مزارع الجاذبية الصغرى "كرة الديسكو": 13 خطوة

2024 مؤلف: John Day | [email protected]. آخر تعديل: 2024-01-30 07:38

مرحبًا أيها القراء ، هذا المشروع عبارة عن تقديم احترافي لمسابقة Growing Beyond Earth Maker.

هذا المشروع هو دليل على مفهوم لتصميم زارع محتمل يمكن استخدامه لوضع خطة في الجاذبية الصغرى.

بناءً على قواعد المسابقة التي أدرجت فيها متطلبات النظام ،

1. يجب أن يتناسب النظام مع مساحة ٥٠ سم ^ ٣.
2. يجب أن يستفيد النظام من الجاذبية الصغرى.
3. يمكن توجيه النظام في أي موقف
4. يمكن أن يكون النظام مصدر طاقة خارجيًا من قضبان الطاقة الداخلية لمحطة الفضاء الدولية.
5. يجب أن يقوم النظام بأتمتة الكثير من العملية المتنامية بأقل قدر من التفاعل من رواد الفضاء.

مع الافتراضات المذكورة أعلاه بدأت في تصميم النظام.

الخطوة 1: اقتراح المشروع

للبدء ، رسمت مخططًا تقريبيًا لما اعتقدت أنه يمكن أن يبدو عليه النظام ،

كانت الفكرة الأولية التي خطرت لي هي كرة معلقة في وسط البيئة المتنامية مع إضاءة مثبتة على الإطار المحيط.

ستحتوي قاعدة هذا الصندوق على الماء والإلكترونيات.

في هذه المرحلة ، بدأت في سرد نوع المكونات المحتملة لمثل هذا النظام ،

1. الإطار - سيحتاج إلى تحديد مادة إطار مناسبة
2. الإضاءة - ما نوع الإضاءة الأفضل؟ الشرائط التي تقودها؟
3. المستشعرات - لكي يكون النظام آليًا ، يجب أن يكون قادرًا على استشعار أشياء رطبة مثل الرطوبة ودرجة الحرارة.
4. التحكم - سيحتاج المستخدم إلى طريقة للتفاعل مع MCU

الهدف من هذا المشروع هو إنتاج إثبات للمفهوم ، استنادًا إلى الدروس المستفادة ، وسأقوم بإعداد قائمة بالعمل المستقبلي والتطوير المطلوب لمواصلة هذه الفكرة.

الخطوة 2: إثبات المفهوم - BOM

سيكلف BOM (فاتورة المواد) لهذا المشروع حوالي 130 جنيهًا إسترلينيًا لطلب كل ما هو مطلوب ، وسيتم استخدام حوالي 100 جنيه إسترليني من هذه التكلفة لإنشاء وحدة مزارع نباتية واحدة.

من المحتمل أن يكون لديك جزء لا بأس به من مكونات الإلكترونيات يعمل على تقليل الشفرة بشكل كبير.

الخطوة الثالثة: الإلكترونيات - التصميم

لقد استخدمت Fritzing لتخطيط الإلكترونيات المطلوبة لهذا المشروع ،

يجب أن تسير الاتصالات على النحو التالي ،

شاشة LCD 16x2 I2C

1. GND> GND
2. VCC> 5 فولت
3. SDA> A4 (اردوينو)
4. SCL> A5 (اردوينو)

التشفير الروتاري (تم اختيار D3 & D2 لأنهما دبابيس Arduino Uno Interupt)

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

DS18B20 مستشعر درجة الحرارة

1. GND> GND
2. DQ> D4 (Arduino ، مع سحب 5 فولت من 4k7)
3. VDD> 5 فولت

مستشعر رطوبة التربة

1. A> A0 (اردوينو)
2. -> GND
3. +> 5 فولت

وحدة الترحيل المزدوج

1. VCC> 5 فولت
2. INC2> D12 (اردوينو)
3. INC1> D13 (اردوينو)
4. GND> GND

بالنسبة للروابط الأخرى ، يرجى إلقاء نظرة على الرسم البياني أعلاه.

