واحة المشروع: تررم صوتي: 9 خطوات (بالصور)

2024 مؤلف: John Day | [email protected]. آخر تعديل: 2024-01-30 07:40

مشروع واحة هو تررم صوتي يمكنك التحدث إليه. إنه نظام بيئي مغلق مكتفٍ ذاتيًا يحاكي الطقس الخارجي ولكن داخل صندوق. يمكنك أن تسأل terrarium عن "الطقس في سياتل" كرد على ذلك قد يبدأ في التدفق داخل الصندوق. يمكن أن يولد terrarium أيضًا سحبًا أو ضبابًا أو تغيير الإضاءة لتمثيل ظروف الطقس الأخرى.

الخطوة الأولى: التحفيز

إن وسيط محادثتنا مع الطبيعة مرئي للغاية ومتعدد الوسائط ، على عكس ما نفعله بالتكنولوجيا اليوم. لا يستدعي الطقس على الهواتف أو أجهزة الكمبيوتر نفس الحواس مثل رؤية الطقس أو الشعور به حرفيًا. فكرت في هذا الأمر خلال فترة وجودي في Google Creative Lab وأنشأت Project Oasis.

إنه مكان يمكنك التحدث إليه باستخدام مساعد Google. يمكنك أن تطلب منه تهيئة ظروف معينة أو إظهار الطقس في مكان معين. توسع هذه التجربة محادثتنا مع التكنولوجيا والعالم الطبيعي. نحن نعيش بين الطبيعة والتكنولوجيا وننظر إليهما تقليديًا على أنهما عالمان مختلفان تمامًا. الواحة محادثة بيئية ولكن بطريقة طبيعية. لا مبرمج ولا فوضوي. فيما يلي الخطوات الخاصة بكيفية إنشاء مرابي حيوانات نشطة خاصة بك.

الخطوة 2: الآلية العامة

يخلق terrarium كما ذكرنا المطر والضباب وظروف الإضاءة. يحتوي الجزء العلوي من terrarium على مصابيح LED وصينية مطر بالإضافة إلى حاوية صغيرة مع رنانات سيراميك ملامسة للماء. يتردد صدى هذه الأقراص الصغيرة عند ~ 1-1.7 ميجاهرتز لتفتيت الماء إلى ما يبدو وكأنه ضباب.

يحتوي الجزء السفلي من terrarium على مضختين تمعجية وإلكترونيات أخرى. خزان في الجزء السفلي من terrarium يحمل المياه الزائدة. يتم إعادة تدوير المياه / تجهيزها وضخها إلى حوض المطر باستخدام إحدى المضخات التمعجية الصامتة.

الخطوة الثالثة: تصميم الضميمة

الارتباط بـ CAD

قائمة الأدوات / المواد:

1. صفائح أكريليك / زجاج شبكي سمك 0.25 بوصة (24 × 18 بوصة - الكمية: 4)
2. غراء أكريليك
3. مجموعة الحفر مع 1/4 "وتخرج بتات سفلية
4. شريط قياس + ملاقط
5. غراء الايبوكسي (~ 15 دقيقة وقت لطيف)
6. GE Sealant للعزل المائي
7. واضح PVC الأنابيب 1/4 "موصلات OD + الشائكة

إرشادات التصميم لهذا terrarium مرنة وليست قواعد صارمة وسريعة. اخترت بناء واحدة يمكنني الاحتفاظ بها على مكتبي أو واحدة تبدو لطيفة على سطح العمل. بالإضافة إلى ذلك ، كانت لدي فكرة عامة عن المساحة التي ستشغلها الأجهزة الإلكترونية والنباتات وخزان المياه. قررت أن يكون العلبة بأكملها H: 15 "W: 6" L: 10"

تظهر أبعاد CAD في الشكل أعلاه التفكك العام ؛ على نطاق واسع ، تشغل الأجهزة الإلكترونية العلوية والسفلية 4 بوصات من الارتفاع لكل منهما. ويشغل الخزان 4 "لترات في الأسفل تاركًا 6" لترات للإلكترونيات (المزيد عن الإلكترونيات لاحقًا).

