零重力增长箱

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简介:零重力生长箱

以下是微重力生长箱的设计。在我看到超越地球比赛之前,我没有想到这样的事情。然而,太空旅行总是引起我的注意力,这听起来像是一个有趣,挑战,也许是有用的项目。我可以同情空间旅行者想要以外的“野营食物”。这是专业的竞争类别。

我的设计遵守50厘米立方体的规定的竞争极限。它假设环境空气和温度适用于植物,并且可以使用12V(8安培)的电力。还假设每隔几天可以手动添加水。长立方体不应每天监测多次。大多数监控都可以通过通过蓝牙连接到Grow Box的智能手机应用程序来完成。

这种设计的与众不同之处在于,植物是从立方体中心的旋转管中生长出来的。灯位于生长管周围角落的可调节面板上。立方体的四面墙都是镜像的,以最大限度地将光线分布到植物上。为了模拟地球上的零重力,作为概念的证明,管子不断转动。这样,每株植物花在“倒立”上的时间和“正面朝上”(1G-1G=0G)上的时间一样多。这也表明,生长箱设计元素不依赖于重力(例如,水的容纳)。生长管充满了生长培养基,计划是保持它一直非常潮湿。根据需要从蓄水池中自动抽水。由于根系会保持相当潮湿,空气也被注入管中,使植物根系通气。

该系统由立方体内的微处理器控制。监测空气温度和湿度。土壤湿度水平监测和自动调整。蓝光和红光之间的平衡可以控制和改变,以适应植物的类型。

第1步:成长箱

整个系统包含在立方体内(旋转电机和光定位器调整销钉除外)。

  • 饲料盒由丙烯酸片制成。

  • 四面是1/8英寸镜面丙烯酸,两侧是3/16英寸透明丙烯酸。
  • 镜面压克力片背面涂漆,以防止水分损坏镜面涂层。
  • 在门的边缘安装电子设备和泵。与此区域相邻的是一个5面小盒子,用于盛装储水袋。。
  • ½英寸的方形亚克力条粘在侧边上,盒子用不锈钢4x40螺钉组装,通过盒子侧面插入亚克力。整个建造过程中使用4x40不锈钢螺钉。
  • 其目的是通过拆除螺钉,可以取下装置并将其平放(或多或少)。
  • 其中一面镜子是铰链和“门”可以打开手动进入。门通过尼龙搭扣固定在关闭位置。
  • 在透明侧面的底部安装风扇以提供输入空气并调节温度。在相反的透明侧的顶部是输出空气的孔簇。盒子本身并不密封。
  • 镀铝(镜像)聚酯薄膜板可以覆盖(用胶带粘贴)到透明的侧面,以进一步反射/密封光线。

第二步:长管

生长管由4“波纹排水管制成,每端安装有PVC盖,植物在管的各个侧面上生长。十四,在管中钻一英寸直径的孔,并将“快速rooter”插头插入孔中。插头保持种子,提供初始生长的介质,并保持含有的生长培养基。

将生长管连续旋转,前后旋转,使所有植物相同地接触光线和相等的地球重力角度。前后管的旋转是通过DPDT(双极,双掷)切换开关自动完成的。随着旋转达到其最大值,3D打印适配器上的投影推动开关,将电流反转到直流电动机并以另一个方式旋转旋转。由于连接到生长管的管道和导线,不可能在一个方向上连续旋转。

生长管内有一个½”内径(内径)的浸泡软管,通过拧入端盖的3d打印端固定到位。这个较大的浸泡软管周围是盆栽土壤。浸泡软管内有一个内径为¼”的较小浸泡软管,将水引入系统。其中还有一个¼”的聚乙烯管,它将空气引入土壤(注入)。

生长管的组件包括:

  • 4“排水管波纹,固体,18英寸
  • 4“管的端盖 - x 2
  • ½“ID浸泡软管 - 18英寸(在4英寸的中心保持,包含较小的浸泡和空气软管)
  • ¼“ID浸泡软管 - 16英寸(与水多管的防水连接,末端插头。整个管钻的小孔以缓解背压)
  • 3d打印端(将较大的浸泡器软管固定在中心)x 2
  • 电机的3d打印适配器(拧到端盖上。接合电机轴并碰到反转开关)
  • ¼英寸外径聚乙烯管
  • 从塑料板上切下的项圈,使聚乙烯管远离植物
  • 杂项。紧固件

