Projekta oāze: balss terārijs: 9 soļi (ar attēliem)

2024 Autors: John Day | [email protected]. Pēdējoreiz modificēts: 2024-01-30 10:57

Projekts Oasis ir balss terārijs, ar kuru varat runāt. Tā ir pašpietiekama slēgta ekosistēma, kas atdarina ārējos laika apstākļus, bet kastē. Jūs varat jautāt terārijā par “Laika apstākļiem Sietlā” kā atbildi, uz kuru tas varētu sākt līt kastes iekšpusē. Terārijs var radīt arī mākoņus, miglu vai mainīt apgaismojumu, lai atspoguļotu citus laika apstākļus.

1. solis: motivācija

Mūsu sarunas ar dabu vide ir tik vizuāla un multimodāla, atšķirībā no tā, ko mēs šodien darām ar tehnoloģijām. Laikapstākļi tālruņos vai datoros neizraisa tādas pašas sajūtas kā burtiski redzot vai sajūtot laika apstākļus. Es par to domāju, strādājot Google radošajā laboratorijā, un izveidoju projektu Oasis.

Tas ir terārijs, ar kuru varat sarunāties, izmantojot Google palīgu. Jūs varat lūgt to izveidot noteiktus apstākļus vai parādīt laika apstākļus noteiktā vietā. Šis eksperiments paplašina mūsu sarunu ar tehnoloģijām un dabas pasauli. Mēs dzīvojam starp dabu un tehnoloģijām un tradicionāli uz tām skatāmies kā uz divām ļoti atšķirīgām pasaulēm. Oāze ir ekoloģiska saruna, bet dabiskā veidā; ne ieprogrammēts, ne haotisks. Tālāk ir norādītas darbības, kā izveidot vienu no saviem aktīvajiem terārijiem.

2. solis: Vispārējais mehānisms

Kā minēts, terārijs rada lietus, miglu un gaismas apstākļus. Terārija augšpusē ir gaismas diodes, lietus paplāte un neliels korpuss ar keramikas rezonatoriem saskarē ar ūdeni. Šie mazie diski rezonē ar ~ 1-1,7Mhz, lai izsmidzinātu ūdeni līdz miglai.

Terārija apakšā ir divi peristaltiski sūkņi un cita elektronika. Rezervuārs terārija apakšā notur lieko ūdeni. Ūdens tiek pārstrādāts/iegūts un tiek sūknēts līdz lietus traukai, izmantojot vienu no klusajiem peristaltikas sūkņiem.

3. darbība: korpusa dizains

Saite uz CAD

Instrumentu/materiālu saraksts:

1. Akrila/plexiglass loksnes 0,25 "biezas (24" x 18 " - daudzums: 4)
2. Akrila līme
3. Urbju komplekts ar 1/4 "un graduētiem apakšējiem uzgaļiem
4. Mērlente + suporti
5. Epoksīda līme (~ 15 minūtes)
6. GE hermētiķis hidroizolācijai
7. Caurspīdīgas PVC caurules 1/4 "OD + dzeloņstieņa savienotāji

Šī terārija dizaina vadlīnijas ir elastīgas un nav stingri un ātri noteikumi. Es izvēlējos uzbūvēt tādu, ko varētu paturēt uz sava galda, vai tādu, kas labi izskatītos uz galda. Turklāt man bija vispārējs priekšstats par vietu, ko aizņems mana elektronika, iekārtas un ūdens rezervuārs. Es nolēmu, ka visam korpusam jābūt H: 15 "W: 6" L: 10"

Iepriekš redzamajā attēlā redzamie CAD izmēri parāda vispārējo sadalījumu; kopumā augšējā un apakšējā elektronika aizņem 4 collu augstumu. Tvertne apakšā aizņem 4 collas, atstājot 6 collas elektronikai (vairāk par elektroniku vēlāk).

Es nolēmu šai terārija versijai izmantot akrilu/organisko stiklu, jo tas ir viegli pieejams, ļoti viegli apstrādājams ar lāzeru, un detaļas var pielīmēt/metināt kopā ar dažādiem akrila cementiem. Stikls vai caurspīdīga plastmasa ir labi kandidāti atkarībā no tā, cik tālu vēlaties iet ar izskatu, it īpaši, ja terārijā būs izliekumi. Turklāt daudzos veikalos ir pieejamas arī skrāpējumiem izturīgas plexiglass versijas, tāpēc tas joprojām varētu būt ideāla izvēle.

