Project Oasis: Voice Terrarium: 9 bước (có hình ảnh)

2024 Tác giả: John Day | [email protected]. Sửa đổi lần cuối: 2024-01-30 13:34

Project Oasis là một Terrarium Voice mà bạn có thể nói chuyện. Đó là một hệ sinh thái khép kín tự cung cấp bắt chước thời tiết bên ngoài nhưng bên trong một chiếc hộp. Bạn có thể hỏi hồ cạn về 'Thời tiết ở Seattle' như một câu trả lời mà nó có thể bắt đầu đổ vào bên trong hộp. Terrarium cũng có thể tạo ra mây, sương mù hoặc thay đổi ánh sáng để thể hiện các điều kiện thời tiết khác.

Bước 1: Động lực

Phương tiện trò chuyện của chúng ta với thiên nhiên rất trực quan và đa phương thức, trái ngược với những gì chúng ta làm với công nghệ ngày nay. Thời tiết trên điện thoại hoặc máy tính không tạo ra các giác quan giống như nhìn hoặc cảm nhận thời tiết theo nghĩa đen. Tôi đã nghĩ về điều này trong thời gian làm việc tại Google Creative Lab và tạo ra Project Oasis.

Đó là một hồ cạn mà bạn có thể nói chuyện với nó bằng Trợ lý Google. Bạn có thể yêu cầu nó tạo ra những điều kiện nhất định hoặc chỉ cho bạn thời tiết ở một nơi cụ thể. Thử nghiệm này mở rộng cuộc trò chuyện của chúng tôi với công nghệ và thế giới tự nhiên. Chúng ta đang sống giữa thiên nhiên và công nghệ và theo truyền thống, chúng ta coi chúng như hai thế giới rất khác nhau. Oasis là một cuộc trò chuyện sinh thái nhưng theo cách tự nhiên; không được lập trình cũng không hỗn loạn. Sau đây là các bước về cách tạo một trong những hồ cạn đang hoạt động của riêng bạn.

Bước 2: Cơ chế chung

Terrarium như đã đề cập tạo ra các điều kiện mưa, sương mù và ánh sáng. Phần trên cùng của hồ cạn có đèn LED, Khay mưa cộng với một vỏ bọc nhỏ với bộ cộng hưởng bằng gốm tiếp xúc với nước. Các đĩa nhỏ này cộng hưởng ở ~ 1-1,7Mhz để phân tử nước thành dạng sương mù.

Dưới đáy của hồ cạn có hai máy bơm nhu động và các thiết bị điện tử khác. Một hồ chứa ở dưới cùng của hồ cạn chứa nước dư thừa. Nước được tái chế / đóng gói và được bơm lên khay mưa bằng cách sử dụng một trong những máy bơm nhu động không ồn.

Bước 3: Thiết kế bao vây

Liên kết với CAD

Danh sách Công cụ / Vật liệu:

1. Tấm acrylic / Plexiglass dày 0,25 "(24" x 18 "- Qty: 4)
2. Keo acrylic
3. Bộ khoan với 1/4 "và các bit thấp hơn được chia độ
4. Băng đo + Thước cặp
5. Keo Epoxy (thời gian dễ thương ~ 15 phút)
6. GE Sealant để chống thấm
7. Ống PVC rõ ràng 1/4 "OD + Đầu nối có gai

Các hướng dẫn thiết kế cho hồ cạn này là các quy tắc linh hoạt và không cứng và nhanh chóng. Tôi đã chọn chế tạo một cái mà tôi có thể để trên bàn làm việc của mình hoặc một cái trông đẹp mắt trên mặt bàn. Ngoài ra, tôi đã có một ý tưởng chung về không gian mà các thiết bị điện tử, nhà máy và bể chứa nước của tôi sẽ sử dụng. Tôi quyết định cho toàn bộ khu vực bao vây là H: 15 "W: 6" L: 10"

Các kích thước CAD trong hình trên cho thấy sự phân chia chung; nói chung, mỗi thiết bị điện tử trên cùng và dưới cùng chiếm chiều cao 4 ". Bình chứa chiếm 4" L ở phía dưới để lại 6 "L cho thiết bị điện tử (sẽ nói thêm về thiết bị điện tử sau).