第三步:灯光

每个人都有一个什么样的强度和什么颜色的光最适合植物生长的意见。这种设计的方法是允许进行实验。强度是通过改变植物和灯光之间的距离来管理的。解决颜色难题的方法是提供红与白,和/或蓝与白的选项。红色和蓝色分别控制定时器。

  • 每个角落都有一条条LED灯。
  • 在有电子设备和水箱的角落里,较短的灯带固定在一个位置。
  • 在另外三个角落,LED安装在可调节的镜像平台上。这允许根据需要改变照明距离。
  • 可调节的光平台通过从侧板进化的钉子和由魔术贴标签固定的钉子保持在不同位置。
  • 灯台为9“x 16”1/8“镜面亚克力材质,背面涂漆,防止湿气损坏镜面涂层。两侧的包装带构成平台的铰链。
  • 固定灯平台的丙烯酸钉是直径为3/8“的杆,粘成3/16”的丙烯酸片(约3/4×3”)。
  • 灯亮多久由颜色控制。红光的优势据说能促进开花,而蓝光则能促进叶子的生长。
  • 红色电路控制“全光谱增长灯”。这是四比一蓝。蓝色电路控制蓝色和白色灯
  • 四面的镜像墙有助于分布光线,并使所有角度的光线都可用。各个角度的光线是否对植物有帮助还有待观察。
  • 镜子还减少了光的吸收和泄漏,使系统更有效
  • LED灯带消耗了系统的大部分功率。最初使用8安培12伏电源。

第四步:水

  • 一升水保持在储存袋中(导管袋是完美的)。
  • 水库袋位于5个弧形支架内的壮大箱内,并用弹性带固定。
  • 袋子的一侧有一个带有单向阀的端口,可以在其中添加水。这个端口似乎有点漏,我已经用塞子封好了。
  • 作为在任何一个阀门处重新加注储液罐的替代方法,替换另一个满袋要简单得多。
  • 另一侧有一个带有可关闭阀的端口。这个阀门可以关闭,以补充或更换一个完整的袋子,但保持开放的泵时,生长箱正在运作。
  • 该泵是一个由继电器通过微控制器控制的12伏剂量泵。
  • 一段聚乙烯管通向生长管,在生长管中心的较大多孔管中放置一个小浸液管。
  • 浸泡管(一个在另一个里面)将水均匀地分布在生长管的长度上。
  • 将湿气传感器推入切入管的槽中。
  • 当水分降到用户设定的水平以下时,水从蓄水池泵入生长管。

更换水袋的程序如下:

    • 1.检查对照以确保在这种变化期间的水分水平不会呼叫更多的水(必要时暂时降低所需的水分水平。
    • 2解开松紧带。
    • 3.关闭阀(转动蓝色杆,使其与白色喷嘴平行)
    • 4.从白色喷嘴中取出黑色多管
    • 5.用全部替换空袋
    • 6.更换黑色多管在阀门关闭时将其推向它
    • 7打开阀门
    • 8.重新固定弹性带。距离塞拉克的港口。
    • 9如有必要,设置所需的湿度水平。

    第五步:空气

    • 如概述所述,假设环境空气质量和温度将保持不变。具体来说,这意味着O2和CO2水平将处于适合植物生长的水平,无需通过该系统进行监测。
    • 12伏风扇带来外部空气。在自动模式下,当空气温度大于80F时,它会打开,当温度小于75F时关闭关闭。通过Android应用程序,用户可以选择风扇是否在,关闭或自动模式,默认值。
    • 如有必要,可以在风扇上安装一个过滤器,使所有进入的空气都能通过。这样可以过滤乙烯或其他对植物有害的污染物。
    • 空气由一个12伏的泵不断地泵入一段多管中,多管一半插入较大的多孔管中。这个气泵一直开着。
    • 气泡通过多孔管分布,并被迫通过周围的湿生长介质。
    • 注入空气的目的是给生长介质充氧,以刺激生长,并防止保持非常湿润的根系腐烂。

