Project Oasis: Voice Terrarium: 9 askelta (kuvilla)

2024 Kirjoittaja: John Day | [email protected]. Viimeksi muokattu: 2024-01-30 09:02

Project Oasis on Voice Terrarium, jonka kanssa voit puhua. Se on omavarainen suljettu ekosysteemi, joka jäljittelee ulkosäätä, mutta laatikon sisällä. Voit kysyä terraariolta "Sää Seattlessa" vastauksena, ja se saattaa alkaa kaataa laatikon sisälle. Terraario voi myös tuottaa pilviä, sumua tai muuttaa valaistusta vastaamaan muita sääolosuhteita.

Vaihe 1: Motivaatio

Keskustelumme luonnon kanssa on niin visuaalinen ja monitahoinen, toisin kuin mitä teemme tekniikan kanssa tänään. Puhelimissa tai tietokoneissa oleva sää ei herätä samoja aisteja kuin kirjaimellisesti nähdä tai tuntea sää. Mietin tätä Google Creative Labissa ollessani ja loin Project Oasis -projektin.

Se on terraario, jonka kanssa voit puhua Google Assistantin avulla. Voit pyytää sitä luomaan tiettyjä olosuhteita tai näyttämään säät tietyssä paikassa. Tämä kokeilu laajentaa keskustelua teknologian ja luonnon kanssa. Elämme luonnon ja tekniikan välissä ja katsomme niitä perinteisesti kahteen hyvin erilaiseen maailmaan. Oasis on ekologinen keskustelu, mutta luonnollisella tavalla; ei ohjelmoitu eikä kaoottinen. Seuraavassa on vaiheet, joilla voit luoda oman aktiivisen terrariumin.

Vaihe 2: Yleinen mekanismi

Kuten mainittu terraario luo sateen, sumun ja valo -olosuhteet. Terraarion yläosassa on LED -valot, sadealusta ja pieni kotelo, jossa on keraamisia resonaattoreita kosketuksissa veden kanssa. Nämä pienet levyt resonoivat ~ 1-1,7 Mhz: n nopeudella sumuttaakseen vettä sumuksi.

Terrariumin pohjassa on kaksi peristalttista pumppua ja muuta elektroniikkaa. Terrariumin pohjassa oleva säiliö pitää ylimääräisen veden. Vesi kierrätetään/hyväksytään ja pumpataan sadealustaan käyttäen yhtä hiljaisista peristalttisista pumppuista.

Vaihe 3: Kotelon suunnittelu

Linkki CADiin

Luettelo työkaluista/materiaaleista:

1. Akryyli-/pleksilasilevyt 0,25 "paksut (24 x 18" - kpl: 4)
2. Akryyliliima
3. Poraussarja, jossa 1/4 "ja asteittaiset alaterät
4. Mittanauha + jarrusatula
5. Epoksi liima (~ 15min söpö aika)
6. GE Tiivistysaine vedeneristykseen
7. Kirkkaat PVC -letkut 1/4 "OD + piikkiliittimet

Tämän terraarion suunnitteluohjeet ovat joustavia eivätkä kovia ja nopeita sääntöjä. Päätin rakentaa sellaisen, jonka voisin pitää työpöydälläni, tai sellaisen, joka näyttäisi hyvältä työtasolla. Lisäksi minulla oli yleinen käsitys elektroniikan, laitosten ja vesisäiliön tilasta. Päätin koko kotelon olevan H: 15 "W: 6" L: 10"

Yllä olevan kuvan CAD -mitat osoittavat yleisen hajoamisen; suurin piirtein ylä- ja alaelektroniikka ovat 4 "korkeita. Säiliö vie 4" L alareunaan ja jättää 6 "L elektroniikalle (lisää elektroniikasta myöhemmin).

Päätin käyttää akryyliä/pleksilasia tässä terraario -versiossa, koska se on helposti saatavilla, erittäin helppo työstää laserilla ja osat voidaan liimata/hitsata yhteen erilaisten akryylisementtien kanssa. Lasi tai läpinäkyvä muovi ovat hyviä ehdokkaita riippuen siitä, kuinka pitkälle haluat mennä ulkonäön kanssa, varsinkin jos terraariossa on kaaria. Lisäksi naarmuuntumattomia pleksilasiversioita on saatavana myös monista myymälöistä, joten ne voivat silti olla ihanteellinen valinta.