قررت استخدام أكريليك / زجاج شبكي لهذا الإصدار من terrarium لأنه متاح بسهولة ، ومن السهل جدًا تشغيله بالليزر ويمكن لصق / لحام الأجزاء مع مجموعة متنوعة من أسمنت الأكريليك. يُعد الزجاج أو البلاستيك الشفاف مرشحًا جيدًا اعتمادًا على المدى الذي تريده مع المظهر ، خاصةً إذا كان هناك منحنيات في terrarium. بالإضافة إلى ذلك ، تتوفر أيضًا إصدارات مقاومة للخدش من زجاج شبكي في العديد من المتاجر ، لذلك لا يزال من الممكن أن تتركه كخيار مثالي.

لقد صممت نموذجًا ثلاثي الأبعاد لـ terrarium الخاص بي في Fusion 360 ، فقط لأنني أردت أن أجربه. يتم إرفاق ملفات CAD لهذا المشروع بهذه الخطوة. لقد قمت بتسوية جميع الرسومات للحصول على ملفات آلة الليزر وتتبع عملية المعالجة بالليزر القياسية. قم بإعداد الليزر (Epilog في حالتي) ، افتح الملفات في Corel Draw وقم بتشغيل الماكينة.

يجب أن يكون لديك أجزاء الأكريليك اللازمة لتجميع العلبة الآن. ارجع إلى CAD وانتقل من أسفل إلى أعلى ، وقم بتجميع الأجزاء باستخدام الأسمنت الأكريليكي معًا للحصول على صندوق ، مع سقالة في الأعلى / الأسفل. استخدم الفرجار وحصيرة المسطرة (نظرًا لأن صندوقك شفاف) كدليل لعملية تجميع أسهل.

الخطوة الرابعة: تصميم الإلكترونيات

قائمة المكونات / الإلكترونيات:

1. مصدر طاقة 5 فولت / 10 أمبير (الكمية: 1)
2. 3V-35V Boost Converter (الكمية: 2)
3. مضخة تمعجية الجرعات بجهد 12 فولت تيار مستمر (الكمية: 1)
4. مضخة تمعجية 2200 مل / دقيقة (الكمية: 1)
5. Icstation 20mm Ceramic Discs Freq = 113KHz ، مع لوحات السائق (الكمية: 2)
6. شريط RGB LED (الكمية: 1)
7. 18 AWG و 24 AWG مجموعة الأسلاك
8. نول سلك 1/4 بوصة
9. Raspberry Pi 3 + Google Voice Hat (تحتاج فقط إلى قبعة الصوت + الميكروفون هنا وليس مكبر الصوت نفسه)
10. اردوينو نانو مع كابل يو اس بي صغير
11. ~ 3-24V تحميل الجهد من خلال مرحلات SSR ثقب
12. لوح بروتوبورد نصف الحجم

ستحتاج أيضًا إلى مصدر طاقة متغير الجهد ، ومقياس متعدد ، وحديد صلب ، ومسدس غراء ساخن خلال هذه العملية برمتها.

ملاحظة: هذا نموذج أولي سريع وهناك بدائل أفضل لبعض المكونات والوصلات. إذا كنت تعرف ما تفعله ، فلا تتردد في التغيير ببدائل قابلة للتطبيق.

لقد اخترقت مصدر الطاقة الأحادي الناتج 5V / 10A إلى مصدر إخراج متعدد من خلال تجريد القابس وإضافة الكابلات متعددة الأشرطة الخاصة بي للمكونات الفردية.

• خط 5V للوحات سائق Icstation
• خط 5V لمصابيح RGB LED
• خط 5V لـ Raspberry Pi 3
• خط 12V (متغير عبر محول Boost) لجرعات المضخة التمعجية
• خط 24V (متغير عبر محول Boost) لمضخة تمعجية مطر عالية التدفق

أخذت الخطوط الفردية ووضعتها معًا في نول سلكي لإلقاء نظرة نظيفة. أضفت أيضًا غطاءًا في خط 5 فولت لمنع تموجات الطاقة لأن ذلك يتصل بـ Raspberry Pi مباشرة.

