ОУСС: 5 алхам дахь Hollow's Wolverine Grow Cube -ийг хакердах

2024 Зохиолч: John Day | [email protected]. Хамгийн сүүлд өөрчлөгдсөн: 2024-01-30 11:02

Бид бол Нью -Йоркийн Лонг -Айлендын West Hollow дунд сургууль юм. Бид инженер болох хүсэл эрмэлзэлтэй инженерүүд бөгөөд долоо хоногт нэг удаа Hack the Hollow нэртэй клубт цуглардаг бөгөөд бидний зохион бүтээгчдийн хэд хэдэн төслийг төлөвлөж, кодлодог. Та бидний ажиллаж буй бүх төслүүдийг ЭНД дарж үзэх боломжтой. Бидний гол анхаарал бол хоол хүнс, байгаль орчны робот техникийн ирээдүйг судлах явдал юм. Бид багш ноён Регинитэй хамт шинжлэх ухааны лабораторийн арын хэсэгт босоо гидропоникийн автоматжуулсан фермийг угсарч, засвар үйлчилгээ хийсэн. Мөн бид сүүлийн хоёр жил GBE хөтөлбөрт хамрагдсан. Энэ сорилт нь ахлах сургуулийн сурагчдыг уриалж байсныг бид мэднэ, гэхдээ бид сургуулийн сахиусынхаа нэрээр нэрлэгдсэн Wolverine -ийг танилцуулахын тулд дахиад хоёр жил хүлээхэд хэт их баяртай байсан. Энэ бол бидний хийдэг зүйл юм!

Энэхүү төсөлд та Arduino, Raspberry Pi болон түүнтэй хамт хэрэглэгддэг бүх электрон бүтээгдэхүүнүүд гэх мэт бидний ашиглах дуртай олон зүйлийг олж авах болно. Бид мөн Fusion 360 -ийг ашиглан TinkerCad -аас шатыг боловсруулж шоо хийжээ. Энэхүү төсөл нь шинэ үйлдвэрлэгчдийн тавцан дээр шүдээ тайрах төгс боломж байв. Бид дизайн багуудад хуваагдаж, тус бүр нь Grow Cube -ийн нэг тал дээр анхаарлаа төвлөрүүлэх ёстой байв. Бид үүнийг хүрээ, таг, суурь хавтан, гэрэлтүүлэг, хана, ус, сэнс, хүрээлэн буй орчны мэдрэгч болгон хуваасан. Дараагийн алхамд хэлэлцсэн хэсгүүдийг дүрслэн үзүүлэхэд тусламж хэрэгтэй бол бид ашиглаж буй бүх материалынхаа жагсаалтыг өөрийн линкээр оруулсан болно. Танд таалагдана гэж найдаж байна!

Хангамж

Хүрээ:

• 1 "80/20 хэмжээтэй хөнгөн цагаан шахмал
• Tee самар
• Дэмжих хаалт
• Нугас
• Т-сувагтай нийцсэн гулсалтын үе
• Т-суваг нийцтэй хоолой ба утас хөтөч
• Хаалгыг хаах соронз
• 3 x соронзон зэгс унтраалга

Хана ургуулах:

• Farm Tech бага профайлтай NFT сувгууд
• NFT сувгийн хавтас
• Атираат хуванцар хуудас
• Зөөврийн сувгийг байрлуулах соронз

Таг:

• Атираат хуванцар хуудас
• 3D хэвлэсэн LED гэрлийн бэхэлгээ (Fusion 360)
• Хуванцар зогсолт ба электроникийн тоног төхөөрөмж

Гэрэлтүүлэг:

• Adafruit -аас авах боломжтой неопиксел тууз (60LED/m)
• Neopixel холбогч
• Неопикселийн клип
• 330uF, 35V задлах конденсатор
• 1K ом эсэргүүцэл
• Мөнгөлөг HVAC хөнгөн цагаан тугалган тууз
• Бак хөрвүүлэгч

Ус: (Бидний дуртай онцлог):

