Producteur de plantes en microgravité "Disco Ball": 13 étapes

2024 Auteur: John Day | [email protected]. Dernière modifié: 2024-01-30 09:06

Bonjour lecteurs, ce projet est une soumission professionnelle au concours Growing Beyond Earth Maker.

Ce projet est une preuve de concept pour une conception potentielle de jardinière qui pourrait être utilisée pour faire pousser des plantes en microgravité.

Sur la base des règles du concours, j'ai énuméré les exigences du système,

1. Le système doit tenir dans une zone de 50 cm^3.
2. Le système doit tirer parti de la microgravité.
3. Le système peut être orienté dans n'importe quelle position
4. Le système peut être alimenté en externe par les rails d'alimentation internes de l'ISS.
5. Le système doit automatiser une grande partie du processus de croissance avec une interaction minimale des astronautes.

avec les hypothèses ci-dessus, j'ai commencé à concevoir le système.

Étape 1: Proposition de projet

Pour commencer, j'ai dessiné un aperçu de ce à quoi je pensais que le système pourrait ressembler, L'idée initiale que j'ai eue était un globe suspendu au centre de l'environnement de culture avec un éclairage monté sur le cadre environnant.

La base de cette boîte abriterait l'eau et l'électronique.

A ce stade, j'ai commencé à énumérer le tri des composants potentiels d'un tel système,

1. Cadre - Aurait besoin de sélectionner un matériau de cadre approprié
2. Éclairage - Quel type d'éclairage serait le mieux ? Bandes LED ?
3. Capteurs - Pour que le système soit automatisé, il doit être capable de détecter des éléments d'humidité tels que l'humidité et la température.
4. Contrôle - L'utilisateur aurait besoin d'un moyen d'interagir avec le MCU

L'objectif de ce projet est de produire une preuve de concept, sur la base des leçons apprises, je ferai une liste des travaux et développements futurs nécessaires pour pousser cette idée plus loin.

Étape 2: Preuve de concept - Nomenclature

La nomenclature (Bill of Materials) de ce projet coûtera environ 130 £ pour commander tout le nécessaire, dont environ 100 £ seront utilisées pour fabriquer une seule unité de culture de plantes.

Il est probable que vous auriez une bonne partie des composants électroniques réduisant considérablement le code.

Étape 3: Électronique - Conception

J'ai utilisé Fritzing pour planifier l'électronique requise pour ce projet, Les connexions doivent se dérouler comme suit,

LCD 16x2 I2C

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

Encodeur rotatif (D3 et D2 ont été sélectionnés car ce sont les broches Arduino Uno Interupt)

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

Capteur de température DS18B20

1. TERRE > TERRE
2. DQ > D4 (Arduino, avec un pull up 5V de 4k7)
3. Disque dur > 5V

Capteur d'humidité du sol

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

Module de relais double

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

pour les autres liens, veuillez regarder le diagramme ci-dessus.

Étape 4: Électronique - Assemblage

J'ai assemblé l'électronique comme décrit dans le schéma de la page précédente, J'ai utilisé le protoboard pour faire un shield pour l'Arduino Uno, Pour ce faire, j'ai cassé la carte à environ la taille de l'Uno, puis j'ai ajouté des broches d'en-tête mâles alignées avec les en-têtes femelles de l'Uno.

Si les connexions correspondent au schéma précédent, le système devrait fonctionner correctement, il peut être judicieux de disposer les connexions de la même manière que moi pour plus de simplicité.

Étape 5: Logiciel - Planifier

L'idée générale de la fonctionnalité du logiciel est que le système boucle en permanence la lecture des valeurs du capteur. À chaque cycle, les valeurs seront affichées sur l'écran LCD.

L'utilisateur pourra accéder au menu en maintenant le commutateur rotatif enfoncé, une fois cela détecté, l'interface utilisateur du menu s'ouvrira. L'utilisateur disposera de quelques pages,

1. Démarrer la pompe à eau
2. Basculer l'état de la LED (On / Off)
3. Changer le mode système (automatique/manuel)
4. Quitter le menu

Si l'utilisateur a sélectionné le mode automatique, le système vérifiera si les niveaux d'humidité sont dans la valeur seuil, s'ils ne le sont pas, il pompera automatiquement l'eau, attendra un délai fixe et revérifiera.

Il s'agit d'un système d'automatisation de base, mais il fonctionnera comme point de départ pour les développements futurs.

Étape 6: Logiciel - Développement

Bibliothèques requises

• DallasTempérature
• LiquidCrystal_I2C-master
• Un fil

Remarques sur le logiciel

Ce code est le premier projet de code qui donne au système les fonctionnalités de base, il comprend

Voir le Nasa_Planter_Code_V0p6.ino ci-joint pour la dernière version du code système, Lectures de température et d'humidité sur l'écran.

Mode automatique et mode manuel - L'utilisateur peut faire en sorte que le système pompe automatiquement l'eau à un seuil d'humidité

Étalonnage du capteur d'humidité - AirValue et WaterValue doivent être remplis manuellement car chaque capteur sera légèrement différent.