Tôi quyết định sử dụng Acrylic / Plexiglass cho phiên bản terrarium này vì nó dễ dàng có sẵn, rất dễ gia công trên tia laser và các bộ phận có thể được dán / hàn với nhiều loại xi măng acrylic. Thủy tinh hoặc nhựa trong suốt là những ứng cử viên sáng giá tùy thuộc vào mức độ bạn muốn đi xa với vẻ ngoài, đặc biệt nếu hồ cạn sẽ có đường cong. Ngoài ra, các phiên bản chống xước của plexiglass cũng có sẵn ở nhiều cửa hàng, do đó, nó vẫn có thể là một lựa chọn lý tưởng.

Tôi đã thiết kế mô hình 3D cho hồ cạn của mình trong Fusion 360, chỉ vì tôi muốn thử. Các tệp CAD cho dự án này được đính kèm với bước này. Tôi san phẳng tất cả các bản phác thảo để có được các tệp Máy Laser và quy trình gia công laser tiêu chuẩn sau đó. Thiết lập laser (trong trường hợp của tôi là Epilog), Mở tệp trong Corel Draw và chạy gia công.

Bạn sẽ có các bộ phận acrylic cần thiết để lắp ráp bao vây ngay bây giờ. Tham khảo CAD và đi từ dưới lên trên, lắp ráp các bộ phận bằng xi măng acrylic với nhau để có được một hộp, với giàn giáo ở trên / dưới. Sử dụng thước cặp và thước kẻ (vì hộp của bạn trong suốt) làm hướng dẫn để quá trình lắp ráp dễ dàng hơn.

Bước 4: Thiết kế Điện tử

Danh sách các thành phần / điện tử:

1. Nguồn điện 5V / 10A (Qty: 1)
2. Bộ chuyển đổi 3V-35V Boost (Số lượng: 2)
3. Bơm nhu động 12V DC định lượng (Số lượng: 1)
4. 2200 mL / phút Bơm nhu động (Qty: 1)
5. Icstation 20mm Ceramic Discs freq = 113KHz, với bảng trình điều khiển (Qty: 2)
6. Dải đèn LED RGB (Số lượng: 1)
7. Bộ dây 18 AWG và 24 AWG
8. Máy dệt dây 1/4"
9. Raspberry Pi 3 + Google Voice Hat (bạn chỉ cần có mũ thoại + micrô ở đây chứ không cần loa ngoài)
10. Arduino Nano với cáp USB mini
11. Rơle SSR điện áp ~ 3-24V tải qua lỗ
12. Một nửa kích thước Protoboard

Bạn cũng cần nguồn điện có điện áp thay đổi, đồng hồ vạn năng, bàn ủi và súng bắn keo nóng trong toàn bộ quá trình này.

Lưu ý: Đây là một nguyên mẫu nhanh và có những lựa chọn thay thế tốt hơn cho một số thành phần và kết nối. Nếu bạn biết mình đang làm gì, hãy thoải mái thay đổi bằng những lựa chọn thay thế khả thi.

Tôi đã hack nguồn điện 5V / 10A đầu ra duy nhất thành nguồn cung cấp đầu ra muti bằng cách rút phích cắm và thêm cáp nhiều sợi của riêng tôi cho các thành phần riêng lẻ.