• 2 x Nema 17 Stepper мотор
• Arduino -д зориулсан Adafruit Stepper Shield
• 3D хэвлэсэн шугаман идэвхжүүлэгч тариурын насос (Fusion 360)
• 2 х 100-300 мл тариур
• Luer цоожны холболт ба дэг/тохойн үе бүхий хоолой
• 2 x 300mm x 8mm T8 хар тугалган эрэг ба самар
• 2 x нисдэг холбогч
• 2 x дэр агуулсан блок
• 4 x 300mm x 8mm шугаман хөдөлгөөнт саваа голын хөтөч
• 4 x 8mm LM8UU шугаман холхивч
• Хөрсийг хянах, тариурын насосыг хянах 4 x DF роботын багтаамжийн эсэргүүцлийн чийгийн мэдрэгч

Агаарын эргэлт:

• 2 х 5 инчийн 12V сэнс
• 5 инчийн сэнсний шүүлтүүрийн бүрээс
• 2 x TIP120 Darlington транзистор ба дулаан шингээгч
• 12V цахилгаан хангамж
• Самбарын баррель залгуурыг холбох адаптер
• 2 x 1K ом эсэргүүцэл
• 2 x нисдэг диод
• 2 x 330uF, 35V цахилгаан задлах конденсатор
• DHT22 температур ба чийгшил мэдрэгч 4.7K ом эсэргүүцэлтэй

Электроник:

• Raspberry Pi 3B+ w/ моторт малгай
• 8GB SD карт
• Ардуино мега
• Adafruit perma-proto талхны самбар
• 2х20х4 хэмжээтэй i2C LCD дэлгэц
• 22AWG холбосон утаснууд
• Dupont холбогч хэрэгсэл
• Adafruit SGP30 агаарын чанарын мэдрэгч w/ eCO2

Хэрэгсэл:

• Гагнуурын төмөр
• Гагнуурын хэрэгсэл
• Туслах гар
• Утасны хавчих, хөрс хуулалтын хэрэгсэл
• Халив
• Кофе (ноён Регини)

Алхам 1: Алхам 1: Хүрээг бүтээх

Хүрээг хөнгөн жинтэй 1 80/20 т -ийн хөнгөн цагаан шахмал ашиглан хийх болно. Үүнийг хөнгөн тохойн үе ба самартай хамт барих болно. Жингээ барихаас гадна сувгууд нь бидний усны хөтөч зам болно. шугам, утас.

Шоо нь гулсах холбоосоор тоноглогдсон төмөр зам дээр байрлах бөгөөд энэ нь шоо нь хананаас гаргаж авах бөгөөд зөвхөн урд нүүрээ төдийгүй хоёр талыг нь ил гаргах боломжийг олгоно. Үүний урам зоригийг манай нэг оюутан гэртээ гал тогооны шүүгээндээ амтлагчны тавиур хийх тухай бодож байсан юм.

Энгийн нугас ашиглан урд ба хажуу талууд нь шоо төмөр зам дээр сугалахад онгойдог хаалгатай байх болно. Тэд хаагдах үед соронзоор бэхлэгддэг. Энэ кубын 6 хавтанг бүгдийг нь соронзоор бэхэлсэн тул бүгдийг нь салгаж авах боломжтой. Энэхүү дизайны сонголтын зорилго нь үр тарих, ургамал арчлах, мэдээлэл цуглуулах, ургац хураах, цэвэрлэх/засварлахад бүх гадаргууг хялбархан нэвтрүүлэх явдал байв.

Дараагийн алхамд та манай хавтангийн загварыг харах боломжтой.

Алхам 2: Алхам 2: Гроу хэрмийг барих

Бидний бодож үзсэн анхны элемент бол хананд өөрсдөө ашиглах материал юм. Тэд бага жинтэй боловч ургамлыг дэмжих хангалттай хүчтэй байх ёстойг бид мэдэж байсан. Цагаан Атираат хуванцарыг тунгалаг акрилаар сонгосон боловч бид доторх ургамлыг харж чаддаг V. E. G. G. I. E -ийн зургуудад дуртай байсан. Энэ шийдвэрийн шалтгаан нь ихэнх үзэмжийг ургамлын суваг саад болох тул бид LED -ээсээ аль болох их гэрэл тусгахыг хүссэн юм. Энэхүү логик нь GBE -ийн оролцооны хүрээнд биднийг илгээсэн нэгжийг шалгаж үзсэнээс үүдэлтэй юм. Өмнөх алхамд дурьдсанчлан эдгээр ялтсуудыг хөнгөн цагаан хүрээ дээр соронзоор бэхэлсэн тул амархан салгаж авах боломжтой.