Es izstrādāju 3D modeli savam terārijam programmā Fusion 360 tikai tāpēc, ka vēlējos to izmēģināt. Šim projektam ir pievienoti šī projekta CAD faili. Es saplacināju visas skices, lai iegūtu lāzera mašīnas failus, un seko standarta lāzera apstrādes process. Iestatiet lāzeru (manā gadījumā - Epilog), atveriet failus programmā Corel Draw un palaidiet apstrādi.

Tagad jums vajadzētu būt akrila detaļām, kas nepieciešamas korpusa montāžai. Skatiet CAD un pārejot no apakšas uz augšu, salieciet detaļas kopā ar akrila cementu, lai iegūtu kastīti ar sastatnēm augšpusē / apakšā. Izmantojiet suportus un lineālu paklāju (jo jūsu kaste ir caurspīdīga), lai atvieglotu montāžas procesu.

4. solis: elektronikas projektēšana

Sastāvdaļu / elektronikas saraksts:

1. 5V/10A barošanas avots (daudzums: 1)
2. 3V-35V pastiprinātājs (daudzums: 2)
3. 12V līdzstrāvas dozēšanas peristaltiskais sūknis (daudzums: 1)
4. 2200 ml/min peristaltikas sūknis (daudzums: 1)
5. Icstation 20 mm keramikas diski biežums = 113KHz, ar draivera plāksnēm (daudzums: 2)
6. RGB LED sloksne (daudzums: 1)
7. 18 AWG un 24 AWG vadu komplekts
8. Stiepļu stelles 1/4"
9. Raspberry Pi 3 + Google balss cepure (šeit ir nepieciešama tikai balss cepure + mikrofons, nevis pats skaļrunis)
10. Arduino Nano ar mini USB kabeli
11. ~ 3-24V sprieguma slodze caur caurumu SSR relejiem
12. Pusizmēra protoboards

Visā šajā procesā jums būs nepieciešams arī mainīga sprieguma barošanas avots, multimetrs, cietinātājs un karstas līmes pistole.

Piezīme. Šis ir ātrs prototips, un dažām sastāvdaļām un savienojumiem ir labākas alternatīvas. Ja jūs zināt, ko darāt, nekautrējieties mainīt, izmantojot dzīvotspējīgas alternatīvas.

Es uzlauzu vienas izejas 5V/10A barošanas avotu muti-izejas barošanā, noņemot kontaktdakšu un pievienojot savus daudzpavedienu kabeļus atsevišķām sastāvdaļām.

• 5V līnija Icstation draivera dēļiem
• 5V līnija RGB gaismas diodēm
• 5V līnija Raspberry Pi 3
• 12V līnija (maināma, izmantojot Boost Converter) peristaltiskā sūkņa dozēšanai
• 24V līnija (mainīga, izmantojot pastiprinātāja pārveidotāju) augstas plūsmas ātruma lietus peristaltiskajam sūknim

Es paņēmu atsevišķas līnijas un saliku tās stiepļu stelles kārtīgam izskatam. Es arī pievienoju vāciņu 5V līnijā, lai novērstu strāvas viļņošanos, jo tas tieši savienojas ar Raspberry Pi.

Pamata savienojumi:

Es pieslēdzu vienu no 5 V līnijām tieši pie Raspberry Pi - tāfeles aizmugurē pie PP1 un PP6, lai ierobežotas vietas dēļ neizmantotu mini USB kabeli. Pī virsū atrodas Google balss cepure. Es paņēmu jau esošo programmu, kas man bija sērijveida pārslēgšanai, un pārnesu to uz Arduino Nano. Šis Nano ir savienots ar Pi 3, izmantojot īsu mini USB kabeli. Arduino Nano ir savienojumi ar protobordu releju ieslēgšanai/izslēgšanai, kas savukārt ieslēdz/izslēdz sūkņus/miglas veidotāju.

Protoboardam ir trīs releji ar 5V, 12V un 24V slodzes līnijām. Katrs relejs ir savienots arī ar atsevišķu Arduino tapu (D5, D7 un D8). Skatiet releja diagrammu, kā pieslēgt releja kontaktus kādai pārslēgšanas darbībai. A1/A2 būs līnijas no Arduino, turpretī 13+, 14 būs jūsu līnijas, lai pabeigtu slodzes ķēdi. Es izmantoju relejus labai izolācijai, bet tos var aizstāt arī ar tranzistoriem. Lai ķēde darbotos, atcerieties, ka starp slodzi un Arduino ir jābūt vienotam zemējumam.

