ISS के लिए हॉलो के वूल्वरिन ग्रो क्यूब को हैक करें: 5 कदम

2024 लेखक: John Day | [email protected]. अंतिम बार संशोधित: 2024-01-30 09:20

हम लॉन्ग आइलैंड, NY से वेस्ट हॉलो मिडिल स्कूल हैं। हम इच्छुक इंजीनियर हैं जो हैक द हॉलो नामक क्लब में सप्ताह में एक बार मिलते हैं जिसमें हम कई निर्माता परियोजनाओं को डिजाइन, कोड और निर्माण करते हैं। आप यहां उन सभी परियोजनाओं की जांच कर सकते हैं जिन पर हम काम करते हैं। हमारा मुख्य ध्यान भोजन और पर्यावरण रोबोटिक्स के भविष्य का अध्ययन करने पर रहा है। हमने अपने शिक्षक श्री रेजिनी के साथ अपनी विज्ञान प्रयोगशाला के पीछे एक स्वचालित ऊर्ध्वाधर हाइड्रोपोनिक्स फार्म को इकट्ठा और रखरखाव किया है। हमने पिछले दो वर्षों से जीबीई कार्यक्रम में भी भाग लिया है। हम हाई स्कूल के छात्रों के लिए बुलाई गई इस चुनौती को जानते हैं, लेकिन हम आपको वूल्वरिन से परिचित कराने के लिए दो साल और इंतजार करने के लिए बहुत उत्साहित थे, जिसका नाम हमारे स्कूल शुभंकर के नाम पर रखा गया था। इस तरह हम करते हैं!

इस परियोजना में, आपको बहुत सी चीज़ें मिलेंगी जिनका हम उपयोग करना पसंद करते हैं, जिनमें Arduino, रास्पबेरी पाई और उनके साथ जाने वाले सभी इलेक्ट्रॉनिक उपहार शामिल हैं। हमने क्यूब को डिजाइन करने के लिए टिंकरकैड से एक कदम ऊपर फ्यूजन 360 का उपयोग करने का भी आनंद लिया। यह परियोजना कुछ नए निर्माता प्लेटफार्मों पर हमारे दांत काटने का एक सही अवसर था। हम डिज़ाइन टीमों में विभाजित हो गए थे, जिनमें से प्रत्येक को ग्रो क्यूब के एक पहलू पर ध्यान केंद्रित करना था। हमने इसे फ्रेम, ढक्कन और बेसप्लेट, लाइटिंग, ग्रो वॉल, पानी, पंखे और पर्यावरण सेंसर में तोड़ दिया। हमने अपनी आपूर्ति सूची में उन सभी सामग्रियों के लिंक बनाए हैं जिनका हम उपयोग कर रहे हैं यदि आपको उन भागों की कल्पना करने में सहायता की आवश्यकता है जिन पर आगे के चरणों में चर्चा की गई है। हमें उम्मीद है तुमने मजा किया!

आपूर्ति

फ़्रेम:

• 1 "80/20 एल्यूमीनियम एक्सट्रूज़न
• टी नट
• समर्थन कोष्ठक
• टिका
• टी-चैनल संगत ग्लाइडर जोड़
• टी-चैनल संगत ट्यूब और वायर गाइड
• दरवाजे बंद रखने के लिए चुंबक
• 3 एक्स चुंबकीय रीड स्विच

बढ़ती दीवारें:

• फार्म टेक लो प्रोफाइल एनएफटी चैनल
• एनएफटी चैनल कवर
• नालीदार प्लास्टिक शीट
• हटाने योग्य चैनलों को रखने के लिए मैग्नेट

ढक्कन:

• नालीदार प्लास्टिक शीट
• 3डी प्रिंटेड एलईडी ग्रो लाइट फिक्स्चर (फ्यूजन 360)
• इलेक्ट्रॉनिक्स के लिए प्लास्टिक गतिरोध और हार्डवेयर

प्रकाश:

• एडफ्रूट से पता करने योग्य नियोपिक्सल स्ट्रिप्स (60LED/m)
• नियोपिक्सल कनेक्टर
• नियोपिक्सल क्लिप
• 330uF, 35V decoupling संधारित्र
• 1K ओम रोकनेवाला
• सिल्वर एचवीएसी एल्युमिनियम फॉयल टेप
• बक कन्वर्टर

पानी: (हमारी पसंदीदा विशेषता):

• 2 एक्स नेमा 17 स्टेपर मोटर्स
• Arduino के लिए एडफ्रूट स्टेपर शील्ड
• 3डी प्रिंटेड लीनियर एक्चुएटर सिरिंज पंप (फ्यूजन 360)
• 2 x 100-300mL सीरिंज
• Luer लॉक कनेक्शन और टी/कोहनी जोड़ों के साथ टयूबिंग
• 2 x 300mm x 8mm T8 लीड स्क्रू और नट्स
• 2 एक्स फ्लाई कपलर
• 2 एक्स तकिया असर ब्लॉक
• 4 x 300 मिमी x 8 मिमी रैखिक गति रॉड शाफ्ट गाइड
• 4 x 8 मिमी LM8UU रैखिक बीयरिंग
• मिट्टी की निगरानी और सिरिंज पंपों को नियंत्रित करने के लिए 4 एक्स डीएफ रोबोट कैपेसिटिव प्रतिरोध नमी सेंसर

हवा परिसंचरण:

• 2 x 5" 12V पंखे
• 5 "प्रशंसक फिल्टर कवर
• 2 x TIP120 डार्लिंगटन ट्रांजिस्टर और हीट सिंक
• 12 वी बिजली की आपूर्ति
• पैनल माउंट बैरल जैक कनेक्शन एडाप्टर
• 2 x 1K ओम प्रतिरोधक
• 2 एक्स फ्लाईबैक डायोड
• 2 x 330uF, 35V इलेक्ट्रोलाइटिक डिकूपिंग कैपेसिटर
• DHT22 तापमान और आर्द्रता सेंसर w / 4.7K ओम अवरोधक

इलेक्ट्रॉनिक्स:

• रास्पबेरी पाई 3बी+ डब्ल्यू/ मोटर एचएटी
• 8GB एसडी कार्ड
• अरुडिनो मेगा
• एडफ्रूट पर्मा-प्रोटो ब्रेडबोर्ड
• 2 x 20x4 i2C एलसीडी
• 22AWG फंसे हुए कनेक्शन तार
• ड्यूपॉन्ट कनेक्टर किट
• Adafruit SGP30 वायु गुणवत्ता सेंसर w/eCO2

उपकरण:

• सोल्डरिंग आयरन
• मिलाप किट
• मददगार हाथ
• तारों के लिए समेटना और अलग करना उपकरण
• पेंचकस
• कॉफी (श्री रेजिनी के लिए)

चरण 1: चरण 1: फ़्रेम का निर्माण

फ्रेम का निर्माण हल्के वजन 1 80/20 टी चैनल एल्यूमीनियम एक्सट्रूज़न का उपयोग करके किया जा रहा है। इसे एल्यूमीनियम कोहनी जोड़ों और टी नट्स के साथ रखा जाएगा। वजन कम रखने के अलावा, चैनल हमारे पानी के लिए गाइड पथ के रूप में कार्य करेंगे। लाइनें और वायरिंग।

क्यूब ग्लाइडिंग जोड़ों से सुसज्जित रेल के एक सेट पर आराम करेगा जो क्यूब को एक दीवार से बाहर निकालने की अनुमति देगा, न केवल इसके सामने के चेहरे को, बल्कि इसके दोनों किनारों को भी उजागर करेगा। इसके लिए प्रेरणा हमारे एक छात्र से मिली जो घर में अपने किचन कैबिनेट में मसाले के रैक के बारे में सोच रहा था।