Эдгээр хавтан дээр бид гидропоникийн лабораторид ашигладаг NFT бага оврын профиль бүхий гурван суваг хавсаргасан болно. Өсөн нэмэгдэж буй дэрийг суулгахад хялбархан хальтирдаг нимгэн PVC -ээр бүтээгдсэн тул бидэнд энэ сонголт таалагдаж байна. Өсөн нэмэгдэж буй бүх хэвлэл мэдээллийн хэрэгслийг ЭНЭ нийтлэлийг уншихад ОУСС -д аль хэдийн ашиглагдаж байсан тусгайлан бүтээсэн дэрнүүд дотор байрлуулах болно. Төмөр замын хоорондох бүх хавтанг мөнгөлөг HVAC тусгаарлагч соронзон хальсаар бүрж, ургах гэрлийн тусгалыг сайжруулах болно.

Бидний нээлхий нь 1 3/4 инч бөгөөд хоорондоо 6 инч зайтай. Энэ нь шоо дөрвөлжин хавтан тус бүр дээр 9 тарилга хийх боломжтой бөгөөд нийт 36 ургамал ургуулдаг. Бид энэ зайг улаан өнгөтэй байсантайгаа нийцүүлэхийг хичээсэн. Гайхамшигтай салатны тухай. Хөрсний чийгшлийг хянаж, тариурын насосноос ус авахыг хүсдэг чийгийн мэдрэгчийг хүлээн авахын тулд сувагуудыг нүхээр тээрэмддэг. Эдгээр шахуурганд хавсаргасан эмнэлгийн хоолойн усалгааны коллектороор ургамлын дэр тус бүрт усжуулалтыг тараана. Энэхүү тариур дээр суурилсан услах арга нь нарийвчлалтай услах, тэг/микро таталцлын орчны бэрхшээлийг даван туулах хамгийн сайн туршлага болохын тулд бидний судалсан зүйл юм. Хоолой нь ургамлын дэрний ёроолд орж, ургамлын гаднах чиглэлд үндсийг ургуулах болно. шоо. Бид усыг өсөн нэмэгдэж буй орчинд тараахад туслахын тулд капиллярт найдах болно.

Эцэст нь бид суурь хавтанг ашиглах аргыг хайж олохыг хүссэн. Бид нүүрний доод хэсэгт жижиг уруул үүсгэсэн бөгөөд энэ нь бичил ногоон ургуулах зориулалттай дэвсгэрийг хүлээн авах болно. Бичил ногоонууд нь боловсорч гүйцсэн ургамлаасаа 40 дахин илүү амин чухал шим тэжээлтэй байдаг. Эдгээр нь сансрын нисгэгчдийн хоолны дэглэмд маш их ашиг тустай байж магадгүй юм. Энэ бол манай оюутнуудын бичил ногооны тэжээллэг байдлын талаар олж мэдсэн нэг нийтлэл юм.

Алхам 3: Алхам 3: Ургамлыг услах

Бид өмнөх алхамдаа шугаман идэвхжүүлэгч тариурын насосны талаар иш татсан. Энэ бол энэ барилгын хамгийн дуртай хэсэг юм. ОБЕГ-ын 17 шатлалт мотор нь шоо дөрвөлжин таган дээрх 100сс-300сс хэмжээтэй хоёр тариурын поршенийг дарах шугаман идэвхжүүлэгчийг жолоодох гэж байна. Бид Hackaday дээр нээгдсэн зарим гайхалтай төслүүдийг шалгасны дараа Fusion 360 -ийг ашиглан моторын корпус, поршений жолооч, чиглүүлэгч төмөр замын төхөөрөмжийг зохион бүтээсэн. Бид мотор хэрхэн жолоодох талаар сурахын тулд Adafruit -ийн гайхалтай вэбсайт дээрх энэ зааврыг дагасан.