Keramikas rezonatori

Katram keramikas rezonatoram/pjezo ir draivera plāksne, kuru jūs varat pārbaudīt atsevišķi, izmantojot mainīgu barošanas avotu. Augšējai keramikas virsmai jābūt saskarē ar ūdeni, lai tā radītu miglu. Kad esat pārbaudījis draivera plates, pievienojiet tās tieši ar 5 V elektropārvades līniju, ar releju starp tām (kā norādīts iepriekš). Kad relejs ir ieslēgts un ķēde ir pabeigta, jūs redzēsiet, ka ūdens tiek pārvērsts miglā.

Gaismas diodes

Adafruit Neopixel gaismas diodes tiek kontrolētas tieši ar vadības līniju uz Arduino, neizmantojot nekādus relejus. Es sagriezu šo garo sloksni vairākās ~ 15 LED daļās. Skatiet šo lapu, lai sagrieztu un savienotu šīs gaismas diodes. Pēc vairāku LED sadaļu izveidošanas (kā redzams arī attēlā), es turēju silikona pārklājumu un uz galiem pievienoju karstu līmi, lai viss būtu ūdensnecaurlaidīgs. Es ievietoju atsevišķas sadaļas lietus paplātes apakšā, lai nodrošinātu jauku un vienmērīgu apgaismojuma sadalījumu.

Peristaltiskie sūkņi

Kā minēts iepriekš, šajā terārijā ir divi peristaltiski sūkņi. Dozēšanas peristaltika miglas ģeneratoram piegādā tikai nelielu daudzumu ūdens. Miglas rezervuārā ir divi keramikas rezonatori, kas nonāk saskarē ar ūdeni, bet ūdens nebeidzas ļoti ātri. Tā rezultātā šis sūknis nedarbojas ļoti bieži, lai piepildītu miglas rezervuāru ar ūdeni. (Patiesībā es pat izņēmu to no koda un dažreiz tikai manuāli piepildīju miglošanas rezervuāru, vienkārši paceļot terārija augšējo vāku)

No otras puses, 24 V, 2200 ml/min peristaltika tiek izmantota lietum, un tāpēc tā tiek izvēlēta šim lielajam tilpumam. Lai gan 24V pati radīs pārāk lielu terārija plūsmas ātrumu, varat mainīt Boost Converter spriegumu, lai mainītu šī sūkņa plūsmas ātrumu uz optimālu iestatījumu.

5. darbība: montāža un pārbaude

Montāža

Urbšana

Elektronika (2 Peristaltic sūkņi, RPi + balss cepure/mikrofons, Nano, Pjezo draivera dēļi, Relay Protoboard) paliek terārija apakšējā 6 L daļā. Es devos uz montāžu no apakšas uz augšu atbilstoši 3D modelim. divi caurumi (katrs apmēram 1/4 collas) apakšējās elektronikas sekciju aizmugurē - viens no caurumiem ir paredzēts visu komponentu elektrolīnijām, bet otrs - peristaltisko sūkņu caurulēm.

Izurbiet vienu caurumu, atstājot 1/4 collas no augšējā vāka, lai lietus ūdens caurule varētu ieplūst. Izurbiet vēl vienu mazu caurumu, lai izietu LED vadi un ieietu apakšā esošajā Nano. Pēdējo reizi pārbaudiet visu elektroniku pirms ievietojot tos kastē.

Izvietojums un hidroizolācija

Līdz šim visām akrila sekcijām vajadzēja būt iestrēdzis no korpusa projektēšanas posma. Ievietojiet iepriekš minēto elektroniku apakšējā korpusā un uzlieciet vāku. Ir svarīgi rūpīgi noslēgt šo vāku, lai tas būtu ūdensizturīgs. Vāks nav iespiests kastes iekšpusē, lai dotu nedaudz vietas, lai līme varētu viegli plūst un aizvērtu spraugas. Es izmantoju epoksīdu, uzleju to pāri vāka sāniem un ļāvu tam iet uz sastatnēm, kas izgatavotas, lai noturētu vāku. Līmei vajadzētu palaist un nemanāmi aizvērt spraugas. Ļaujiet tai sacietēt uz nakti un, iespējams, veiciet vēl vienu ūdensnecaurlaidības slāni ar GE hermētiķi.

