) untuk proyek ini akan menelan biaya sekitar £130 untuk memesan semua yang diperlukan, dari biaya itu sekitar £100 akan digunakan untuk membuat satu unit penanam tanaman.

Kemungkinan Anda akan memiliki cukup banyak komponen elektronik yang secara dramatis mengurangi kode.

Langkah 3: Elektronik - Desain

Saya telah menggunakan Fritzing untuk merencanakan elektronik yang diperlukan untuk proyek ini, Koneksi harus berjalan sebagai berikut,

LCD 16x2 I2C

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

Rotary Encoder (D3 & D2 dipilih karena merupakan pin Interupt Arduino Uno)

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

Sensor Suhu DS18B20

1. GND > GND
2. DQ > D4 (Arduino, dengan pull up 5V dari 4k7)
3. VDD > 5V

Sensor Kelembaban Tanah

1. A > A0 (Arduino)
2. -> GND
3. + > 5V

Modul Relai Ganda

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

untuk link lainnya silahkan lihat diagram diatas.

Langkah 4: Elektronik - Perakitan

Saya merakit elektronik seperti yang dijelaskan dalam diagram halaman sebelumnya, Saya menggunakan protoboard untuk membuat perisai untuk Arduino Uno, Untuk melakukan ini saya memecahkan papan menjadi kira-kira seukuran Uno kemudian menambahkan pin header laki-laki yang sejajar dengan header perempuan di Uno.

Jika koneksi cocok dengan diagram sebelumnya, sistem harus bekerja dengan benar, mungkin ide yang baik untuk mengatur koneksi dengan cara yang mirip dengan saya untuk kesederhanaan.

Langkah 5: Perangkat Lunak - Rencana

Gagasan umum untuk fungsionalitas perangkat lunak adalah agar sistem terus berputar di sekitar pembacaan nilai sensor. Pada setiap siklus nilai akan ditampilkan pada LCD.

Pengguna akan dapat mengakses menu dengan menahan tombol putar ke bawah, setelah ini terdeteksi, UI menu akan terbuka. Pengguna akan memiliki beberapa halaman yang tersedia,

1. Mulai Pompa Air
2. Alihkan Status LED (Hidup / Mati)
3. Ubah Mode Sistem (Otomatis / Manual)
4. Keluar Menu

Jika pengguna telah memilih mode Otomatis, sistem akan memeriksa apakah tingkat kelembaban berada dalam nilai ambang batas, jika tidak, sistem akan secara otomatis memompa air menunggu penundaan tetap dan memeriksa ulang.

Ini adalah sistem otomasi dasar tetapi akan berfungsi sebagai titik awal untuk pengembangan di masa mendatang.

Langkah 6: Perangkat Lunak - Pengembangan

Perpustakaan yang Diperlukan

• DallasSuhu
• LiquidCrystal_I2C-master
• OneWire

Catatan Perangkat Lunak

Kode ini adalah kode draf pertama yang memberikan fungsionalitas dasar sistem, termasuk:

Lihat Nasa_Planter_Code_V0p6.ino terlampir untuk kode sistem build terbaru, Pembacaan Suhu & Kelembaban di layar.

Mode Otomatis & Mode Manual - Pengguna dapat membuat sistem otomatis memompa air pada ambang batas kelembaban

Kalibrasi Sensor Kelembaban - AirValue & WaterValue harus diisi secara manual karena setiap sensor akan sedikit berbeda.

Antarmuka Pengguna untuk mengendalikan sistem.

Langkah 7: Mekanik - Desain (CAD)

Untuk merancang sistem ini saya menggunakan Fusion 360, rakitan akhir dapat dilihat / diunduh dari tautan di bawah ini

a360.co/2NLnAQT

Rakitan cocok dengan area kontes 50cm^3 dan telah menggunakan pipa PVC untuk membuat bingkai kotak, dengan braket cetak 3D untuk sambungan sudut. Bingkai ini memiliki lebih banyak bagian cetak 3D yang digunakan untuk memasang dinding enklosur & lampu LED.

Di tengah kandang kami memiliki penanam "Disco Orb" yang merupakan rakitan 4 bagian, (2 setengah bola, 1 dasar bola, 1 tabung). Ini memiliki cut-out khusus untuk memungkinkan pipa pompa air & sensor kelembaban kapasitif dimasukkan ke bagian tanah.