• Dòng 5V cho bo mạch điều khiển Icstation
• Dòng 5V cho đèn LED RGB
• Đường 5V cho Raspberry Pi 3
• Dòng 12V (biến đổi qua Bộ chuyển đổi tăng cường) để định lượng bơm nhu động
• Dòng 24V (biến đổi thông qua Bộ chuyển đổi tăng cường) cho máy bơm nhu động mưa tốc độ dòng chảy cao

Tôi lấy các đường riêng lẻ và đặt chúng lại với nhau trong một khung dệt dây để có một cái nhìn gọn gàng hơn. Tôi cũng đã thêm một nắp vào đường 5V để tránh gợn sóng vì nó kết nối trực tiếp với Raspberry Pi.

Kết nối cơ bản:

Tôi đã kết nối trực tiếp một trong các đường 5V với Raspberry Pi - mặt sau của bo mạch tới PP1 và PP6 để không sử dụng cáp USB mini vì không gian hạn chế. Pi có một Mũ Google Voice ở trên cùng. Tôi đã lấy một chương trình đã có sẵn để chuyển đổi nối tiếp và chuyển nó sang Arduino Nano. Nano này được kết nối với Pi 3 thông qua một cáp USB mini ngắn. Arduino Nano có các kết nối với một bảng mạch để bật / tắt rơ le để bật / tắt máy bơm / máy tạo sương.

Protoboard có ba rơ le với các dòng tải 5V, 12V và 24V mỗi rơ le. Mỗi rơ le cũng được kết nối với một chân riêng biệt trên Arduino (D5, D7 và D8). Tham khảo sơ đồ rơ le về cách đấu dây các tiếp điểm rơ le để biết một số thao tác chuyển mạch. A1 / A2 sẽ là các dòng từ Arduino trong khi 13+, 14 sẽ là các dòng của bạn để hoàn thành mạch cho tải. Tôi đang sử dụng rơ le để cách ly tốt nhưng bạn cũng có thể thay thế chúng bằng bóng bán dẫn. Nhớ nối đất chung giữa tải và Arduino để mạch hoạt động.

Bộ cộng hưởng gốm

Các bộ cộng hưởng / piezos bằng gốm đi kèm với mỗi bảng điều khiển mà bạn có thể kiểm tra riêng lẻ trên một nguồn điện có thể thay đổi. Bề mặt gốm trên cùng phải tiếp xúc với nước để tạo sương. Sau khi bạn đã kiểm tra các bảng trình điều khiển, hãy đấu dây trực tiếp chúng với đường dây nguồn 5V, với một rơ le ở giữa (như trên). Khi rơ le được bật và hoàn thành mạch, bạn sẽ thấy nước được chuyển thành sương mù.

Đèn LED

Đèn LED Neopixel từ Adafruit được điều khiển trực tiếp bằng đường điều khiển tới Arduino, không sử dụng bất kỳ rơ le nào. Tôi cắt dải dài này thành nhiều phần gồm ~ 15 đèn LED mỗi phần. Tham khảo trang này về cách cắt và kết nối các đèn LED này. Sau khi tạo nhiều phần đèn LED (như trong hình), tôi vẫn giữ lớp phủ silicone và thêm keo nóng vào các đầu để chống thấm nước. Tôi đã dán các phần riêng lẻ vào đáy khay mưa để phân bố ánh sáng đều và đẹp.

Bơm nhu động

Như đã nói ở trên, có hai máy bơm nhu động trong hồ cạn này. Nhu động định lượng chỉ cung cấp một lượng nhỏ nước cho máy tạo sương. Bình chứa sương mù có hai bộ cộng hưởng bằng gốm tiếp xúc với nước, nhưng nước không hết nhanh. Do đó, máy bơm này không chạy thường xuyên để làm đầy nước vào bình chứa sương mù. (Trên thực tế, tôi thậm chí đã kết thúc việc xóa nó khỏi mã và đôi khi chỉ làm đầy bình phun sương theo cách thủ công bằng cách chỉ cần nhấc nắp trên của hồ cạn)

Mặt khác, nhu động 24V, 2200mL / phút được sử dụng cho mưa và do đó được chọn cho âm lượng lớn này. Mặc dù bản thân 24V sẽ tạo ra tốc độ dòng chảy quá cao đối với hồ cạn, bạn có thể thay đổi điện áp trên Bộ chuyển đổi tăng cường để thay đổi tốc độ dòng chảy của máy bơm này thành cài đặt tối ưu.