Suunnittelin 3D -mallin terraariolleni Fusion 360: ssä vain siksi, että halusin kokeilla sitä. Tämän projektin CAD -tiedostot on liitetty tähän vaiheeseen. Tasoitin kaikki luonnokset saadakseni laserkonetiedostot ja standardi laserkäsittelyprosessi seuraa. Asenna laser (minun tapauksessani Epilog), avaa tiedostot Corel Draw -ohjelmassa ja suorita koneistus.

Sinulla pitäisi olla kotelon kokoamiseen tarvittavat akryyliosat nyt. Katso CAD ja mene alhaalta ylös, koota osat akryylisementillä yhteen saadaksesi laatikko ja rakennustelineet ylhäällä / alhaalla. Käytä jarrusatuloita ja viivainmattoa (koska laatikkosi on läpinäkyvä) oppaana helpottamaan kokoamista.

Vaihe 4: Elektroniikan suunnittelu

Komponenttiluettelo / elektroniikka:

1. 5V/10A virtalähde (määrä: 1)
2. 3V-35V Boost-muunnin (määrä: 2)
3. 12V DC -annosteluperistalttinen pumppu (määrä: 1)
4. 2200 ml/min peristalttinen pumppu (määrä: 1)
5. Icstation 20mm keraamiset levyt taajuus = 113KHz, ohjainlevyillä (määrä: 2)
6. RGB LED -nauha (määrä: 1)
7. 18 AWG ja 24 AWG johdinsarja
8. Vaijerit 1/4"
9. Raspberry Pi 3 + Google Voice Hat (tarvitset vain äänihatun + mikrofonin täällä, ei kaiutinta itse)
10. Arduino Nano Mini USB -kaapelilla
11. ~ 3-24V jännitekuorma reiän SSR-releiden kautta
12. Puolikokoinen Protoboard

Tarvitset myös vaihtelevan jännitteen virtalähteen, yleismittarin, juotosraudan ja kuuman liimapistoolin koko prosessin aikana.

Huomautus: Tämä on nopea prototyyppi, ja joillekin komponenteille ja liitännöille on parempia vaihtoehtoja. Jos tiedät mitä olet tekemässä, voit vapaasti vaihtaa vaihtoehtoja.

Hakkeroin yksittäisen 5V/10A-virtalähteen mutilähtöiseksi irrottamalla pistokkeen ja lisäämällä omat monisäikeiset kaapelit yksittäisille komponenteille.

• 5V linja Icstation -ohjainkorteille
• 5 V: n linja RGB -LEDeille
• 5V linja Raspberry Pi 3: lle
• 12 V: n linja (säädettävä Boost -muuntimen kautta) peristalttisen pumpun annosteluun
• 24 V: n linja (säädettävä Boost -muuntimen kautta) korkean virtaaman sadeperistalttiselle pumpulle

Otin yksittäiset linjat ja laitoin ne yhteen langasta, jotta saat siistin ilmeen. Lisäsin myös korkin 5V -linjaan estämään virran värinöitä, koska se muodostaa yhteyden Raspberry Pi: hen.

Perusliitännät:

Yhdistin yhden 5 V: n linjoista suoraan Raspberry Pi: hen - levyn takaosaan PP1: een ja PP6: een, jotta en käytä mini -usb -kaapelia, koska tilaa on rajoitetusti. Pi: n päällä on Google Voice Hat. Otin jo olemassa olevan ohjelman sarjakytkentää varten ja siirrän sen Arduino Nano -laitteeseen. Tämä Nano on kytketty Pi 3: een lyhyen mini -USB -kaapelin kautta. Arduino Nano on liitetty protoboardiin releiden kytkemiseksi päälle/pois, mikä puolestaan käynnistää/sammuttaa pumput/sumunvalmistajan.

Protoboardissa on kolme relettä, joissa kummassakin 5V, 12V ja 24V kuormituslinjat. Jokainen rele on myös kytketty erilliseen nastaan Arduinossa (D5, D7 ja D8). Katso relekaaviosta, miten kytket releiden koskettimet joihinkin kytkentätoimenpiteisiin. A1/A2 ovat Arduinon linjat, kun taas 13+, 14 ovat linjasi kuorman piirin täydentämiseksi. Käytän releitä hyvään eristämiseen, mutta voit korvata ne myös transistoreilla. Muista, että kuorman ja Arduinon välillä on yhteinen maadoitus, jotta piiri toimii.