Бид сансрын нисэгчдийг услах ажлаас чөлөөлөх арга замыг хайж олохыг хүссэн. Систем доторх ургамлууд өөрсдийн усыг дуудах үед steppers идэвхждэг. 4 багтаамжийн чийг мэдрэгчийг ургах шоо даяар янз бүрийн байршилд ургамлын дэрэнд залгадаг. Системийн тарих талбай бүрт эдгээр мэдрэгчийг ургуулах сувагтаа оруулах үүртэй байдаг. Энэ нь сансрын нисгэгчид эдгээр мэдрэгчүүдийн байршлыг сонгож, үе үе өөрчлөх боломжийг олгодог. Энэ нь усыг систем дотор тараах үр ашгийг нэмэгдүүлэхээс гадна ургамал бүр усаа хэрхэн ашиглаж байгааг төсөөлөх боломжийг олгоно. Чийгийн босгыг сансрын нисгэгчид тогтоож, усалгааг тэдний хэрэгцээнд нийцүүлэн автоматжуулах боломжтой. Тариурыг хялбархан дүүргэхийн тулд Luer цоожны холболттой гол усалгааны олон талт хавсаргасан болно. Өсөн нэмэгдэж буй хавтангууд нь усалгааны олон талттай ижил төстэй холболтын протокол ашигладаг бөгөөд ингэснээр тэдгээрийг кубаас амархан салгаж болно.

Мэдрэгчдийн цуглуулсан өгөгдлийг 20x4 хэмжээтэй LCD дэлгэц дээр тагийг хавсаргасан хэлбэрээр эсвэл системээс Cayenne эсвэл Adafruit IO IoT платформтой нэгтгэснээр алсаас унших боломжтой. Arduino нь USB кабель ашиглан Raspberry Pi -д өгөгдлөө илгээдэг бөгөөд дараа нь Pi -ийн WiFi картыг ашиглан интернетэд холбогддог. Эдгээр платформ дээр манай системийн хувьсагчдаас аль нэг нь урьдчилан тогтоосон босго утгаасаа гарсан тохиолдолд сансрын нисгэгчдэд мэдэгдэх дохио өгч болно.

Алхам 4: Алхам 4: Гэрэлтүүлэг, сэнсний удирдлагатай ухаалаг таг

Бидний ургадаг кубын таг нь бүхэл бүтэн үйл ажиллагааны тархи болж, өсөн нэмэгдэж буй чухал элементүүдийг байрлуулдаг. Тагны ёроолоос доошоо доошоо сунгасан нь 3D хэвлэсэн LED орон сууц бөгөөд хананы хавтан бүрийг гэрэлтүүлж, доод талд нь бичил ногоон дэвсгэрийг гэрэлтүүлдэг. Үүнийг дахин Fusion 360 дээр бүтээсэн бөгөөд манай MakerBot дээр хэвлэв. Гэрлийн булан бүрт хонхор тулгуураар хамгаалагдсан 3 LED тууз байдаг. Энэхүү тусгалыг тусгах чадварыг дээшлүүлэхийн тулд HVAC тусгаарлагч соронзон хальсаар бүрсэн байна. Утас нь тагны дээд хэсэгт байрлах хүч чадал, өгөгдөлд хүрэхийн тулд төв хөндий багана руу явдаг. Энэхүү байшингийн хэмжээг тойрсон ургамал нь хамгийн ихдээ 8 инч өндөрт хүрэх боломжтой ул мөртэй байхаар сонгосон. Энэ тоо нь бидний лабораторийн босоо гидропоник цэцэрлэгт ургадаг, гайхалтай ургадаг салатны дундаж өндөр юм. Тэд 12 инч өндөрт хүрч чадна, гэхдээ сансрын нисгэгчид ургахдаа эдгээрийг бэлчээрлэх болно гэж бодсон бөгөөд энэ нь дахин тайрах шоо болж хувирсан.

Бидний ашиглаж буй неопикселүүдийг тус тусад нь шийдвэрлэх боломжтой бөгөөд энэ нь тэдний ялгаруулдаг өнгөний спектрийг хянах боломжтой гэсэн үг юм. Үүнийг ургамлын өсөлтийн янз бүрийн үе шатанд эсвэл төрөл зүйлээс төрөл зүйл хүртэлх гэрлийн спектрийг өөрчлөхөд ашиглаж болно. Бамбай нь шаардлагатай бол хана тус бүрт өөр өөр гэрэлтүүлгийн нөхцлийг бүрдүүлэх зорилготой байв. Энэ бол төгс тохиргоо биш бөгөөд бидний ашиглаж буй гэрэл нь техникийн хувьд гэрэл биш гэдгийг бид ойлгож байгаа боловч энэ нь үзэл баримтлалын сайхан нотолгоо юм шиг санагдсан.