साधारण टिका का उपयोग करते हुए, आगे और किनारों में दरवाजे होंगे जो तब खुल सकते हैं जब क्यूब को उसकी रेल पर खींचा जाता है। बंद होने पर वे चुम्बक द्वारा अपनी जगह पर बने रहते हैं। इस घन के सभी 6 पैनल हटाने योग्य हैं क्योंकि सभी फलकों को चुम्बक द्वारा भी यथास्थान रखा गया है। इस डिजाइन विकल्प का उद्देश्य बीज बोने, पौधों के रखरखाव, डेटा संग्रह, कटाई और सफाई/मरम्मत के लिए सभी सतहों तक आसान पहुंच प्रदान करना था।

आप अगले चरण में पैनलों के लिए हमारा डिज़ाइन देख सकते हैं।

चरण 2: चरण 2: ग्रो वॉल्स का निर्माण

पहले तत्व के बारे में हमने सोचा था कि दीवारों के लिए उपयोग की जाने वाली सामग्री स्वयं थी। हम जानते थे कि उन्हें हल्के वजन की जरूरत है, लेकिन पौधों को सहारा देने के लिए पर्याप्त मजबूत। सफेद नालीदार प्लास्टिक को स्पष्ट ऐक्रेलिक पर चुना गया था, भले ही हमें V. E. G. G. I. E की तस्वीरें पसंद थीं, जहां हम पौधों को अंदर देख सकते थे। इस निर्णय का कारण यह था कि अधिकांश दृश्य संयंत्र चैनलों द्वारा बाधित होंगे, और हम अपने एल ई डी से जितना संभव हो उतना प्रकाश वापस प्रतिबिंबित करना चाहते थे। यह तर्क उस इकाई का निरीक्षण करने से आया है जिसे हमें अपनी GBE भागीदारी के भाग के रूप में भेजा गया था। जैसा कि पिछले चरण में कहा गया है, इन प्लेटों को मैग्नेट के साथ एल्यूमीनियम फ्रेम में रखा जाता है ताकि उन्हें आसानी से हटाया जा सके।

इन प्लेटों से जुड़े लो प्रोफाइल एनएफटी ग्रोइंग रेल्स के तीन चैनल हैं जिनका उपयोग हम अपनी हाइड्रोपोनिक्स लैब में करते हैं। हम इस विकल्प को पसंद करते हैं क्योंकि वे पतले पीवीसी से बने होते हैं जिसमें कवर होते हैं जो बढ़ते तकिए को लगाने के लिए आसानी से बंद हो जाते हैं। सभी बढ़ते मीडिया विशेष रूप से डिज़ाइन किए गए तकिए के भीतर समाहित होंगे जो हमने देखा था कि जब हम इस लेख को पढ़ते हैं तो आईएसएस पर पहले से ही उपयोग किए जा रहे हैं। बढ़ती रोशनी की परावर्तनशीलता को बढ़ावा देने के लिए रेल के बीच सभी पैनलिंग को सिल्वर एचवीएसी इंसुलेशन टेप में लेपित किया जाएगा।

हमारे उद्घाटन 1 3/4 हैं और केंद्र में 6 इंच की दूरी पर हैं। यह क्यूब के चार पैनलों में से प्रत्येक पर 9 रोपण साइटों की अनुमति देता है जिससे कुल 36 पौधे पैदा होते हैं। हमने इस अंतर को उस अनुरूप रखने की कोशिश की जो हमारे पास लाल था आउटरेजियस लेट्यूस के बारे में। चैनलों को हमारे नमी सेंसर को स्वीकार करने के लिए स्लॉट के साथ मिलाया जाता है जो मिट्टी की नमी की निगरानी करेंगे और सिरिंज पंपों से पानी मांगेंगे। इन पंपों से जुड़ी एक मेडिकल ट्यूबिंग वाटरिंग मैनिफोल्ड के माध्यम से प्रत्येक व्यक्तिगत प्लांट तकिए को हाइड्रेशन वितरित किया जाएगा। यह सिरिंज-आधारित पानी देने की विधि कुछ ऐसी है जिसे हमने सटीक पानी देने के साथ-साथ शून्य/सूक्ष्म-गुरुत्वाकर्षण पर्यावरण की चुनौतियों पर काबू पाने के लिए सर्वोत्तम अभ्यास के रूप में शोध किया है। ट्यूबिंग पौधे के तकिए के आधार में बाहर की ओर जड़ विकास को बढ़ावा देने के लिए प्रवेश करेगी। घन हम बढ़ते माध्यम में पानी को फैलाने में मदद करने के लिए केशिका पर भरोसा करेंगे।