    第6步:土壤

    我最初的方法是在试管里用盆栽土。我认为它的优点是提供营养而不需要向水中添加营养。但我发现泥炭苔藓生长的塞子需要营养物质添加到水中。而且,土壤很乱,潮湿时很重。所以在第一批完成后(小莴苣),我用“石棉”立方体代替了盆栽土壤。

    • 石棉立方体-格罗丹品牌“成长立方体”。
      • 这些小立方体(约8毫米立方体)干燥时非常轻,
      • 湿润时保持尺寸(尽管它们可能被压缩),
      • 似乎比盆栽土更好地传递水分。
      • 拔下塞子时,不要从孔中掉出来
    • 水培“快速生根”插头。
      • 将种子刺入约1英寸的孔。壮大插头将种子固定到位,提供具有营养和水分的发芽环境。
      • 它们还在含有生长培养基中的生长管中插入孔中的孔。

    第7步:电气和电子

      电子设备(土壤湿度传感器除外)安装在“门”面板的铰链边缘附近。空气泵和水泵也安装在那里。电子和电气是:

      • Arduino Mega公司
      • 温度/湿度传感器 - DHT21
      • 土壤湿度传感器 - Cyt1033 x 2.读数平均。
      • 继电器 - 6 - 5V的银行(在5V侧需要比Mega提供更多的电源,因此...)
      • 12v至5v转换器(至继电器组的5v侧)
      • LED条 -
      • 蓝牙模块–HC06连接到Android
      • Android智能手机
      • 齿轮电机-12v DC–7 RPM。(慢一点就可以了,但这是在我的“库存”中)
      • DPDT拨动开关(被电机适配器击中以反转)
      • 12伏直流电源(8安培)
      • 加药泵–12v DC
      • 小煎饼扇 - 12V DC
      • 气泵–12v DC

      到目前为止,没有任何问题与水干扰,但它的设计可能包括一个塑料盖,以隔离生长箱内部。这也需要穿过门的通风孔。

      第8步:软件

      Arduino项目

      以下介绍在Arduino Mega中执行的功能:

      • 在启动时,从非易失性存储器中检索系统小时和用户设置值。
      • 启动继电器,以保持管旋转打开,除非电话连接关闭。
      • 启动继电器以保持空气泵打开。
      • 检查土壤水分水平。
      • 如果湿度低于用户指定的标准,打开水泵xx秒,然后等待yy秒,然后让水泵再次启动(这样水就有时间浸泡并到达传感器)。xx已经进化到10秒,yy是5分钟。
      • 跟踪经过的时间(不是时钟时间)。
      • 在每小时边界更新系统小时,并检查是否需要打开或关闭灯。
      • 在每一天边界,当系统小时从23转为0时,它将添加到日计数器。
      • 检查空气温度和湿度
      • 打开和关闭外部风扇,使温度保持在75F和80F之间,
      • 每两秒钟都会看到任何数据是否来自电话。
        • 如果切换旋转,则相应地激活继电器
        • 如果系统小时数重置,则将其设置为零。
        • 如果阶段中的天数被重置,则将其设置为零。
        • 如果“从开始算起的天数”已重置,则将其设置为零。
        • 如果“光时”值已更改,请检查是否需要打开或关闭灯光。
        • 更改的数据写入非易失性存储器
      • 每两秒钟通过蓝牙连接写入一次以更新手机数据:
        • 成长盒ID
        • 系统小时数
        • 红色开/关指示灯
        • 蓝色开/关指示
        • 长管含水率
        • 空气温度(单位:F)
        • 空气湿度百分比