Тагны дээд хэсэгт ихэвчлэн компьютерийн цамхагуудын температурыг хянахад ашигладаг 5 инчийн 12V хоёр хөргөлтийн сэнс байдаг. Бид үүнийг системд агаар оруулахын тулд, нөгөө нь агаар зайлуулах үүргийг гүйцэтгэхээр хийсэн. Сансрын нисгэгчийн амьсгалах орчинд хог хаягдал гаргаж авахгүйн тулд хоёуланг нь нарийн торон дэлгэцээр бүрхсэн байдаг. Агаарыг санамсаргүйгээр бохирдуулахгүйн тулд хаалган дээр бэхлэгдсэн соронзон зэгс унтраалгын аль нэгийг онгойлгоход фенүүд унтардаг. Фенүүдийн хурдыг Raspberry pi дээрх Motor HAT ашиглан PWM -ээр хянадаг. Фенүүдийг шоо дотор суулгагдсан DHT22 мэдрэгчээр Пи -д өгсөн температур эсвэл чийгшлийн аль нэг үзүүлэлт дээр үндэслэн нөхцөлт хурдыг нэмэгдүүлэх эсвэл удаашруулж болно. Эдгээр уншилтыг дахин орон нутгийн дэлгэц дээр эсвэл чийг мэдрэгчтэй ижил IoT хяналтын самбар дээр үзэх боломжтой.

Фотосинтезийн талаар бодохдоо бид ургадаг шоо дахь CO2 -ийн түвшин, агаарын ерөнхий чанарыг харгалзан үзэхийг хүссэн. Үүний тулд бид eCO2 болон нийт VOC -ийг хянах SGP30 мэдрэгчийг оруулсан болно. Эдгээрийг мөн LCD дэлгэц болон IoT хяналтын самбарт харуулах зорилгоор илгээдэг.

Манай хос тариурын шахуургыг тагны хажуу талд суулгасан болохыг та бас харах болно. Тэдний хоолой нь хөнгөн цагааны шахалтыг дэмжих хүрээний босоо сувгууд руу чиглэсэн байдаг.

Алхам 5: Хаалтын бодол ба ирээдүйн давталт

Бид хамтдаа хоол хүнс ургуулах үеэс олж авсан мэдлэгээ ашиглан Wolverine -ийг зохион бүтээсэн. Бид хэдэн жилийн турш цэцэрлэгээ автоматжуулж ирсэн бөгөөд үүнийг инженерийн өвөрмөц ажилд ашиглах гайхалтай боломж байсан юм. Бидний дизайн даруухан эхлэлтэй гэдгийг бид ойлгож байгаа ч үүнийг дагаад хөгжихийг тэсэн ядан хүлээж байна.

Хугацаа дуусахаас өмнө хийж чадаагүй бүтээн байгуулалтын нэг тал бол зураг авах явдал байв. Манай нэг оюутан Raspberry Pi камер болон OpenCV -ийг туршиж үзээд бид машин сурах замаар ургамлын эрүүл мэндийг илрүүлэх ажлыг автоматжуулах боломжтой эсэхийг олж мэдсэн. Наад зах нь бид хаалга онгойлгохгүйгээр ургамлыг харах боломжтой байхыг хүсч байсан. Дээд талын хавтангийн доод хэсгийг тойрон эргэлдэж буй хана тус бүрийн зургийг авч, дараа нь дүрслэн харуулахын тулд Adafruit IO хяналтын самбарт хэвлэх боломжтой. Энэ нь өсөн нэмэгдэж буй ургацын хувьд үнэхээр гайхалтай цаг хугацаа алдахад хүргэж болзошгүй юм. Энэ бол инженерчлэлийн зураг төслийн нэг хэсэг гэж бид бодож байна. Үргэлж хийх ажил, сайжруулалт хийх болно. Оролцох боломж олгосонд маш их баярлалаа!