ISS: 5 қадам үшін Hollow's Wolverine Grow текшесін бұзыңыз

2024 Автор: John Day | [email protected]. Соңғы өзгертілген: 2024-01-30 10:24

Біз Нью -Йорк штатының Лонг -Айленд қаласындағы West Hollow орта мектебіміз. Біз инженерлерге ұмтыламыз, біз аптасына бір рет Hack the Hollow деп аталатын клубта кездесеміз, онда біз көптеген өндірушілердің жобаларын жасаймыз, кодтаймыз және құрамыз. Біз жұмыс жасайтын барлық жобалармен мына жерден таныса аласыз. Біздің басты назарымыз тамақ пен экологиялық робототехниканың болашағын зерттеу болды. Біз ғылыми зертханамыздың артында оқытушы Регини мырзамен автоматтандырылған вертикальды гидропоника фермасын жинадық. Біз сондай -ақ соңғы екі жылда GBE бағдарламасына қатыстық. Біз бұл сынақ жоғары сынып оқушыларын шақырғанын білеміз, бірақ біз сізді мектептегі талисманымызбен аталған Вольверинмен таныстыру үшін тағы екі жыл күтуге өте қуаныштымыз. Бұл біз жасайтын нәрсе!

Бұл жобада сіз Arduino, Raspberry Pi және олармен бірге жүретін барлық электронды тәттілерді қоса, біз ұнататын көптеген заттарды таба аласыз. Біз текшені жобалау үшін TinkerCad -тен жоғары деңгейдегі Fusion 360 қолдануды ұнаттық. Бұл жоба кейбір жаңа платформаларда тісімізді кесуге тамаша мүмкіндік болды. Біз дизайнерлік топтарға бөліндік, олардың әрқайсысы Grow Cube бір аспектісіне назар аударуы керек еді. Біз оны жақтауға, қақпақ пен табақшаға, жарықтандыруға, қабырғаларды өсіруге, суға, желдеткіштерге және экологиялық сенсорларға бөлдік. Біз келесі қадамдарда талқыланатын бөліктерді визуализациялауға көмек қажет болса, біз өзіміз пайдаланатын барлық материалдарға сілтеме жасадық. Сізге ұнайды деп үміттенеміз!

Жабдықтар

Рамка:

• 1 «80/20 алюминий экструзиясы
• Ти жаңғақтар
• Қолдау жақшалары
• Ілмектер
• Т-каналы үйлесімді планерлік қосылыстар
• Т-каналы үйлесімді түтік пен сым бағыттағыштары
• Есіктерді жабуға арналған магниттер
• 3 x магнитті қамысты қосқыштар

Қабырғаларды өсіру:

• Farm Tech төмен профильді NFT арналары
• NFT арнасының қақпақтары
• Гофрленген пластиктен жасалған парақтар
• Алынатын арналарды орнында ұстауға арналған магниттер

Қақпақ:

• Гофрленген пластикалық парақ
• 3D басып шығарылған жарықдиодты шамдар (Fusion 360)
• Пластикалық тоқтаулар мен электроникаға арналған жабдықтар

Жарықтандыру:

• Adafruit (60LED/м) мекенжайы бойынша неопиксельді жолақтар
• Неопиксельді қосқыштар
• Неопиксельді клиптер
• 330uF, 35В ажырататын конденсатор
• 1К Ом резисторы
• Күмістелген HVAC алюминий фольга таспасы
• Бак түрлендіргіші

Су: (Біздің сүйікті ерекшелігі):

• 2 x Nema 17 қадамдық қозғалтқыштар
• Adafruit Stepper Shield Arduino үшін
• 3D басып шығарылған желілік жетекті шприц сорғы (Fusion 360)
• 2 x 100-300 мл шприцтер
• Люер құлыптау қосылыстары мен шынтақ/шынтақ буындары бар құбырлар
• 2 x 300mm x 8mm T8 бұрандалар мен гайкалар
• 2 x ұштық қосқыш
• 2 x жастықшалы блоктар
• 4 x 300мм х 8мм қозғалыссыз өзек білігінің бағыттаушылары
• 4 x 8 мм LM8UU сызықтық мойынтіректер
• Топырақты бақылауға және шприц сорғыларын басқаруға арналған 4 x DF Robot сыйымдылыққа төзімді ылғал датчиктері

Ауа айналымы:

• 2х5 дюймдік 12В желдеткіштер
• 5 «желдеткіш сүзгі қақпақтары
• 2 x TIP120 Дарлингтон транзисторлары мен жылу қабылдағыштар
• 12 В қуат көзі
• Панель бекіткіші баррель ұясына қосылу адаптері
• 2 x 1K Ом резисторлары
• 2 рет ұшатын диодтар
• 2 x 330uF, 35В электролиттік ажырататын конденсаторлар
• DHT22 температура мен ылғалдылық сенсоры 4,7К Ом резисторымен