التوصيلات الأساسية:

لقد قمت بتوصيل أحد خطوط 5V مباشرة بـ Raspberry Pi - الجزء الخلفي من اللوحة بـ PP1 و PP6 حتى لا تستخدم كبل USB صغير بسبب المساحة المحدودة. يحتوي Pi على قبعة Google Voice فوقها. أخذت برنامجًا موجودًا بالفعل كان لدي للتبديل التسلسلي وقمت بنقله إلى Arduino Nano. يتم توصيل هذا النانو بـ Pi 3 من خلال كابل USB صغير قصير. يحتوي Arduino Nano على اتصالات بلوحة أولية لتشغيل / إيقاف تشغيل المرحلات التي بدورها تعمل على تشغيل / إيقاف تشغيل المضخات / صانع الضباب.

تحتوي اللوحة protoboard على ثلاثة مرحلات بخطوط تحميل 5V و 12V و 24V لكل منها. يتم توصيل كل مرحل أيضًا بدبوس منفصل في Arduino (D5 و D7 و D8). ارجع إلى الرسم التخطيطي للترحيل حول كيفية توصيل جهات اتصال الترحيل ببعض إجراءات التحويل. ستكون A1 / A2 هي الخطوط من Arduino بينما ستكون 13+ ، 14 هي الخطوط الخاصة بك لإكمال الدائرة للحمل. أنا أستخدم المرحلات لعزل جيد ولكن يمكنك أيضًا استبدالها بالترانزستورات. تذكر أن يكون لديك أرضية مشتركة بين الحمل و Arduino حتى تعمل الدائرة.

رنانات سيراميك

تأتي الرنانات الخزفية / البيزو مع لوحة تشغيل كل منها يمكنك التحقق منها بشكل فردي من خلال مصدر طاقة متغير. يجب أن يكون السطح العلوي للسيراميك ملامسًا للماء لتكوين ضباب. بمجرد اختبار لوحات التشغيل ، قم بتوصيلها مباشرة بخط طاقة 5 فولت ، مع مرحل بينهما (كما هو مذكور أعلاه). عندما يتم تشغيل المرحل واكتمال الدائرة ، سترى الماء يتم تحويله إلى ضباب.

المصابيح

يتم التحكم في مصابيح Neopixel LED من Adafruit مباشرة بخط تحكم إلى Arduino ، دون استخدام أي مرحلات. لقد قطعت هذا الشريط الطويل إلى أقسام متعددة من ~ 15 LEDs لكل منهما. ارجع إلى هذه الصفحة حول كيفية قص هذه المصابيح وتوصيلها. بعد إنشاء أقسام متعددة من مصابيح LED (كما هو موضح أيضًا في الصورة) ، احتفظت بغطاء السيليكون وأضفت الغراء الساخن على الأطراف لمقاومة الماء لكل شيء. لقد علقت أقسامًا فردية في الجزء السفلي من صينية المطر لتوزيع إضاءة لطيف ومتساوي.

المضخات التمعجية

كما لوحظ من قبل ، هناك نوعان من المضخات التمعجية في هذا terrarium. يوفر تمعج الجرعات كميات صغيرة فقط من الماء لمولد الضباب. يحتوي خزان الضباب على رنانين من السيراميك ملامسين للماء ، لكن الماء لا ينتهي بسرعة كبيرة. نتيجة لذلك ، لا تعمل هذه المضخة كثيرًا لملء خزان الضباب بالماء. (في الواقع ، انتهى بي الأمر بإزالته من الكود وملئه بخزان التغشية يدويًا في بعض الأحيان بمجرد رفع الغطاء العلوي لـ terrarium)

من ناحية أخرى ، يتم استخدام التمعج 24V ، 2200mL / min للمطر ، وبالتالي يتم اختياره لهذا الحجم الكبير. في حين أن 24 فولت نفسها ستنتج معدل تدفق مرتفع جدًا لـ terrarium ، يمكنك تغيير الجهد على محول Boost لتغيير معدل تدفق هذه المضخة إلى الإعداد الأمثل.