Keraamiset resonaattorit

Keraamisissa resonaattoreissa/piezoissa on ohjainkortti, jonka voit tarkistaa erikseen muuttuvasta virtalähteestä. Keraamisen yläpinnan on oltava kosketuksissa veden kanssa, jotta siitä muodostuu sumua. Kun olet testannut ohjainkortit, kytke ne suoraan 5 V: n sähköjohtoon releen välissä (kuten yllä). Kun rele on kytketty päälle ja piiri on valmis, näet veden muuttuvan sumuksi.

LEDit

Adafruitin Neopixel -LED -valoja ohjataan suoraan Arduinolle johtavalla linjalla ilman releitä. Leikkasin tämän pitkän nauhan useisiin ~ 15 LED -osiin. Katso tältä sivulta, miten nämä LED -valot leikataan ja liitetään. Kun olen luonut useita LED -osia (kuten myös kuvassa), pidin silikonipäällysteen päällä ja lisäsin kuumaa liimaa päihin vedenpitäväksi. Kiinnitin yksittäiset osat sadealustan pohjalle, jotta valaistus jakautuu mukavasti ja tasaisesti.

Peristalttiset pumput

Kuten aiemmin mainittiin, tässä terraariossa on kaksi peristalttista pumppua. Annosteluperistalttinen tuottaa vain pieniä määriä vettä sumugeneraattorille. Sumusäiliössä on kaksi keraamista resonaattoria, jotka ovat kosketuksissa veden kanssa, mutta vesi ei lopu kovin nopeasti. Tämän seurauksena tämä pumppu ei käy kovin usein täyttämään sumusäiliötä vedellä. (Itse asiassa päädyin jopa poistamaan sen koodista ja täyttämään sumutusastian käsin toisinaan vain nostamalla terraarion yläkantta)

Toisaalta 24 V, 2200 ml/min peristaltiikkaa käytetään sateeseen, joten se valitaan tälle suurelle tilavuudelle. Vaikka 24V itse tuottaa liian suuren virtausnopeuden terraarioon, voit muuttaa Boost -muuntimen jännitettä muuttaaksesi tämän pumpun virtausnopeuden optimaaliseksi.

Vaihe 5: Kokoonpano ja testaus

Kokoonpano

Poraus

Elektroniikka (2 Peristaltic -pumppua, RPi + Voice Hat/Microphone, Nano, Piezo Driver Boards, Relay Protoboard) pysyvät terraarion 6 L: ssä. Kävin kokoonpanossa alhaalta ylöspäin 3D -mallin mukaisesti. kaksi reikää (noin 1/4 tuumaa) elektroniikan alaosien takana - toinen reikistä on tarkoitettu kaikkien komponenttien voimalinjoille ja toinen peristalttisten pumppujen letkuille.

Poraa yksi reikä jättäen 1/4 tuumaa yläkannesta, jotta sadevesiputki pääsee sisään. Poraa toinen pieni reikä, jotta LED -johdot tulevat ulos ja menevät pohjaan tulevaan nanoon. Testaa kaikki elektroniikka viimeisen kerran ennen laittamalla ne laatikkoon.

Sijoitus ja vedeneristys

Tähän mennessä kaikkien akryyliosien olisi pitänyt olla kiinni kotelon suunnitteluvaiheessa. Aseta edellä mainittu elektroniikka kotelon alaosaan ja laita kansi päälle. On tärkeää sulkea tämä kansi huolellisesti, jotta se on vedenpitävä. Kansi ei ole puristussovitus laatikon sisällä, jotta liimalle jää tilaa ja virtaa helposti. Käytin epoksia, kaadoin sen kannen sivujen päälle ja annoin sen kulkea telineen päällä kannen pitämiseksi. Liiman pitäisi kulkea ja sulkea saumat saumattomasti. Anna sen seistä yön yli kovettumisen jälkeen ja tee sitten mahdollisesti toinen kerros vedeneristystä GE -tiivisteellä.