الخطوة 4: الإلكترونيات - التجميع

قمت بتجميع الأجهزة الإلكترونية كما هو موضح في مخطط الصفحة السابقة ،

لقد استخدمت لوح الحماية لصنع درع لـ Arduino Uno ،

للقيام بذلك ، كسرت اللوحة إلى حجم Uno تقريبًا ، ثم أضفت دبابيس رأس ذكورية تتماشى مع الرؤوس الأنثوية في Uno.

إذا كانت التوصيلات تتطابق مع الرسم التخطيطي السابق ، يجب أن يعمل النظام بشكل صحيح ، فقد يكون من الجيد تخطيط الاتصالات بطريقة مماثلة لي من أجل البساطة.

الخطوة 5: البرنامج - الخطة

الفكرة العامة لوظيفة البرنامج هي أن يقوم النظام بالتكرار المستمر حول قراءة قيم المستشعر. في كل دورة ، سيتم عرض القيم على شاشة LCD.

سيتمكن المستخدم من الوصول إلى القائمة عن طريق الضغط باستمرار على المفتاح الدوار ، بمجرد اكتشاف ذلك ، سيتم فتح واجهة مستخدم القائمة. سيكون لدى المستخدم بضع صفحات متاحة ،

1. بدء تشغيل مضخة المياه
2. تبديل حالة LED (تشغيل / إيقاف)
3. تغيير وضع النظام (تلقائي / يدوي)
4. قائمة الخروج

إذا حدد المستخدم الوضع التلقائي ، فسيقوم النظام بالتحقق مما إذا كانت مستويات الرطوبة ضمن القيمة الحدية ، وإذا لم تكن كذلك ، فسيضخ الماء تلقائيًا في انتظار تأخير ثابت وإعادة التحقق.

هذا نظام أتمتة أساسي ولكنه سيعمل كنقطة انطلاق للتطورات المستقبلية.

الخطوة السادسة: البرمجيات - التطوير

المكتبات المطلوبة

• دالاس درجة الحرارة
• LiquidCrystal_I2C- سيد
• OneWire

ملاحظات البرنامج

هذا الرمز هو أول مشروع كود يعطي النظام الوظائف الأساسية ، بما في ذلك

راجع Nasa_Planter_Code_V0p6.ino المرفق للحصول على أحدث إصدار من كود النظام ،

عرض قراءات درجة الحرارة والرطوبة.

الوضع التلقائي والوضع اليدوي - يمكن للمستخدم جعل النظام يضخ المياه تلقائيًا عند عتبة الرطوبة

معايرة مستشعر Moisuture - يجب ملء محتوى AirValue و WaterValue يدويًا لأن كل مستشعر سيكون مختلفًا قليلاً.

واجهة المستخدم للتحكم في النظام.

الخطوة 7: ميكانيكي - تصميم (CAD)

لتصميم هذا النظام ، استخدمت Fusion 360 ، يمكن عرض / تنزيل التجميع النهائي من الرابط أدناه

a360.co/2NLnAQT

تتلاءم المجموعة مع مساحة المسابقة التي تبلغ 50 سم ^ 3 وقد استخدمت الأنابيب البلاستيكية لبناء إطار الصندوق ، مع دعامة مطبوعة ثلاثية الأبعاد لوصلات الزاوية. يحتوي هذا الإطار على المزيد من الأجزاء المطبوعة ثلاثية الأبعاد التي تُستخدم لتركيب جدران العلبة وإضاءة LED.

في وسط العلبة لدينا الغراس "Disco Orb" وهو عبارة عن تجميع مكون من 4 أجزاء ، (نصفان من الجرم السماوي ، وقاعدة واحدة من الجرم السماوي ، وأنبوب واحد). يحتوي هذا على قواطع محددة للسماح بإدخال أنبوب مضخة المياه ومستشعر الرطوبة السعوي في قسم التربة.

في قاعدة التصميم ، يمكنك رؤية صندوق التحكم ، الذي يضم الأجهزة الإلكترونية ويعطي الإطار صلابة. في هذا القسم يمكننا أن نرى واجهة المستخدم وعناصر التحكم.

الخطوة 8: ميكانيكي - أجزاء مطبوعة ثلاثية الأبعاد

يتطلب التجميع الميكانيكي أجزاء مطبوعة ثلاثية الأبعاد مختلفة ،

أقواس إطار الزاوية ، وحوامل اللوحة الجانبية ، ومفصلة الباب ، وحوامل LED وأقواس صندوق التحكم ،

يجب أن يبلغ إجمالي وزن هذه الأجزاء حوالي 750 جرامًا و 44 ساعة من وقت الطباعة.