الخطوة 5: التجميع والاختبار

المجسم

حفر

تظل الأجهزة الإلكترونية (مضختان تمعيتان ، RPi + قبعة صوتية / ميكروفون ، نانو ، لوحات Piezo Driver ، Relay Protobboard) في الجزء السفلي 6 بوصات L من terrarium. ذهبت للتجميع من أسفل إلى أعلى وفقًا للنموذج ثلاثي الأبعاد. ثقبان (حوالي 1/4 بوصة لكل منهما) في الجزء الخلفي من أقسام الإلكترونيات السفلية - أحد الفتحتين مخصص لخطوط الطاقة لجميع المكونات بينما الآخر لأنابيب المضخات التمعجية.

حفر حفرة واحدة مع ترك 1/4 بوصة من الغطاء العلوي للسماح بدخول أنابيب مياه الأمطار. قم بحفر ثقب صغير آخر حتى تخرج أسلاك LED وتذهب إلى النانو في الجزء السفلي. اختبر جميع الأجهزة الإلكترونية مرة أخيرة قبل وضعها داخل الصندوق.

التنسيب والعزل المائي

في الوقت الحالي ، يجب أن تكون جميع أقسام الأكريليك عالقة في مكانها من خطوة Enclosure Design. ضع الإلكترونيات المذكورة أعلاه في العلبة السفلية وضع الغطاء عليها. من المهم إغلاق هذا الغطاء بعناية حتى يكون مقاومًا للماء. الغطاء ليس مناسبًا للضغط داخل الصندوق ، وذلك لإعطاء بعض المساحة لتدفق الغراء بسهولة وإغلاق الفجوات. لقد استخدمت الإيبوكسي ، وسكبه على جوانب الغطاء وسمحت له بالركض على السقالات المصنوعة لإمساك الغطاء. يجب أن يعمل الصمغ ويغلق الفجوات بسلاسة. اتركه ليعالج طوال الليل ثم قم بعمل طبقة أخرى من مقاومة الماء باستخدام GE Sealant.

تجميع المطر والضباب

يجب أن يتم تجميع وعاء المطر مع خزان الضباب (مع وجود أقراص خزفية في قاعه) في خطوة تصميم العلبة. يجب أيضًا أن تكون مصابيح LED عالقة في الجزء السفلي من درج المطر من الخطوة السابقة وأن تخرج أسلاك الرنانات الخزفية من الفتحة المقابلة في أعلى / مؤخرة الصندوق. يمكنك ترك مجموعة صانع المطر + الضباب على السقالة في الجزء العلوي من الصندوق. قبل إغلاق الغطاء العلوي ، أدخل أنبوب المضخة من خلال الفتحة التي تم حفرها مسبقًا فوق صينية المطر لهذا الغرض. قم بقص أجزاء صغيرة من الأنابيب واستخدم موصلات شائكة لإنشاء منافذ متعددة لتوزيع المياه بشكل متساوٍ عندما يتعلق الأمر بالصينية. سيكون للمطر مظهر موحد بهذه الطريقة في terrarium. يمكنك استخدام زجاجة موزع الماء المضغوط لإضافة الماء في خزان الضباب قبل وضع الغطاء للاختبار بمجرد أن يصبح كل شيء داخل الصندوق.

اختبارات

لقد قمت بتوصيل الطاقة التي تجعل RPi متصل بالإنترنت. تم تكوينه مسبقًا للاتصال بشبكة wifi المحلية الخاصة بي. يمكنني الاستعلام عن الشبكة الخاصة بـ IP الخاص بـ Pi ، وبعد ذلك أستخدم مشاركة الشاشة المدمجة على Mac لتسجيل الدخول إلى Pi. هذا يسمح لي باختبار وتشغيل الأشياء عن بُعد وعدم الاضطرار إلى توصيل كبل HDMI في الصندوق. أستخدم البرامج المعدة مسبقًا (راجع خطوة البرنامج للبرامج التي تعمل على Pi / Arduino لمكونات مختلفة) لاختبار كل شيء في مكانه قبل التوجه إلى الخطوات التالية.