Sateen ja sumun kokoonpano

Sadealtaan ja sumusäiliön (keraamiset levyt sen pohjassa) kokoonpanon olisi pitänyt kokoontua kotelon suunnitteluvaiheessa. LEDien tulisi myös olla kiinni sadealustan pohjassa edellisestä vaiheesta ja keraamisten resonaattoreiden johdot tulevat ulos vastaavasta reiästä laatikon ylä-/takaosassa. Voit antaa tämän sade + sumunvalmistajan kokoonpanon istua laatikon yläosassa olevilla telineillä. Ennen kuin suljet yläkannen, tuo pumpun letku sisään sadealustan yläpuolelle poratun reiän kautta tätä tarkoitusta varten. Leikkaa pieniä osia letkuista ja käytä piikkiliittimiä luodaksesi useita ulostuloaukkoja tasaiselle vedenjakelulle, kun se tulee lokeroon. Sateella on yhtenäinen ilme tällä tavalla terraariossa. Voit lisätä vettä sumusäiliöön puristetulla vesipullolla ennen kuin laitat kannen testattavaksi, kun kaikki on laatikon sisällä.

Testaus

Kytkin sen virran, joka saa RPin tulemaan verkkoon. Se oli aiemmin määritetty muodostamaan yhteys paikalliseen wifi -verkkoon. Voin kysyä verkosta Pi: n IP -osoitetta, minkä jälkeen käytän sisäänrakennettua näytönjakoa Macissa kirjautuaksesi Pi: hen. Näin voin testata ja suorittaa asioita etänä ilman, että tarvitsen kytkeä HDMI -kaapelia laatikkoon. Käytän esiasetettuja ohjelmiani (katso Ohjelmistovaihe Pi/Arduino -ohjelmia käyttäville ohjelmille eri komponenttien osalta) testatakseni, että kaikki on paikallaan ennen kuin siirryn seuraaviin vaiheisiin.

Vaihe 6: Terrariumin suunnittelu (maisemointi)

Tämä on luultavasti hauskin osa koko prosessia. Saat metsästää tai ostaa kasveja! Kävin paikallisissa puutarhakeskuksissa, mukaan lukien paikallisessa Home Depotissa, lähellä sijaitsevissa kasvikaupoissa ja jopa vain kävelin naapurustossani, jossa on paljon viheralueita. Koska ilmasto on kostea, suljettu ja muuttuu paljon terraarion sisällä, yritin löytää joustavia trooppisen ilmaston kasveja. Tarvitset seuraavat asiat sängyn valmistamiseksi istutusta varten:

• Musta maaperä
• Perliitti
• Sora
• Aktiivihiili

Vesi suodatetaan maaperän läpi säiliöön ja kierrätetään uudelleen sateena. Käytä hienoa teräsverkkoa (lasikuituverkko esim.) Pohjana ennen maaperän asettamista. Aseta aktiivihiili terrariumin alimmaksi kerrokseksi. Tämä estää homeiden kasvamisen terraarion sisällä ja pitää myös pahan hajun kurissa. Peitä tämä kerros soralla, jotta vedellä on toinen suodatinkerros ja lika ei virtaa vapaasti säiliöön. Sekoita musta maaperä ja perliitti suhteessa 1: 1, jotta saat todella ilmavan ja sateisen kasvualustan. Olet nyt valmis istutukseen.

Huomautus: Jos haluat pudottaa kaiken tämän tavaran laatikkoon koskematta seiniin, tein suppilomaisen muodon paperilla ja kaatoin materiaalia laatikkoon tämän aukon läpi enkä heitä sitä suoraan sisään.

Keräsin pieniä tukkeja ja sammalta naapuruston puunrungoista ja enemmän erilaisia pieniä trooppisia kasveja paikallisista kasvikaupoista. Löysin Bonsai -appelsiinipuun, joka sopi ulkoasuni tarpeisiin ja jotain, joka selviäisi ajankohtaisessa ilmastossa Home Depotista. Käytän Sheet -sammalta ja espanjalaista sammalta (molemmat yleisesti puutarhakeskuksissa) luonnollisen vihreän ilmeen saavuttamiseksi terraarion maaperän yläpuolella.

Istutuksen suhteen siirryn pienestä suureen. Käytän pinsettejä pienten kasvien laittamiseen ja sammal/hirsien asettamiseen vain käsin, ennen kuin saavun lopulta ilmeeseen, johon olin vihdoin tyytyväinen. Kerran kevyesti kastellaan terraariota ja annetaan sen istua päivä tai kaksi, jotta kasvit sopeutuvat ja kasvattavat juuria tässä uudessa sängyssä.