Электроника:

• Raspberry Pi 3B+ w/ моторлы қалпақ
• 8 ГБ SD картасы
• Ардуино Мега
• Adafruit perma-proto нан тақтасы
• 2 x 20x4 i2C СКД
• 22AWG қосалқы сымдар
• Dupont қосқыш жиынтығы
• Adafruit SGP30 ауа сапасы сенсоры w/ eCO2

Құралдар:

• Пісіру темірі
• Дәнекерлеуге арналған жинақ
• Көмекші қолдар
• Сымдарды қысу және аршу құралдары
• Бұрауыштар
• Кофе (Регини мырза үшін)

1 -қадам: 1 -қадам: жақтауды құру

Жақтау 1 дюймдік 80/20 т арнадағы алюминий экструзиясының көмегімен салынады. Ол алюминий шынтақтар мен гайкалармен бекітіледі. Арықтауды сақтаудан басқа, арналар біздің су үшін бағыттаушы жол ретінде қызмет етеді. желілер мен сымдар.

Текше текшенің алдыңғы бетін ғана емес, оның екі жағын да ашу үшін текшені қабырғадан шығаруға мүмкіндік беретін жылжымалы қосылыстармен жабдықталған рельстер жиынтығына тіреледі. Бұған шабыт біздің студенттердің бірі үйдегі ас үй шкафтарындағы дәмдеуіштер туралы ойланып келді.

Қарапайым ілмектерді қолдана отырып, алдыңғы және бүйірлік бөліктерде текшені рельстерден шығарғанда ашылатын есіктер болады. Оларды жабылған кезде магниттер ұстайды. Бұл текшенің барлық 6 тақтасы алынбалы, өйткені барлық беттер магниттермен бекітілген. Бұл дизайн таңдауының мақсаты - егістікке, өсімдіктерді күтуге, деректерді жинауға, жинауға, тазалауға/тазалауға барлық беттерге оңай қол жеткізу.

Сіз панельдердің дизайнын келесі қадамда көре аласыз.

2 -қадам: 2 -қадам: өсу қабырғаларын салу

Біз ойлаған бірінші элемент - бұл қабырғалардың өздері үшін қолданылатын материалдар. Біз олардың жеңіл болуы керек екенін білдік, бірақ өсімдіктерді қолдау үшін жеткілікті күшті. Ақ гофрленген пластик мөлдір акрилден таңдалды, бірақ біз оның ішіндегі өсімдіктерді көре алатын V. E. G. G. I. E суреттерін жақсы көрдік. Бұл шешімнің себебі, бұл көріністің көп бөлігіне өсімдік арналары кедергі келтіретіндіктен болды, және біз жарықдиодты шамдардың мүмкіндігінше жарықтың көп бөлігін көрсеткіміз келді. Бұл логика бізді GBE қатысуы аясында жіберілген бөлімді тексеруден келді. Алдыңғы қадамда айтылғандай, бұл пластиналар алюминий жақтауға магнитпен бекітілген, сондықтан оларды оңай алып тастауға болады.

Бұл пластиналарға біз гидропоника зертханасында қолданатын төмен профильді NFT рельстерінің үш каналы бекітілген. Бізге бұл таңдау ұнайды, себебі олар жастықтарды отырғызу үшін оңай сырғып кететін қақпақтары бар жұқа ПВХ -дан жасалған. Барлық өсіп келе жатқан ақпарат құралдары біз осы мақаланы оқыған кезде ХҒС -да қолданылған арнайы жасалған жастықтардың ішінде болады. Рельстер арасындағы барлық панельдер өсіп келе жатқан шамдардың шағылуын жақсарту үшін күмістелген HVAC оқшаулағыш таспамен қапталған болады.

Біздің тесіктер 1 3/4 дюйм және ортасында 6 дюйм қашықтықта орналасқан. Бұл текшенің төрт панелінің әрқайсысына 9 отырғызу алаңын құруға мүмкіндік береді, барлығы 36 өсімдік. Біз бұл аралықты қызыл түске сәйкес сақтауға тырыстық. Топырақтағы ылғалдылықты бақылайтын және шприц сорғыларынан су алатын біздің ылғал датчиктерімізді қабылдайтын арналар саңылаулармен өңделеді, гидравликалық қондырғы әр сорғыға медициналық түтікті суару коллекторы арқылы әрбір өсімдік жастығына таратылады. Бұл шприцке негізделген суару әдісі-біз дәл суару үшін де, нөлдік/микро гравитациялық ортаның қиындықтарын жеңу үшін де ең жақсы тәжірибе ретінде зерттедік. Біз судың өсіп келе жатқан ортаға таралуына көмектесу үшін капиллярлыққа сүйенетін боламыз.