      Android程序

      我用了appinventor 2。

      • 要求用户选择蓝牙连接,并在连接时报告唯一的增长箱ID。
      • 连接后,从非易失性内存中检索用户设置值。
      • 允许用户断开与蓝牙连接(连接到不同的Grow Box)。
      • 每秒钟,如果Arduino上有数据,它就会读取数据。
      • 显示系统小时数。这与任何标准时钟时间无关。它显示用于打开或关闭灯并前进到第二天的内部时间。允许重置为零。
      • 显示交替颜色的“心跳”,以指示与Grow Box的通信处于活动状态。
      • 允许用户指定每天每天的小时数。红色和蓝色有单独的控制。(增量4小时)。
      • 表示目前是否打开或关闭红色或蓝灯
      • 报告管道湿度百分比,并允许用户设置阈值,低于该阈值时,泵将启动以向管道输送更多的水(增量为5%)。0保持泵关闭)
      • 报告生长箱中的空气温度。
      • 报告生长箱内的空气湿度。
      • 允许用户打开和关闭生长管的旋转(用于收割、密切检查等)。断开或退出时,旋转将自动恢复。
      • 允许用户覆盖自动风扇默认模式以打开或关闭它。
      • 报告生长阶段开始后的天数(例如,跟踪发芽时间或更换水袋的时间),并允许重置为零。
      • 报告从启动开始的天数(例如,要跟踪整个增长周期的时间)并允许重置为零。

      步骤9:重新装入试管

      以下步骤用于重新加载生长管以开始新的生长周期

      清除旧的

        • 1.通过拔下12V连接器,从系统中删除电源
        • 2拆下湿度传感器。
        • 三。关闭储水罐阀门,断开空气和水聚乙烯管(我发现最简单的方法是使用对角切割工具,小心地将管端从带刺接头上夹住,牺牲¼”的管子)。
        • 4这里有帮助的提示是让生长管一侧的带刺连接器保持打开状态多晶硅管。这样很容易知道哪根聚乙烯管是哪根当你去重新连接。
        • 5将电机侧从管上弯曲以分离适配器,向一侧拉动,然后将管从另一侧的枢轴上拉出
        • 6拆下两个端盖,确保所有旧的生长介质、根和生长塞都已拆下。

        加载新的

          • 1用聚乙烯管更换端盖,确保内部浸液软管和空气管插入较大的浸液软管,并且较大的浸液软管牢固插入拧入端盖的3d打印端
          • 2把一个小软木塞到大的浸泡软管的末端,以防止生长培养基进入。
          • 3.将生长培养基(岩棉)引入生长管中。在地球上,重力有用,但在零G中,这一步骤可能需要手动推动它。确保管完全充分。
          • 在将生长介质引入管中,可以有助于预制生长培养基。我没有发现它有必要,但如果生长培养基想要逃离孔,你可能会暂时覆盖带胶带的孔。
          • 5取下软木塞并盖上端盖以覆盖土壤,确保浸泡管保持在中心位置。
          • 6这可能是更容易种植种子在这一点上,因为管是自由操作。将2或3粒种子插入每个生长塞孔中,并将其戳入约¼英寸。太深了,他们看不见光,重力也帮不了他们。弄湿生长塞,这样种子就会粘在原地。
          • 7将一套新的生长塞插入生长管孔中。将生长塞推入生长管并扭转,使其仅显示约¼英寸。
          • 8更换盒中的生长管,首先重新插入枢轴,然后向外弯曲电机侧,以便适配器可以安装在电机轴上。用手转动管,直到电机轴与其平点接合。
          • 9.插入槽中的湿度传感器,在旋转期间护理线不会拉紧。
          • 10重新连接空气管和水管,将接头紧紧推入。在这里也要注意,聚乙烯管将留在后面的塑料领,而不是被拉紧。
          • 11.重新连接12V电力并确保它达到了生命。
          • 12使用Android应用程序设置所需的红光和/或蓝光量。