अंत में, हम बेस प्लेट का उपयोग करने का एक तरीका खोजना चाहते थे। हमने नीचे के चेहरे पर एक छोटा सा होंठ बनाया जो सूक्ष्म साग उगाने के लिए एक ग्रो मैट को स्वीकार करेगा। सूक्ष्म साग अपने परिपक्व समकक्षों की तुलना में लगभग 40 गुना अधिक महत्वपूर्ण पोषक तत्वों के लिए जाने जाते हैं। ये अंतरिक्ष यात्रियों के आहार के लिए बहुत फायदेमंद साबित हो सकते हैं। यह एक लेख है जिसे हमारे छात्रों ने सूक्ष्म साग के पोषण मूल्य के बारे में पाया।

चरण 3: चरण 3: पौधों को पानी देना

हमने पिछले चरण में अपने रैखिक एक्ट्यूएटर सिरिंज पंप का संदर्भ दिया। यह इस निर्माण का अब तक का हमारा पसंदीदा हिस्सा है। NEMA 17 स्टेपर मोटर्स रैखिक एक्ट्यूएटर्स को चलाने जा रहे हैं जो ग्रो क्यूब के ढक्कन पर दो 100cc-300cc सीरिंज के प्लंजर को दबा देंगे। हमने हैकडे पर कुछ बेहतरीन ओपन सोर्स प्रोजेक्ट्स की जाँच के बाद फ्यूजन 360 का उपयोग करके मोटर हाउसिंग, प्लंजर ड्राइवर और गाइड रेल रिग को डिज़ाइन किया। हमने मोटरों को चलाना सीखने के लिए एडफ्रूट की अद्भुत वेबसाइट पर इस ट्यूटोरियल का अनुसरण किया।

हम अंतरिक्ष यात्रियों को पानी पिलाने के कार्य से मुक्त करने का एक तरीका खोजना चाहते थे। स्टेपर तब सक्रिय होते हैं जब सिस्टम के भीतर के पौधे अपने पानी की मांग करते हैं। 4 कैपेसिटिव नमी सेंसर पूरे ग्रो क्यूब में विभिन्न स्थानों पर प्लांट पिलो में प्लग किए जाते हैं। सिस्टम में प्रत्येक रोपण साइट में इन सेंसरों को उनके विकसित चैनलों में मिल जाने के लिए स्वीकार करने के लिए एक स्लॉट होता है। यह इन सेंसरों की नियुक्ति को अंतरिक्ष यात्रियों द्वारा चुना और समय-समय पर बदलने की अनुमति देता है। उस दक्षता को अधिकतम करने के अलावा जिसके द्वारा सिस्टम के भीतर पानी वितरित किया जाता है, यह विज़ुअलाइज़ेशन की अनुमति देगा कि प्रत्येक पौधा अपने पानी का उपभोग कैसे कर रहा है। अंतरिक्ष यात्रियों द्वारा नमी की सीमा निर्धारित की जा सकती है ताकि पानी को उनकी आवश्यकताओं के अनुसार स्वचालित किया जा सके। सीरिंज को आसान रीफिलिंग के लिए लुएर लॉक कनेक्शन के साथ मुख्य वाटरिंग मैनिफोल्ड से जोड़ा जाता है। ग्रो पैनल स्वयं एक समान कनेक्शन प्रोटोकॉल का उपयोग पानी को कई गुना करने के लिए करते हैं ताकि उन्हें आसानी से क्यूब से हटाया जा सके।