Ақырында, біз негізгі тақтаны қолданудың жолын тапқымыз келді. Біз кішкене ерін жасадық, ол жасыл шөптерді өсіруге арналған матаны қабылдайды. Микро шөптер жетілгенге қарағанда 40 есе маңызды қоректік заттарға ие екені белгілі. Бұл ғарышкерлердің диетасына өте пайдалы болуы мүмкін. Бұл біздің студенттер микро шөптердің тағамдық құндылығы туралы тапқан бір мақала.

3 -қадам: 3 -қадам: өсімдіктерді суару

Біз алдыңғы қадамда желілік жетекті шприц сорғыларына сілтеме жасадық. Бұл біздің құрылыстың ең сүйікті бөлігі. NEMA 17 қадамдық қозғалтқыштары текшенің қақпағындағы 100см-300сс екі шприцтің поршенін басатын сызықты жетектерді басқарады. Біз мотор корпусын, плунжер жүргізушісін және бағыттаушы рельс қондырғысын Fack 360 көмегімен Hackaday -де ашық бастапқы коды бар кейбір керемет жобаларды тексергеннен кейін жасадық. Біз моторды қалай басқаруды үйрену үшін Adafruit -тің таңғажайып веб -сайтында осы оқулықты орындадық.

Біз ғарышкерлерді суару міндетінен босатудың жолын іздегіміз келді. Қысқыштар жүйе ішіндегі өсімдіктер өздерінің суын шақырған кезде іске қосылады. 4 сыйымдылық ылғалдылық датчигі өсімдіктің әр түрлі жеріндегі өсімдік жастықтарына қосылады. Жүйедегі әрбір отырғызу алаңында бұл датчиктерді өсіру арналарына енгізуге арналған слот бар. Бұл сенсорлардың орналасуын ғарышкерлер таңдауға және мезгіл -мезгіл өзгертуге мүмкіндік береді. Судың жүйеде таралу тиімділігін арттырумен қатар, ол әрбір өсімдік суды қалай тұтынатынын көруге мүмкіндік береді. Ылғалдық шектерді ғарышкерлер суаруды олардың қажеттіліктеріне сәйкес автоматтандыратын етіп орната алады. Шприцтер толтыруды жеңілдету үшін Luer құлыптау қосылыстары бар негізгі суару коллекторына бекітілген. Өсіру панельдерінің өзі суару коллекторына ұқсас қосылу хаттамасын қолданады, сондықтан оларды текшеден оңай алып тастауға болады.

Датчиктер жинайтын деректерді қақпақшаға бекітілген 20х4 СКД экранында жергілікті түрде оқуға болады немесе ол жүйенің Cayenne немесе Adafruit IO IoT платформаларымен интеграциялануы арқылы жиналады, көрсетіледі және графигі болады. Arduino Raspberry Pi бортына USB кабелінің көмегімен деректерді жібереді, содан кейін Pi -дің Wi -Fi картасын қолдана отырып интернетке шығады. Бұл платформаларда ғарышкерлерге біздің жүйелік айнымалылардың кез келгені алдын ала белгіленген шекті мәндерден шыққан кезде хабарлау үшін ескертулер орнатуға болады.

4 -қадам: 4 -қадам: жарықтандырғыш пен желдеткішті басқаратын ақылды қақпақ

Біздің өсіп келе жатқан текшеміздің қақпағы бүкіл операцияның миы ретінде қызмет етеді, сонымен қатар өсіп келе жатқан маңызды элементтерді орналастырады. Қақпақтың астыңғы жағынан төмен қарай созылған жарық диодты корпус 3D басып шығарылған, ол қабырға тақтайшаларының әрқайсысына жарық береді, сонымен қатар астыңғы жағындағы микро жасыл төсенішті жарықтандырады. Бұл қайтадан Fusion 360 -та жасалып, біздің MakerBot -те басылды. Әр жарық ұясында вогнуты тірекпен қорғалған 3 жарықдиодты жолақ бар. Бұл тірек оның шағылуын жоғарылату үшін HVAC оқшаулағыш таспамен көмкерілген. Қуат пен қақпақтың жоғарғы жағындағы деректерге қол жеткізу үшін сымдар орталық қуыс бағанадан өтеді. Бұл корпустың көлемі оның айналасында өсетін өсімдіктердің максималды биіктігі 8 дюймге жетуге мүмкіндік беретін ізге ие болу үшін таңдалды. Бұл сан біздің зертханада вертикальды гидропоникалық бақтарда өсетін жетілген керемет салаттардың орташа биіктігі екені анықталды. Олардың биіктігі 12 дюймге дейін жетуі мүмкін, бірақ біз ғарышкерлердің өсіп келе жатқанда бұларды жайып жүретінін білдік, бұл текшені қайта кесу.