Di dasar desain Anda dapat melihat kotak kontrol, ini menampung elektronik & memberikan kekakuan bingkai. Pada bagian ini kita dapat melihat tampilan User Interface & Controls.

Langkah 8: Mekanik - Bagian Cetakan 3D

Perakitan mekanis membutuhkan berbagai bagian cetak 3D, Kurung Bingkai Sudut, Dudukan Panel Samping, Engsel Pintu, Dudukan LED & Braket Kotak Kontrol, Bagian-bagian ini kira-kira harus memiliki berat 750g dan waktu cetak 44 jam.

Bagian-bagiannya dapat diekspor dari perakitan 3D yang ditautkan pada halaman sebelumnya atau dapat ditemukan di thingiverse di sini, www.thingiverse.com/thing:4140191

Langkah 9: Mekanik - Perakitan

Perhatikan bahwa myassembly saya melewatkan bagian dinding enklosur, sebagian besar karena keterbatasan waktu & biaya, Pertama, kita perlu memotong Pipa PVC menjadi 440mm, kita akan membutuhkan 8 bagian pipa seperti ini. 8 Dudukan LED Dicetak & 4 Kurung Sudut Bingkai.

Sekarang kita perlu menyiapkan strip LED,

1. Potong strip pada tanda gunting dengan panjang sekitar 15cm, kita perlu memotong 8 bagian strip LED
2. Buka bantalan + & - dengan melepas sedikit karet
3. Solder konektor header laki-laki (Potong bagian 3 dan solder setiap ujungnya ke pad)
4. Lepaskan pelindung perekat di bagian belakang setiap strip dan pasang ke bagian printer 3D dudukan LED.
5. Sekarang buat kabel untuk menghubungkan semua positif & negatif dari setiap strip
6. Terakhir nyalakan dan periksa apakah semua LED berfungsi

Langkah 10: Proyek - Kemajuan Sejauh Ini

Sejauh ini sejauh yang saya dapatkan melalui perakitan proyek ini, Saya berencana untuk terus memperbarui panduan ini saat proyek berkembang,

Apa yang tersisa untuk dilakukan?

• Perakitan kotak kontrol lengkap
• Elektronik Rumah
• Uji sistem pemompaan air
• Tinjau kemajuan

Langkah 11: Pelajaran yang Dipetik

Meskipun sampai sekarang proyek ini belum selesai, saya masih belajar beberapa hal penting dari meneliti proyek ini.

Dinamika fluida dalam gayaberat mikro

Ini adalah subjek yang luar biasa kompleks, yang memperkenalkan banyak masalah tak terlihat untuk dinamika fluida berbasis gravitasi standar. Semua naluri alami kita tentang bagaimana cairan akan bertindak keluar dari jendela dalam gayaberat mikro dan NASA harus menemukan kembali roda untuk membuat sistem berbasis bumi yang relatif sederhana berfungsi.

Penginderaan Kelembaban

Pelajari tentang berbagai metode yang biasa digunakan untuk deteksi kelembapan (Sensor Volumetrik, Tensiometer & Keadaan Padat, lihat tautan ini untuk bacaan yang bagus tentang topik

Catatan Kecil

Pipa PVC sangat baik untuk membuat rangka dengan cepat, Saya membutuhkan alat pertukangan yang lebih baik!

Rencanakan proyek hobi, segmen tugas, dan tetapkan tenggat waktu seperti di tempat kerja!

Langkah 12: Pekerjaan Masa Depan

Setelah membaca tentang bagaimana kami mengelola dinamika fluida dalam gayaberat mikro, saya sangat tertarik untuk merancang solusi saya sendiri untuk masalah tersebut, Saya ingin mengambil desain kasar ini lebih jauh, ide untuk sistem ini adalah menggunakan tangki bellow dengan motor stepper yang dapat memampatkan area wadah untuk mempertahankan tekanan pipa tertentu.

Langkah 13: Kesimpulan

Terima kasih telah membaca Saya harap Anda menikmati, jika Anda memiliki pertanyaan atau ingin bantuan dengan apa pun yang tercakup dalam proyek ini, jangan ragu untuk berkomentar!

Mendongkrak.