Bước 5: Lắp ráp và kiểm tra

cuộc họp

Khoan

Các thiết bị điện tử (2 máy bơm nhu động, RPi + Mũ thoại / Micrô, Nano, Bảng điều khiển Piezo, Bảng điều khiển tiếp sức) nằm ở 6 inch dưới cùng của hồ cạn. Tôi đã lắp ráp từ dưới lên trên theo mô hình 3D. Khoan hai lỗ (khoảng 1/4 mỗi lỗ) ở phía sau của các phần điện tử phía dưới - một trong các lỗ dành cho đường dây điện của tất cả các thành phần trong khi lỗ còn lại dành cho đường ống của máy bơm nhu động.

Khoan một lỗ chừa 1/4 từ nắp trên để cho ống nước mưa đi vào. Khoan một lỗ nhỏ khác để dây dẫn LED đi ra và đi vào Nano ở phía dưới. Kiểm tra tất cả các thiết bị điện tử lần cuối trước khi đặt chúng bên trong hộp.

Vị trí và chống thấm

Bây giờ, tất cả các phần acrylic lẽ ra đã được dán vào vị trí từ bước Thiết kế bao vây. Đặt các thiết bị điện tử được đề cập ở trên vào hộp phía dưới và đậy nắp lên. Điều quan trọng là phải đậy nắp này cẩn thận để nó không thấm nước. Nắp không phải là một chiếc máy ép vừa vặn bên trong hộp, để tạo khoảng trống cho keo dễ chảy và đóng các khe hở. Tôi đã sử dụng Epoxy, đổ nó lên các cạnh của nắp và để nó chạy trên giàn giáo được làm để giữ nắp. Keo phải chạy và liền mạch đóng các khe hở. Để nó khô qua đêm và sau đó có thể sơn một lớp chống thấm nước khác với GE Sealant.

Hội mưa và sương mù

Việc lắp ráp khay mưa với bình chứa sương (với các đĩa sứ ở dưới cùng) lẽ ra phải kết hợp với nhau trong bước thiết kế bao che. Các đèn LED cũng nên được dán ở dưới cùng của khay mưa từ bước trước và các dây dẫn cho bộ cộng hưởng bằng gốm đi ra từ lỗ tương ứng ở trên cùng / sau của hộp. Bạn có thể để bộ phận tạo mưa + phun sương này ngồi trên giàn giáo ở phía trên cùng của hộp. Trước khi đóng nắp trên, đưa ống bơm vào qua lỗ đã khoan trước đó phía trên khay mưa cho mục đích này. Cắt các đoạn ống nhỏ và sử dụng các đầu nối bằng thép gai để tạo ra nhiều cửa thoát nước để phân phối đều nước khi chảy vào khay. Mưa sẽ có dạng đồng nhất theo hướng này trong hồ cạn. Bạn có thể sử dụng chai chứa nước dạng bóp để thêm nước vào bình chứa sương trước khi đậy nắp để kiểm tra khi mọi thứ đã ở bên trong hộp.

Thử nghiệm

Tôi đã cắm nguồn để RPi trực tuyến. Trước đó nó đã được cấu hình để kết nối với mạng wifi cục bộ của tôi. Tôi có thể truy vấn mạng cho IP của Pi, sau đó tôi sử dụng tính năng chia sẻ màn hình có sẵn trên Mac để đăng nhập vào Pi. Điều này cho phép tôi kiểm tra và chạy mọi thứ từ xa và không phải cắm cáp HDMI vào hộp. Tôi sử dụng các chương trình đặt trước của mình (tham khảo bước Phần mềm cho các chương trình chạy trên Pi / Arduino để biết các thành phần khác nhau) để kiểm tra mọi thứ đã sẵn sàng trước khi chuyển sang các bước tiếp theo.