Lietus un miglas asambleja

Lietus paplātes ar miglas tvertni (ar keramikas diskiem apakšā) montāžai vajadzēja būt kopā korpusa projektēšanas posmā. Gaismas diodēm vajadzētu būt arī iestrēgušām lietus paplātes apakšā no iepriekšējā soļa, un keramikas rezonatoru vadi iziet no attiecīgā cauruma kastes augšpusē/aizmugurē. Jūs varat ļaut šim lietus + miglas veidotājam atrasties uz sastatnēm kastes augšpusē. Pirms augšējā vāka aizvēršanas šim nolūkam ievietojiet sūkņa caurules caur caurumu, kas iepriekš izurbts virs lietus teknes. Izgrieziet nelielas cauruļu daļas un izmantojiet dzeloņstieņa savienotājus, lai izveidotu vairākas izejas vienmērīgai ūdens sadalei, kad tas nonāk paplātē. Lietus šādā veidā izskatīsies terārijā. Jūs varat izmantot ūdens izsmidzināšanas pudeli, lai pievienotu ūdeni miglas tvertnē, pirms uzliekat vāku pārbaudei, kad viss ir kastē.

Testēšana

Es pievienoju strāvas padevi, kas liek RPi nonākt tiešsaistē. Tas iepriekš bija konfigurēts, lai izveidotu savienojumu ar manu vietējo wifi tīklu. Es varu vaicāt tīklam Pi Pi, pēc kura es izmantoju iebūvētu ekrāna koplietošanu Mac datorā, lai pieteiktos Pi. Tas ļauj man pārbaudīt un palaist lietas attālināti, un man nav jāpievieno HDMI kabelis kastē. Es izmantoju savas iepriekš iestatītās programmas (skatiet sadaļu Programmatūras solis programmām, kas darbojas ar Pi/Arduino dažādiem komponentiem), lai pārbaudītu, vai viss ir vietā pirms došanās uz nākamajām darbībām.

6. darbība: Terārija dizains (ainavu veidošana)

Tas, iespējams, ir visjautrākā visa procesa daļa. Jūs varat medīt vai iepirkties pēc augiem! Apmeklēju vietējos dārzu centrus, tostarp vietējā Home Depot, tuvējos augu veikalos un pat vienkārši pastaigājos savā apkārtnē, kur ir daudz zaļo zonu. Tā kā klimats ir mitrs, slēgts un daudz ko maina terārijā, es centos atrast elastīgus tropu klimata augus. Lai gulta būtu gatava stādīšanai, jums būs nepieciešami šādi priekšmeti:

• Melnā augsne
• Perlīts
• Grants
• Aktivētā ogle

Ūdens filtrē caur augsnes slāni līdz rezervuāram, lai to atkal pārstrādātu lietus veidā. Pirms uzklāšanas uz augsnes gultas kā pamatu izmantojiet smalku stiepļu sietu (piemēram, stikla šķiedras sietu). Ievietojiet aktivēto ogli kā terārija apakšējo slāni. Tas novērš pelējuma augšanu terārijā, kā arī novērš sliktu smaku. Pārklājiet šo slāni ar nedaudz grants, lai ūdenim būtu cits filtrēšanas slānis un netīrumi netraucētu brīvi plūst uz rezervuāru. Sajauciet melno augsni un perlītu proporcijā 1: 1, lai iegūtu patiešām gaisīgu un sausu augšanas vidi. Tagad jūs esat gatavs stādīšanai.

Piezīme: Lai visas šīs lietas ievietotu kastē, nepieskaroties sienām, es izveidoju piltuvei līdzīgu formu ar papīru un ieleju materiālu kastē caur šo atveri, nevis to tieši iemetu.

Es savācu nelielus baļķus un sūnas no koku stumbriem manā apkārtnē un vairāk dažādu mazu tropisko augu vietējos augu veikalos. Es atradu Bonsai apelsīnu koku, kas atbilst manām izskata vajadzībām un kaut ko tādu, kas varētu izdzīvot aktuālā klimatā Home Depot. Es izmantoju Sheet sūnas un dažas spāņu sūnas (abas parasti sastopamas dārzu centros), lai iegūtu dabisku zaļu izskatu virs augsnes terārijā.

Stādīšanas ziņā es pāreju no mazā uz lielo. Es izmantoju pinceti, lai ieliktu mazos augus un novietotu sūnas/apaļkokus tikai ar rokām, pirms sasniedzu izskatu, ar kuru beidzot biju apmierināta. Jums vajadzētu vienu reizi viegli laistīt terāriju un ļaut tam nostāvēties dienu vai divas, lai augi aklimatizētos un sakņotos šajā jaunajā gultā.