Interface utilisateur pour le contrôle du système.

Étape 7: Mécanique - Conception (CAO)

Pour concevoir ce système, j'ai utilisé Fusion 360, l'assemblage final peut être consulté/téléchargé à partir du lien ci-dessous

a360.co/2NLnAQT

L'assemblage s'intègre dans la zone de compétition de 50 cm^3 et a utilisé un tuyau en PVC pour construire le cadre de la boîte, avec un support imprimé en 3D pour les joints d'angle. Ce cadre a plus de pièces imprimées en 3D qui sont utilisées pour monter les murs de l'enceinte et l'éclairage LED.

Au centre de l'enceinte se trouve la jardinière "Disco Orb" qui est un assemblage en 4 parties, (2 demi-orbe, 1 base d'orbe, 1 tube). Cela a des découpes spécifiques pour permettre au tuyau de la pompe à eau et au capteur d'humidité capacitif d'être insérés dans la section du sol.

À la base de la conception, vous pouvez voir le boîtier de commande, celui-ci abrite l'électronique et donne la rigidité du cadre. Dans cette section, nous pouvons voir l'affichage et les commandes de l'interface utilisateur.

Étape 8: Mécanique - Pièces imprimées en 3D

L'assemblage mécanique nécessite diverses pièces imprimées en 3D, Supports de cadre d'angle, supports de panneau latéral, charnière de porte, supports de LED et supports de boîtier de commande, Ces pièces devraient totaliser environ 750 g de poids et 44 heures de temps d'impression.

Les pièces peuvent soit être exportées à partir de l'assemblage 3D lié à la page précédente, soit être trouvées sur thingiverse ici, www.thingverse.com/thing:4140191

Étape 9: Mécanique - Assemblage

Notez que mon assemblage, j'ai sauté les pièces de la paroi de l'enceinte, principalement en raison de limitations de temps et de coût, Tout d'abord, nous devons réduire le tuyau en PVC à des sections de 440 mm, nous aurons besoin de 8 sections de tuyau comme celle-ci. 8 supports de LED imprimés et 4 supports d'angle de cadre.

Maintenant, nous devons préparer les bandes LED,

1. Coupez les bandes au niveau des marques de ciseaux à environ 15 cm de longueur, nous devons couper 8 sections de bande LED
2. Exposez les + & - Pads en enlevant un peu de caoutchouc
3. Soudez les connecteurs mâles (coupez des sections de 3 et soudez chaque extrémité à une pastille)
4. Retirez le protecteur adhésif au dos de chaque bande et fixez-le aux pièces de l'imprimante 3D à monture LED.
5. Faites maintenant un câble pour relier tous les positifs et négatifs de chaque bande
6. Enfin, allumez-le et vérifiez que toutes les LED fonctionnent

Étape 10: Projet - Progrès jusqu'à présent

Jusqu'à présent, c'est aussi loin que je suis parvenu à l'assemblage de ce projet, Je prévois de continuer à mettre à jour ce guide au fur et à mesure du développement du projet,

Que reste-t-il à faire

• Assemblage complet du boîtier de commande
• Électronique de la maison
• Testez le système de pompage d'eau
• Examiner les progrès

Étape 11: Leçons apprises

Même si pour l'instant le projet n'est pas terminé, j'ai quand même appris quelques choses importantes en faisant des recherches sur ce projet.

Dynamique des fluides en microgravité

Il s'agit d'un sujet étonnamment complexe, qui introduit de nombreux problèmes inédits pour la dynamique des fluides basée sur la gravité standard. Tous nos instincts naturels sur la façon dont les fluides vont agir s'échappent de la fenêtre en microgravité et la NASA a dû réinventer la roue pour faire fonctionner des systèmes terrestres relativement simples.

Détection d'humidité

Découvrez les différentes méthodes couramment utilisées pour la détection d'humidité (capteurs volumétriques, tensiomètres et semi-conducteurs, voir ce lien pour une bonne lecture sur le sujet

Notes mineures

Le tuyau en PVC est excellent pour la construction rapide de cadres, J'ai besoin de meilleurs outils de menuiserie !

Planifiez à l'avance vos projets de loisirs, segmentez les tâches et fixez-vous des délais comme au travail !

Étape 12: Travail futur

Après avoir lu sur la façon dont nous gérons la dynamique des fluides en microgravité, je suis très intéressé par la conception de ma propre solution au problème, J'aimerais aller plus loin dans cette conception approximative, l'idée de ce système est d'utiliser un réservoir à soufflet avec des moteurs pas à pas qui peuvent comprimer la zone du conteneur pour maintenir une certaine pression dans le tuyau.

Étape 13: Conclusion

Merci d'avoir lu, j'espère que vous avez apprécié, si vous avez des questions ou si vous souhaitez de l'aide pour tout ce qui est couvert dans ce projet, n'hésitez pas à commenter !

Jack.