Vaihe 7: Ohjelmisto

Nämä ohjeet tulevat suurimmaksi osaksi täältä githubilta ja kaikki koodit. Aion silti jättää ne tänne loppuun. Vaikka käytän Google Assistantia, kuten videossa näkyy, terraario myös Google Voice Hat, jossa on mikrofoni terraariossa, kuuntelee komentoja. Voit käyttää AIR Voice Hatia tässä annettujen ohjeiden mukaisesti.

Ennen kuin aloitat

DialogFlow / Actions on Google

Luo Dialogflow -agentti noudattamalla näitä ohjeita. Käytämme tervetulotarkoitusta, jonka avulla käyttäjä voi aloittaa puhumisen terrariumin kanssa. Käyttäjällä on myös muita aikomuksia tiedustella säästä tietyssä paikassa ja kellonajassa (esim. "Näytä minulle Seattlen sää") tai vedota nimenomaiseen toimintaan (esim. "Tee sade")

Sinun on otettava käyttöön pilvitoiminnot, jotka on yhdistetty käyttäjän toimintoihin.

-> Ota pilvitoiminnot käyttöön Firebasessa noudattamalla tässä annettuja ohjeita. -> Toiminnot CLI: n käyttöönottamiseksi ovat kohdassa Toimintojen käyttöönotto Firebase CLI: n kanssa samassa linkissä kuin yllä

Cloud PubSub Määritä Cloud PubSub -projekti tämän linkin mukaisesti

Luo aihe noudattamalla ohjeita. Loimme projektissamme aiheen nimeltä 'Sää', johon lisäsimme tilauksemme. Käytämme tässä projektissa vain pull -tilauksia. Tilaus oli terrarium, joka nimettiin säätiedoksi

Huomaa tämän projektin projektitunnus, koska siitä on hyötyä kuunteluohjelman suorittamisessa myöhemmin.

Openweather APIGet API -avaimesi osoitteesta openweathermap.org. Lisää tämä avain pilvitoimintoihin, jotta nämä toiminnot voivat pingata sääpalvelimia, kun käyttäjä pyytää tiettyjä tietoja

Asenna NodeJS RPi -laitteeseesi

Näiden moduulien suorittaminen

Dialogflow Cloud -toiminnon käyttöönotto

Siirry toimintojen hakemistoon ja suorita seuraava järjestys

$ npm asennus

$ firebase kirjautuminen

$ firebase init

Ja lopuksi suorita seuraavat toiminnot käyttöönottaaksesi:

$ firebase käyttöön

Käyttöön otettujen toimintojen linkistä tulee Dialogflow. Cloud PubSubin webhook -URL -osoite

Siirry tiedostoon subscription.js & package.json hakemistoon ja asenna riippuvuudet suorittamalla npm install. Kun olet valmis, suorita node subscritpions.js kuuntele viestit säätiedot, joissa säätiedot ovat tilauksesi, jonka loit edellisestä vaiheesta.

Voit joko käyttää Google Homea tai AIY -äänipakettia vuorovaikutuksessa terraarion kanssa. Yllä oleva sovellusasetus pysyy samana molemmille.

Testaa ja ota sovelluksesi käyttöön Google Assistantissa noudattamalla tässä annettuja ohjeita. Voit sitten käyttää tiliisi liittyvää Google -avustajaa puhumalla sen kanssa, jotta terraario käynnistyy, ja kysymällä siltä säästä.

Vaihe 8: Käytä Terrariumia

Koko tämän asennuksen seuraaminen tuntuu hankalalta, mutta on todella hauskaa ja mukaansatempaavaa kasvien kanssa työskennellessä. Jos se tehdään oikein, sinun pitäisi vihdoin sanoa jotain sellaista

"Hei Google, mikä sää Seattlessa?", "Hei Google, tee sade" jne.

Nauti uudesta terraariosta ja näytä se ystävillesi!

Vaihe 9: Avustajat / HUOMAUTUS

• Harpreet Sareenin ja Google Creative Labin ystävien tekemät.
• Tämä projekti noudattaa Googlen avoimen lähdekoodin yhteisön sääntöjä. Katso lisenssi ja muut ohjeet täältä.
• Huomautus: Tämä ei ole virallisesti tuettu Google -tuote.