الخطوة السادسة: تصميم المراعي (تنسيق الحدائق)

ربما يكون هذا هو الجزء الأكثر متعة في العملية برمتها. عليك أن تصطاد أو تتسوق للنباتات! تجولت في مراكز الحدائق المحلية بما في ذلك المركز الموجود في Home Depot المحلي ، ومتاجر النباتات القريبة ، بل وتجولت في جواري الذي يضم الكثير من المساحات الخضراء. نظرًا لأن المناخ رطب ومغلق ويتغير كثيرًا داخل terrarium ، كنت أحاول العثور على نباتات مناخية استوائية مرنة. ستحتاج إلى العناصر التالية لتجهيز السرير للزراعة:

• التربة السوداء
• البيرلايت
• حصى
• الفحم المنشط

يتم ترشيح المياه من خلال طبقة التربة وصولاً إلى الخزان لإعادة تدويرها كمطر مرة أخرى. استخدم شبكة سلكية دقيقة (شبكة الألياف الزجاجية على سبيل المثال) كقاعدة قبل وضعها على طبقة التربة. ضع الفحم النشط كالطبقة السفلية في terrarium. هذا يمنع العفن من النمو داخل terrarium ويحافظ أيضًا على أي رائحة كريهة تحت السيطرة. قم بتغطية هذه الطبقة ببعض الحصى حتى يكون للمياه طبقة أخرى من الترشيح ولا تستمر الأوساخ في التدفق بحرية إلى الخزان. اخلط التربة السوداء والبيرلايت بنسبة 1: 1 بحيث يكون لديك وسط نمو جيد التهوية وصرف. أنت الآن جاهز للزراعة.

ملحوظة: لإسقاط كل هذه الأشياء في الصندوق دون لمس الجدران ، صنعت شكلًا يشبه القمع بورق وسكب مادة في الصندوق من خلال تلك الفتحة ولم أرميها مباشرة.

جمعت جذوع الأشجار الصغيرة والطحالب من جذوع الأشجار في الحي الذي أعيش فيه والمزيد من النباتات الاستوائية الصغيرة المتنوعة في متاجر النباتات المحلية. لقد وجدت شجرة بونساي أورانج تناسب احتياجاتي من المظهر وشيء يمكن أن يعيش في مناخ موضعي في هوم ديبوت. أستخدم بعض الطحالب الورقية وبعض الطحالب الإسبانية (كلاهما شائع في مراكز الحدائق) للحصول على مظهر أخضر طبيعي فوق التربة في terrarium.

من حيث الزراعة ، أنتقل من الحجم الصغير إلى الحجم الكبير. أستخدم ملاقطًا لوضع النباتات الصغيرة ووضع الطحالب / جذوع الأشجار بأيدي فقط ، قبل الوصول إلى المظهر الذي كنت سعيدًا به أخيرًا. يجب عليك مرة واحدة سقي تيراريوم وتركها لمدة يوم أو يومين حتى تتأقلم النباتات وتنمو جذورها في هذا السرير الجديد.

الخطوة 7: البرمجيات

تأتي هذه التعليمات في الغالب من github هنا مع كل التعليمات البرمجية. ما زلت سأتركهم هنا لإكمالهم. بينما أستخدم مساعد Google كما يظهر في الفيديو ، فإن terrarium أيضًا قبعة Google Voice مع ميكروفون في terrarium نفسه ، يستمع إلى الأوامر. يمكنك اختيار استخدام AIR Voice Hat فقط وفقًا للإرشادات الواردة هنا.