Bước 6: Thiết kế Terrarium (Cảnh quan)

Đây có lẽ là phần thú vị nhất của toàn bộ quá trình. Bạn có thể đi săn hoặc mua sắm thực vật! Tôi đã đi vòng quanh các trung tâm vườn địa phương, bao gồm cả một trong Home Depot địa phương, các cửa hàng thực vật gần đó và thậm chí chỉ đi dạo trong khu phố của tôi, nơi có rất nhiều không gian xanh. Vì khí hậu ẩm ướt, khép kín và thay đổi rất nhiều bên trong hồ cạn, tôi đã cố gắng tìm những loại cây có khả năng chống chịu với khí hậu nhiệt đới. Bạn cần những vật dụng sau để chuẩn bị sẵn luống trồng:

• Đất đen
• Đá trân châu
• Sỏi
• Than hoạt tính

Nước lọc qua lớp đất xuống hồ chứa để được tái chế dưới dạng mưa một lần nữa. Sử dụng lưới thép mịn (ví dụ: lưới sợi thủy tinh) làm nền trước khi đặt luống đất. Đặt than hoạt tính làm lớp dưới cùng nhất trong hồ cạn. Điều này ngăn chặn nấm mốc phát triển bên trong hồ cạn và cũng kiểm soát được mùi hôi. Che lớp này bằng một ít sỏi để nước có một lớp lọc khác và chất bẩn không tiếp tục chảy tự do vào bể chứa. Trộn đất đen và đá trân châu theo tỷ lệ 1: 1 để bạn có một giá thể trồng cây thật thoáng và thoát nước. Bây giờ bạn đã sẵn sàng để trồng.

Lưu ý: Để thả tất cả những thứ này vào hộp mà không chạm vào thành hộp, tôi đã tạo hình giống cái phễu bằng giấy và đổ vật liệu vào hộp qua lỗ đó chứ không ném trực tiếp vào hộp.

Tôi thu thập các khúc gỗ nhỏ và rêu từ các thân cây trong khu phố của mình và nhiều loại cây nhiệt đới nhỏ khác ở các cửa hàng thực vật địa phương. Tôi đã tìm thấy một cây Bonsai Orange phù hợp với nhu cầu của tôi về ngoại hình và một thứ có thể tồn tại trong khí hậu thời tiết tại Home Depot. Tôi sử dụng một số rêu dạng tấm và một số rêu Tây Ban Nha (cả hai đều thường thấy ở các trung tâm vườn) để có màu xanh tự nhiên trên đất trong hồ cạn.

Về cách trồng, tôi đi từ kích thước nhỏ đến kích thước lớn. Tôi dùng nhíp để đặt những cây nhỏ và đặt rong rêu / khúc gỗ chỉ bằng tay, trước khi đạt được vẻ ngoài mà cuối cùng tôi hài lòng. Bạn nên tưới nước nhẹ một lần cho hồ cạn và để một hoặc hai ngày cho cây thích nghi và phát triển rễ trên luống mới này.

Bước 7: Phần mềm

Các hướng dẫn này phần lớn đến từ github ở đây với tất cả mã. Tôi vẫn sẽ để chúng ở đây để hoàn thành. Trong khi tôi sử dụng Trợ lý Google như đã thấy trong video, thì terrarium cũng là một Google Voice Hat với micrô trong chính terrarium, nghe lệnh. Bạn có thể chọn chỉ sử dụng AIR Voice Hat theo hướng dẫn tại đây.