Біз қолданатын неопиксельдер жеке адрестеледі, яғни олар шығаратын түс спектрін басқара аламыз. Бұл өсімдіктердің өсуінің әр түрлі кезеңдерінде немесе түрлерден түрлерге түсетін жарық спектрлерін өзгерту үшін қолданыла алады. Қалқандар қажет болған жағдайда әр қабырғаға әр түрлі жарықтандыру жағдайларын жасауға арналған. Біз бұл тамаша қондырғы емес екенін және біз қолданатын шамдар техникалық тұрғыдан өсетін шамдар емес екенін түсінеміз, бірақ біз бұл тұжырымдаманың жақсы дәлелі екенін сездік.

Қақпақтың жоғарғы жағында әдетте компьютер мұнараларының температурасын бақылау үшін қолданылатын 5 дюймдік 12В екі салқындату желдеткіші орналасқан. Біз оны біреуі жүйеге ауаны итеріп жіберетін етіп жасадық, ал екіншісі ауаны шығару қызметін атқарды. Екеуі де қоқыс шығарылмауы үшін және ғарышкердің тыныс алу ортасына түспеуі үшін жұқа торлы экранмен жабылған. Есіктерге бекітілген магнитті қамысты қосқыштардың кез келгені ауаның байқаусыз ластануын болдырмау үшін ашық болған кезде желдеткіштер өшіріледі. Желдеткіштердің жылдамдығы PWM арқылы Raspberry pi Motor HAT көмегімен басқарылады. Желдеткіштер текшенің ішіне ендірілген DHT22 сенсоры арқылы Pi -ге берілетін температура немесе ылғалдылық мәніне байланысты жылдамдатылуы немесе баяулауы мүмкін. Бұл көрсеткіштерді жергілікті жерде СКД -де немесе ылғал сенсорлары сияқты IoT бақылау тақтасында алыстан көруге болады.

Фотосинтез туралы ойлана отырып, біз сонымен бірге өсіп келе жатқан текшедегі СО2 деңгейі мен жалпы ауа сапасын есепке алғымыз келді. Осы мақсатта біз eCO2 және жалпы VOC бақылау үшін SGP30 сенсорын енгіздік. Олар сондай -ақ визуализация үшін СКД мен IoT бақылау тақтасына жіберіледі.

Сіз біздің жұп шприц сорғылары қақпақтың бүйіріне орнатылғанын көресіз. Олардың түтіктері алюминий экструзионды тіреу рамасының вертикальды каналдарына бағытталған.

5 -қадам: Қорытынды ойлар мен болашақ қайталаулар

Біз Волверинді бірге тамақ өсіру кезінде алған білімдерімізді қолдана отырып жасадық. Біз бірнеше жылдан бері бақшамызды автоматтандырып келеміз, бұл бірегей инженерлік тапсырманы орындаудың керемет мүмкіндігі болды. Біз дизайнның қарапайым бастамалары бар екенін түсінеміз, бірақ біз онымен бірге өсуді асыға күтеміз.

Белгіленген мерзімге дейін аяқтай алмайтын құрылыстың бір аспектісі - суретке түсіру. Біздің студенттердің бірі Raspberry Pi камерасымен және OpenCV -мен тәжірибе жасап, машиналық оқыту арқылы өсімдіктердің денсаулығын анықтауды автоматтандыруға болатынын білді. Біз, ең болмағанда, есікті ашпай -ақ өсімдіктерді көруге мүмкіндік алғымыз келді. Әр өсіп келе жатқан қабырғаның суретін түсіру үшін үстіңгі тақтаның төменгі жағында айнала алатын панельді қисайту механизмін қосу керек болды, содан кейін оларды визуализация үшін Adafruit IO бақылау тақтасына басып шығарды. Бұл өсіп келе жатқан дақылдардың шынымен де керемет уақытты кешіктіруі мүмкін. Бұл инженерлік жобалау процесінің бір бөлігі деп ойлаймыз. Әрқашан жасалатын жұмыс болады және жақсартулар болады. Қатысуға мүмкіндік бергеніңіз үшін көп рахмет!