          第10步:迄今为止的结果

          我的目的是定期更新本节,报告哪些有效,哪些无效,以及所做的更改。

          1. 经过两天的保温(70年代中期仅使用红灯),14个插头中的7个开始出现小莴苣芽。我已经换成了红色和蓝色。。我试着一天16个小时。
          2. 3天后,14个生长塞中只有7个仍在发芽。我把更多的种子放在“空”的种子里,不能超过1/4深。
          3. 4天后,我看到一些落后者有了生命迹象。原来的7是腿虽然,让我觉得没有足够的光。我试试一天20个小时。我在蓝光电路上加了两条紫外发光二极管,使光线更强烈。
          4. 9天里几乎所有的塞子都有芽。但它们都很瘦长,不长叶子。我在红灯电路上加了4条白光LED。整个系统现在拉4.8安培,0.6与所有的灯关闭。回到每天16小时。
          5. 13天后,白光似乎有所帮助。幸存下来的嫩枝正在长绿叶!
          6. 水的使用:我每隔两天就换一次储水袋,因为它看起来下垂,我不想用完。但我去掉的“空的”仍然有400到500毫升的剩余。我怀疑在这个生长阶段,它可能会持续三天,然后才需要一个装满的袋子。
          7. 第14天和第15天-我已经更新了整体设计,在三个角落有可调面板,因此光距离可以变化。我在3个面板上加了一条白光LED,去掉了紫外线LED,白光LED是6000k白色(日光,不是“温暖”)。带灯的系统现在的电流为5.5安培。
          8. 第19天,幸存者看起来不够大,不符合生菜的资格。我怀疑这些根已经穿过生长管进入土壤,因此没有得到任何营养。生长的塞子只有泥炭苔和一点海绵粘合剂。所以-我在混合物中加入了一些水培肥料。根据说明书,是一茶匙兑一加仑水,相当于每升1.32毫升。我把它放进一个重新装满的储液罐里,我还把一些滴在了塞子上。
          9. 第23天。幸存者们开始长得很好,所以我把他们留在家里。我把红色的莴苣种子种在“空”的塞子里。我还把三个插着红色莴苣种子的塞子放在一个盛满水的托盘里,放在生长箱的底部,作为一种控制,看看它们的发芽是否与旋转的不同。它们不面对灯光,但有相同浓度的液体植物食物。我把天从开始重置为零。
          10. 第10天。原来的小莴苣已经不长了。我的假设是这是他们得到的最大值。现在是收获季节。我把它们剪掉,留下树桩看它们是否会从那里长出来。我吃了一小份沙拉。
          11. 第0天。我清理了生长管,用岩棉(Gro dan grow cubes)代替了盆栽土。把红莴苣种子种在新的生长塞里,开始了新的一批。
          12. 第8天。所有14个生长插头都有可行的萌芽。我越来越接近灯光,希望加快增长。水库只需要在3天后发生变化。它令我震惊的是,如果我再次建造生长管,我会钻6行而不是4行,从14到21株植物增加。我们会看到莴苣有多拥挤14。
          13. 第9天。灯太近了,把植物吹干烤熟了。我换了两个,把灯调到中号。
          14. 几天后...
            1. 植物不会生长,看起来很差。我猜测,继续将水与肥料放入培养基中可能导致肥料不健康。我全力以赴,再次开始。
            2. 这次我用了一种干燥的混合物(大约1/2和1/2)盆栽土和岩棉块。我把生长塞浸在水和肥料的混合物里,这样芽苗菜就可以继续生长了。我给蓄水池重新装上自来水。
            3. 出于好奇,我测量了从用过的岩棉中挤压出来的液体的溶解盐PPM(百万分之一),然后是从我用过的肥料混合物中挤压出来的,然后是自来水。数字分别为1150、875和65。
            4. 根据网上的图表,幼苗需要350-450ppm,早期生长800-1050,后期生长1000-1400。所以也许过度施肥不是问题所在。我把灯调回每天8小时,也许这还不够。
          15. 几周后......
            1. 莴苣植株变得越来越瘦长(全部茎和小叶),说明光照不足。
            2. 我注意到LED灯很暗。电压是好的,所以我比较了未使用的条,看到旧的是“磨损”。白色的条纹是最明显的坏。
            3. 我撕掉了所有LED条,并用2条“全谱”灯(4个红色到1蓝色)取代每个角落,1条白色和1条蓝色。全光谱连接到红色电路。蓝色和白色有线到蓝色。
            4. 在管内部摇滚羊毛立方体开始,每次延长2个红莴苣种子,每升水含有1 1/2毫升水培营养素。
            5. 将计数器重置为零。
            6. 用Vegetronix传感器更换了湿度传感器。旧的传感器不可靠。我希望花40美元买一个传感器会有所帮助。
          16. 几周后。。。
            1. 我是比赛的“赢家”之一。
            2. 我开始用21个洞而不是14个洞的长管。我做了1 1/8而不是1“的孔,这样可以让生长塞放低,减少介质暴露在空气中。
            3. 我将Vegetronix湿度传感器插入其中一个生长插头而不是管末端的特殊槽中。这是一个努力获得更具代表性的阅读。这降低了20个植物的容量。
            4. 在大多数长塞中3天后发芽显示。
            5. 在我们出城时,公用事业停电,再加上糟糕的程序设计,导致工厂连续三天没有照明。当我们回来的时候,它们的腿很长,所以我把它们拔出来,用同样的生长塞重新开始,每根插上两颗种子。
            6. 3天后,全部出现芽苗。
            7. 10天后,所有20个都有很好的叶子。
            8. 第13天,Arduino超级电源电路因腐蚀而死亡。为了实际使用,必须以某种方式防止这种情况。我把它换成了另一个巨型的。
            9. 在第17天,我收到了一个链接到我们将用于第二阶段的电子表格。有点晚了。植物长得很好,但看起来还不像莴苣。
            10. 到了第23天,植株稍微大了一点,但看起来还是不像莴苣。我在盒子底部的盘子里放了一些对照植物,它们可能比“零克”植物还要小。我的理论是光照仍然不够,即使是一天16小时。18株存活植株(不包括对照植株)的收获重量仅为134克。这就是我在这个项目上所做的。生长箱的拆卸定于今天进行。
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            19讨论