सेंसर द्वारा एकत्र किए गए डेटा को स्थानीय रूप से ढक्कन से जुड़ी 20x4 एलसीडी स्क्रीन पर या दूर से पढ़ा जा सकता है, जहां इसे केयेन या एडफ्रूट आईओ आईओटी प्लेटफॉर्म के साथ सिस्टम के एकीकरण द्वारा एकत्र, प्रदर्शित और रेखांकन किया जाता है। Arduino एक USB केबल का उपयोग करके अपना डेटा ऑनबोर्ड रास्पबेरी पाई को भेजता है जो तब पाई के वाईफाई कार्ड का उपयोग करके इंटरनेट पर अपना रास्ता बनाता है। अंतरिक्ष यात्रियों को सूचित करने के लिए इन प्लेटफार्मों पर अलर्ट सेट किए जा सकते हैं जब हमारे सिस्टम चर में से कोई भी अपने पूर्व निर्धारित थ्रेशोल्ड मान से बाहर हो गया हो।

चरण 4: चरण 4: प्रकाश और पंखे के नियंत्रण के साथ स्मार्ट ढक्कन

हमारे ग्रो क्यूब का ढक्कन पूरे ऑपरेशन के दिमाग के रूप में कार्य करता है और साथ ही महत्वपूर्ण बढ़ते तत्वों के लिए आवास प्रदान करता है। ढक्कन के नीचे से नीचे की ओर विस्तार एक 3डी प्रिंटेड एलईडी हाउसिंग है जो प्रत्येक ग्रो वॉल प्लेट के लिए प्रकाश प्रदान करता है और साथ ही नीचे की तरफ माइक्रो ग्रीन्स मैट को रोशनी देता है। इसे फिर से फ़्यूज़न 360 में डिज़ाइन किया गया और हमारे मेकरबॉट पर प्रिंट किया गया। प्रत्येक प्रकाश बे में 3 एलईडी स्ट्रिप्स होती हैं जो अवतल समर्थन द्वारा परिरक्षित होती हैं। इसकी परावर्तनशीलता को अधिकतम करने के लिए इस समर्थन को एचवीएसी इन्सुलेशन टेप के साथ सिल्वर किया गया है। ढक्कन के शीर्ष पर बिजली और डेटा तक पहुंचने के लिए वायरिंग एक केंद्रीय खोखले स्तंभ तक जाती है। इस आवास के आकार को एक पदचिह्न के लिए चुना गया था जो इसके चारों ओर उगने वाले पौधों को अधिकतम 8 इंच की ऊंचाई प्राप्त करने की अनुमति देगा। यह संख्या परिपक्व आउटरेजियस लेट्यूस की औसत ऊंचाई के रूप में पाई गई जो हम अपनी प्रयोगशाला में अपने ऊर्ध्वाधर हाइड्रोपोनिक उद्यानों में उगाते हैं। वे 12 इंच तक बड़े हो सकते हैं, लेकिन हमें लगा कि अंतरिक्ष यात्री इन पर चर रहे होंगे क्योंकि वे इसे एक कट-एंड-आ-फिर से बढ़ने वाला घन बनाते हैं।

हम जिन नियोपिक्सल का उपयोग कर रहे हैं वे व्यक्तिगत रूप से संबोधित करने योग्य हैं जिसका अर्थ है कि हम उनके द्वारा उत्सर्जित रंग स्पेक्ट्रम को नियंत्रित कर सकते हैं। इसका उपयोग पौधों को उनके विकास के विभिन्न चरणों के दौरान या प्रजातियों से प्रजातियों तक प्राप्त होने वाले प्रकाश के स्पेक्ट्रा को संशोधित करने के लिए किया जा सकता है। यदि आवश्यक हो तो प्रत्येक दीवार पर अलग-अलग प्रकाश व्यवस्था की अनुमति देने के लिए ढालें थीं। हम समझते हैं कि यह एक आदर्श सेटअप नहीं है और हम जिन लाइटों का उपयोग कर रहे हैं वे तकनीकी रूप से ग्रो लाइट नहीं हैं, लेकिन हमें लगा कि यह अवधारणा का एक अच्छा प्रमाण है।