7. solis: programmatūra

Šīs instrukcijas lielākoties nāk no github šeit ar visu kodu. Es joprojām atstāšu tos šeit, lai pabeigtu. Kamēr es izmantoju Google palīgu, kā redzams videoklipā, terārijā ir arī Google balss cepure ar mikrofonu pašā terārijā, klausoties komandas. Jūs varat izvēlēties izmantot AIR balss cepuri saskaņā ar šeit sniegtajiem norādījumiem.

Pirms sākat

DialogFlow / Actions on Google

Izpildiet šeit norādītās darbības, lai izveidotu Dialogflow aģentu. Mēs izmantojam apsveikuma nodomu, kas ļauj lietotājam sākt runāt ar terāriju. Lietotājam ir papildu nolūks interesēties par laika apstākļiem noteiktā vietā un laikā (piemēram, “parādīt man laika apstākļus Sietlā”) vai izsaukt nepārprotamu darbību (piemēram, “padarīt lietus”).

Jums būs jāizvieto savas mākoņa funkcijas, kas ir saistītas ar lietotāja darbībām.

-> Izpildiet šeit sniegtos norādījumus, lai iespējotu firebase mākoņa funkcijas. -> Darbības, lai izvietotu funkcijas no CLI, ir sadaļā Izvietojiet savas funkcijas ar Firebase CLI tajā pašā saitē, kas iepriekš

Iestatiet Cloud PubSub projektu, kā norādīts šajā saitē

Lai izveidotu tēmu, izpildiet norādītās darbības. Savā projektā mēs izveidojām tēmu ar nosaukumu “Laiks”, kurai pievienojām abonementus. Šajā projektā mēs izmantojam tikai pull abonementus. Abonēšana bija terārijs, kas tika nosaukts kā laika apstākļu detaļa

Ievērojiet šī projekta projekta ID, jo tas noderēs, lai vēlāk palaistu klausītāja klientu.

Openweather APIGet savu API atslēgu no openweathermap.org. Pievienojiet šo atslēgu mākoņa funkcijām, lai šīs funkcijas varētu pinga laikapstākļu serverus, kad lietotājs pieprasa konkrētu informāciju. Instalējiet NodeJS

Instalējiet NodeJS savā RPi

Kā palaist šos moduļus

Dialogflow Cloud funkciju izvietošana

Dodieties uz savu funkciju direktoriju un izpildiet sekojošo

$ npm instalēšana

$ firebase pieteikšanās

$ firebase init

Un, visbeidzot, veiciet šādas darbības, lai izvietotu savas funkcijas:

$ firebase izvietošana

Izvietoto funkciju saite kļūst par tīmekļa aizķeres URL Dialogflow. Cloud PubSub

Pārvietojieties uz faila subscription.js & package.json direktoriju un palaidiet npm install, lai instalētu atkarības. Kad esat gatavs, palaidiet mezglu subscritpions.js klausīties ziņojumus par laika apstākļiem, kur laika ziņas ir abonements, kuru izveidojāt, veicot iepriekšējo darbību. Google palīgs / AIY balss komplekta testa izvietošana

Lai mijiedarbotos ar terāriju, varat izmantot Google mājas lapu vai AIY balss komplektu. Iepriekš minētais lietotnes iestatījums abiem paliek nemainīgs.

Izpildiet šeit sniegtos norādījumus, lai pārbaudītu un izvietotu savu lietotni Google asistentā. Pēc tam varat izmantot ar jūsu kontu saistīto Google palīgu, sarunājoties ar to, lai aktivizētu terāriju, un jautājot par laika apstākļiem.

8. solis: palaidiet terāriju

Visa šī iestatījuma ievērošana šķiet grūta, bet patiesībā ir jautra un saistoša, strādājot ar augiem. Ja viss ir izdarīts pareizi, jums beidzot vajadzētu pateikt kaut ko līdzīgu

“Hei Google, kādi ir laika apstākļi Sietlā?”, “Hey Google, Make it Rain” u.c. un apskatiet burvju iznākumu savā terārijā.

Izbaudiet savu jauno terāriju un parādiet to saviem draugiem!

9. darbība. Līdzautori / PIEZĪME

• Izgatavojis Harpreet Sareen un draugi Google radošajā laboratorijā.
• Šis projekts atbilst Google atvērtā pirmkoda kopienas vadlīnijām. Licences un citas vadlīnijas skatiet šeit.
• Piezīme. Šis nav oficiāli atbalstīts Google produkts.