Trước khi bạn bắt đầu

DialogFlow / Hành động trên Google

Làm theo các bước tại đây để tạo tác nhân Dialogflow. Chúng tôi sử dụng một mục đích chào đón cho phép người dùng bắt đầu nói chuyện với hồ cạn. Có những ý định bổ sung để người dùng hỏi về thời tiết tại địa điểm, thời gian nhất định (ví dụ: 'cho tôi xem thời tiết ở Seattle') hoặc gọi một hành động rõ ràng (ví dụ: 'làm cho trời mưa')

Bạn sẽ cần triển khai các chức năng đám mây của mình được ánh xạ tới các hành động của người dùng.

-> Làm theo hướng dẫn tại đây để bật các chức năng đám mây cho firebase. -> Các bước để triển khai các chức năng từ CLI nằm trong Triển khai các chức năng của bạn với Firebase CLI trên cùng một liên kết như trên

Cloud PubSubThiết lập một dự án Cloud PubSub như trong liên kết này

Làm theo các bước để tạo một chủ đề. Chúng tôi đã tạo một Chủ đề có tên là 'Thời tiết' trong dự án của mình, chúng tôi đã thêm các đăng ký của mình vào đó. Chúng tôi chỉ sử dụng đăng ký kéo trong dự án này. Đăng ký hồ cạn được đặt tên là chi tiết thời tiết

Lưu ý id dự án cho dự án này vì nó sẽ rất hữu ích để chạy ứng dụng khách lắng nghe sau này.

Openweather CẬP NHẬT Đặt khóa API của bạn từ openweathermap.org. Thêm khóa này vào các chức năng đám mây để các chức năng đó có thể ping các máy chủ thời tiết khi người dùng yêu cầu thông tin cụ thể

Cài đặt NodeJS trên RPi của bạn

Cách chạy các mô-đun này

Triển khai chức năng đám mây Dialogflow

Điều hướng đến thư mục các chức năng của bạn và chạy theo thứ tự sau

cài đặt $ npm

đăng nhập $ firebase

$ firebase init

Và cuối cùng chạy phần sau để triển khai các chức năng của bạn:

triển khai $ firebase

Liên kết của các chức năng được triển khai trở thành URL webhook cho Dialogflow. Cloud PubSub

Điều hướng đến thư mục của tệp subscription.js & package.json và chạy npm install để cài đặt các phần phụ thuộc. Khi bạn đã sẵn sàng, hãy chạy node subscritpions.js nghe thông báo thời tiết-chi tiết thời tiết trong đó chi tiết thời tiết là đăng ký bạn đã tạo từ bước trước. Triển khai thử nghiệm Google Assistant / AIY Voice Kit

Bạn có thể sử dụng Google Home hoặc AIY Voice Kit để tương tác với hồ cạn. Thiết lập ứng dụng ở trên vẫn giống nhau cho cả hai.

Làm theo hướng dẫn tại đây để kiểm tra và triển khai ứng dụng của bạn trên Trợ lý Google. Sau đó, bạn có thể sử dụng Trợ lý Google được liên kết với tài khoản của mình bằng cách nói chuyện với Trợ lý đó để kích hoạt hồ cạn và hỏi về thời tiết.

Bước 8: Chạy Terrarium

Làm theo toàn bộ thiết lập này có vẻ khó khăn nhưng thực sự rất vui và hấp dẫn khi làm việc với cây. Nếu làm đúng, cuối cùng bạn sẽ có thể nói những điều như

"Này Google, Thời tiết ở Seattle thế nào?", "Này Google, Làm cho trời mưa", v.v. và xem kết quả kỳ diệu trong hồ cạn của bạn.

Thưởng thức hồ cạn mới của bạn và khoe nó với bạn bè của bạn!

Bước 9: Người đóng góp / LƯU Ý

• Được thực hiện bởi Harpreet Sareen và những người bạn tại Phòng thí nghiệm Sáng tạo của Google.
• Dự án này tuân theo Nguyên tắc cộng đồng nguồn mở của Google. Tham khảo tại đây để biết giấy phép và các hướng dẫn khác.
• Lưu ý: Đây không phải là sản phẩm được hỗ trợ chính thức của Google.