ढक्कन के ऊपर दो 5 इंच 12V कूलिंग पंखे हैं जो आमतौर पर कंप्यूटर टावरों के तापमान को नियंत्रित करने के लिए उपयोग किए जाते हैं। हमने इसे इस तरह से डिजाइन किया है कि एक सिस्टम में हवा को धकेलता है जबकि दूसरा हवा निकालने का काम करता है। वे दोनों एक महीन जालीदार स्क्रीन से ढके हुए हैं ताकि यह सुनिश्चित किया जा सके कि कोई मलबा बाहर न निकाला जाए और अंतरिक्ष यात्री के सांस लेने के वातावरण में न जाए। जब अनजाने में वायु प्रदूषण को रोकने के लिए दरवाजे से जुड़े चुंबकीय रीड स्विच खुले होते हैं तो पंखे बंद हो जाते हैं। रास्पबेरी पाई पर मोटर एचएटी का उपयोग करके पीडब्लूएम के माध्यम से प्रशंसकों की गति को नियंत्रित किया जाता है। क्यूब के भीतर एम्बेडेड DHT22 सेंसर द्वारा पाई को खिलाए गए तापमान या आर्द्रता मूल्यों के आधार पर प्रशंसकों को सशर्त रूप से गति या धीमा किया जा सकता है। इन रीडिंग को फिर से स्थानीय स्तर पर एलसीडी पर या दूर से उसी IoT डैशबोर्ड पर नमी सेंसर के रूप में देखा जा सकता है।

प्रकाश संश्लेषण के बारे में सोचते समय, हम बढ़ते घन में CO2 के स्तर और समग्र वायु गुणवत्ता को भी ध्यान में रखना चाहते थे। इसके लिए, हमने eCO2 के साथ-साथ कुल VOCs की निगरानी के लिए एक SGP30 सेंसर को शामिल किया। इन्हें भी विज़ुअलाइज़ेशन के लिए LCD और IoT डैशबोर्ड पर भेजा जाता है।

आप यह भी देखेंगे कि हमारे सिरिंज पंपों की जोड़ी ढक्कन के किनारे लगी हुई है। उनके टयूबिंग को एल्यूमीनियम एक्सट्रूज़न सपोर्ट फ्रेम के ऊर्ध्वाधर चैनलों के नीचे निर्देशित किया जाता है।

चरण 5: समापन विचार और भविष्य के पुनरावृत्तियों

हमने उस ज्ञान का उपयोग करके वूल्वरिन को डिज़ाइन किया है जो हमने अपने समय से एक साथ बढ़ते हुए भोजन से प्राप्त किया है। हम कई वर्षों से अपने बागानों को स्वचालित कर रहे हैं और यह एक अद्वितीय इंजीनियरिंग कार्य के लिए इसे लागू करने का एक ऐसा रोमांचक अवसर था। हम समझते हैं कि हमारे डिजाइन की शुरुआत मामूली है, लेकिन हम इसके साथ आगे बढ़ने की उम्मीद कर रहे हैं।

निर्माण का एक पहलू जिसे हम समय सीमा से पहले पूरा नहीं कर सके, वह था इमेज कैप्चरिंग। हमारा एक छात्र रास्पबेरी पाई कैमरा और ओपनसीवी के साथ प्रयोग कर रहा है, यह देखने के लिए कि क्या हम मशीन लर्निंग के माध्यम से पौधों के स्वास्थ्य का पता लगाने को स्वचालित कर सकते हैं। हम कम से कम दरवाजे खोले बिना पौधों को देखने का एक तरीका प्राप्त करने में सक्षम होना चाहते थे। विचार एक पैन-टिल्ट मैकेनिज्म को शामिल करना था जो प्रत्येक ग्रो वॉल की छवियों को कैप्चर करने के लिए शीर्ष पैनल के नीचे के चारों ओर घूम सकता था और फिर उन्हें विज़ुअलाइज़ करने के लिए एडफ्रूट आईओ डैशबोर्ड पर प्रिंट कर सकता था। यह बढ़ती फसलों के कुछ वास्तव में शांत समय-व्यतीत भी कर सकता है। हमें लगता है कि यह इंजीनियरिंग डिजाइन प्रक्रिया का सिर्फ एक हिस्सा है। हमेशा काम करना होगा और सुधार करना होगा। भाग लेने के अवसर के लिए बहुत-बहुत धन्यवाद!