            0
            珍妮1

            10个月前

            当我第一次看到这场比赛时,我考虑了这种设计,但是,我使用了一个球形的整体形状,让地面允许根球形成保持球形,同时在植物生长期间允许最大光线。我喜欢如何解决植物生活的各个方面,以及机械师。我想知道关于角落 - 效率低下,外面的灯的球体或气缸形状。

            0
            wannabemadsci公司

            10个月前

            祝贺被选为越来越多的地球制造商比赛的决赛!
            感谢您分享您的指示!祝好运!

            0
            arthurdent.

            1年前

            谢谢!这一挑战是基础知识的考验,它一次又一次地失败了。你的技术上不仅可以在空间上更加可行,但看起来它实际上可以工作!就像我在我的进入失败中说的那样,始终是一个选择,并展示了什么不做。我真诚地希望你赢:这看起来像美国宇航局可以使用的东西!

            0
            德科曼

            11个月前回复

            非常感谢。我喜欢失败总是一种选择。如果你没有失败,你只是没有尝试足够的东西。

            0
            arthurdent.

            11个月前回复

            非常真实。你对你所做的事以及植物如何增长的说明只会表现出这是多么困难。我是一个没有成功的概念证据。如果它在地球上失败了,那么微重力肯定会失败。

            您的研究和建立体验可以很容易地在空间站或宇宙飞船上种植食物。并且需要在火星上种植食物。

            我从来没有想到过这样的事。投票肯定:))

            0
            德科曼

            11个月前回复

            非常感谢。

            0
            休斯鞋头

            1年前

            聪明的想法和令人印象深刻的实施。祝你在比赛中好运!

            0
            德科曼

            11个月前回复

            谢谢。

            0
            梅格里莫87

            11个月前

            太棒了!不知道为什么这是从来没有特色…但它是严重令人印象深刻!:D个

            0
            德科曼

            11个月前回复

            谢谢。我知道这个比赛只是应该是设计,但我的实施方式验证了设计。

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            凯美瑞餐厅

            1年前

            只是想知道,盒子本身的尺寸是什么?

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            德科曼

            1年前回复

            这个箱子四面长48厘米。

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            巨无霸

            1年前

            哇,看起来棒极了!你的主意比我的好!

            对创造性解决方案的书面描述。我很想吃沙拉。

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            德科曼

            1年前回复

            谢谢哥们。

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            arthurdent.

            1年前

            很好!这看起来是个赢家!

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            德科曼

            1年前回复

            谢谢竞争对手。。我点击了你的链接,我看到你在哪里做了45个指令。天哪,真是太棒了。