قبل ان تبدا

DialogFlow / الإجراءات على Google

اتبع الخطوات هنا لإنشاء وكيل Dialogflow. نستخدم نية ترحيب تتيح للمستخدم بدء التحدث إلى terrarium. هناك نوايا إضافية للمستخدم للاستعلام عن الطقس في مكان معين أو وقت معين (على سبيل المثال: "اعرض لي الطقس في سياتل") أو استدعاء إجراء صريح (على سبيل المثال: "اجعلها تمطر")

ستحتاج إلى نشر وظائف السحابة الخاصة بك والتي تم تعيينها لإجراءات المستخدم.

-> اتبع التعليمات الموجودة هنا لتمكين وظائف السحابة لقاعدة Firebase. -> توجد خطوات لنشر الوظائف من CLI ضمن نشر وظائفك باستخدام Firebase CLI على نفس الرابط على النحو الوارد أعلاه

Cloud PubSub قم بإعداد مشروع Cloud PubSub كما في هذا الارتباط

اتبع الخطوات لإنشاء موضوع. أنشأنا موضوعًا باسم "الطقس" في مشروعنا ، أضفنا إليه اشتراكاتنا. نحن نستخدم فقط اشتراكات السحب في هذا المشروع. كان الاشتراك في terrarium تم تسميته بتفاصيل الطقس

لاحظ معرف المشروع لهذا المشروع حيث سيكون مفيدًا لتشغيل عميل المستمع لاحقًا.

Openweather APIG اضبط مفتاح API الخاص بك من openweathermap.org. أضف هذا المفتاح في وظائف السحابة حتى تتمكن هذه الوظائف من اختبار اتصال خوادم الطقس عندما يطلب المستخدم معلومات محددة

قم بتثبيت NodeJS على RPi الخاص بك

كيفية تشغيل هذه الوحدات

نشر وظيفة Dialogflow Cloud

انتقل إلى دليل وظائفك وقم بتشغيل ما يلي بالترتيب

تثبيت $ npm

تسجيل الدخول إلى $ firebase

الحرف الأول من $ firebase

وأخيرًا قم بتشغيل ما يلي لنشر وظائفك:

نشر Firebase

يصبح ارتباط الوظائف المنشورة هو عنوان URL لخادم الويب الخاص بـ Dialogflow. Cloud PubSub

Naivgate إلى دليل ملف subscription.js & package.json وتشغيل تثبيت npm لتثبيت التبعيات. عندما تكون جاهزًا ، قم بتشغيل node subscritpions.js Listen-messages-weather-details حيث يمثل weather-details الاشتراك الذي قمت بإنشائه من خطوة سابقة.

يمكنك إما استخدام Google Home أو AIY Voice Kit للتفاعل مع terrarium. يظل إعداد التطبيق أعلاه كما هو لكليهما.

اتبع التعليمات الموضحة هنا لاختبار تطبيقك ونشره على مساعد Google. يمكنك بعد ذلك استخدام مساعد Google المرتبط بحسابك من خلال التحدث إليه لتشغيل terrarium وسؤاله عن الطقس.

الخطوة 8: قم بتشغيل Terrarium

يبدو اتباع هذا الإعداد بالكامل شاقًا ولكنه في الواقع ممتع وجذاب أثناء العمل مع النباتات. إذا تم القيام به بشكل صحيح ، يجب أن تكون قادرًا في النهاية على قول شيء مثل

"مرحبًا Google ، ما هي حالة الطقس في سياتل؟" ، "مرحبًا Google ، اجعلها تمطر" وما إلى ذلك ، وشاهد الإخراج السحري في terrarium الخاص بك.

استمتع بـ terrarium الجديد الخاص بك واظهاره لأصدقائك!

الخطوة 9: المساهمون / ملاحظة

• من إعداد Harpreet Sareen والأصدقاء في Google Creative Lab.
• يتبع هذا المشروع إرشادات مجتمع المصدر المفتوح من Google. الرجوع هنا للحصول على الترخيص والمبادئ التوجيهية الأخرى.
• ملاحظة: هذا ليس منتجًا معتمدًا رسميًا من Google.