يمكن تصدير الأجزاء إما من التجميع ثلاثي الأبعاد المرتبط بالصفحة السابقة أو يمكن العثور عليها في أشياء متنوعة هنا ،

www.thingiverse.com/thing:4140191

الخطوة 9: ميكانيكي - تجميع

لاحظ أن myassembly لقد تخطيت أجزاء جدار الضميمة ، ويرجع ذلك في الغالب إلى قيود الوقت والتكلفة ،

أولاً ، نحتاج إلى قطع أنبوب PVC إلى أقسام 440 مم ، وسنحتاج إلى 8 أقسام من الأنابيب مثل هذا. 8 حوامل LED مطبوعة و 4 أقواس زاوية للإطار.

الآن نحن بحاجة إلى إعداد شرائط LED ،

1. اقطع الشرائط عند علامات المقص بطول 15 سم تقريبًا ، نحتاج إلى قطع 8 أقسام من شريط LED
2. فضح الوسادات + & - عن طريق إزالة القليل من المطاط
3. لحام أسفل موصلات الرأس الذكرية (قم بقص أقسام من 3 ولحام كل طرف بلوحة)
4. قم بإزالة الواقي اللاصق الموجود على الجزء الخلفي من كل شريط وقم بإرفاقه بأجزاء الطابعة ثلاثية الأبعاد المزودة بمؤشر LED.
5. الآن قم بعمل كبل لربط جميع الإيجابيات والسلبيات لكل شريط
6. أخيرًا ، قم بتشغيله وتحقق من أن جميع مصابيح LED تعمل

الخطوة 10: المشروع - التقدم حتى الآن

حتى الآن هذا بقدر ما وصلت إلى تجميع هذا المشروع ،

أخطط لمواصلة تحديث هذا الدليل مع تطور المشروع ،

ماذا بقي للقيام به

• تجميع صندوق التحكم الكامل
• البيت للإلكترونيات
• اختبار نظام ضخ المياه
• مراجعة التقدم

الخطوة 11: الدروس المستفادة

على الرغم من أن المشروع لم يكتمل حتى الآن ، إلا أنني ما زلت قد تعلمت بعض الأشياء المهمة من البحث في هذا المشروع.

ديناميات الموائع في الجاذبية الصغرى

هذا موضوع معقد بشكل مثير للدهشة ، والذي يقدم الكثير من القضايا غير المرئية لديناميكيات الموائع القياسية القائمة على الجاذبية. كل غرائزنا الطبيعية لكيفية عمل السوائل تخرج من النافذة في الجاذبية الصغرى وكان على ناسا إعادة اختراع العجلة لجعل الأنظمة الأرضية البسيطة نسبيًا تعمل.

استشعار الرطوبة

تعرف على الطرق المختلفة المستخدمة بشكل شائع للكشف عن الرطوبة (أجهزة الاستشعار الحجمي ومقاييس التوتر والحالة الصلبة ، راجع هذا الرابط لقراءة جيدة عن الموضوع

ملاحظات ثانوية

الأنابيب البلاستيكية ممتازة لبناء الإطارات بسرعة ،

أحتاج أفضل أدوات النجارة!

خطط مسبقًا لمشاريع الهوايات وتقسيم المهام وتحديد مواعيد نهائية تمامًا مثل العمل!

الخطوة 12: العمل المستقبلي

بعد قراءة كيفية إدارتنا لديناميكيات السوائل في الجاذبية الصغرى ، أنا مهتم جدًا بتصميم الحل الخاص بي للمشكلة ،

أود أن أخذ هذا التصميم التقريبي إلى أبعد من ذلك ، فكرة هذا النظام هي استخدام خزان منفاخ مع محركات متدرجة يمكنها ضغط منطقة الحاوية للحفاظ على ضغط أنبوب معين.

الخطوة 13: الخاتمة

شكرًا على القراءة ، أتمنى أن تكون قد استمتعت ، إذا كان لديك أي أسئلة أو ترغب في المساعدة في أي شيء تمت تغطيته في هذا المشروع ، فلا تتردد في التعليق!

جاك.