Project Oasis: Voice Terrarium: 9 Steps (with Pictures)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Naposledy změněno: 2024-01-30 08:23

Project Oasis je hlasové terárium, se kterým si můžete popovídat. Je to soběstačný uzavřený ekosystém, který napodobuje venkovní počasí, ale uvnitř krabice. Můžete se zeptat terária na „Počasí v Seattlu“, což je odpověď, na kterou by se mohlo začít lít dovnitř krabice. Terárium může také vytvářet mraky, mlhu nebo měnit osvětlení, aby reprezentovalo jiné povětrnostní podmínky.

Krok 1: Motivace

Prostředek našeho rozhovoru s přírodou je tak vizuální a multimodální, na rozdíl od toho, co dnes děláme s technologiemi. Počasí na telefonech nebo počítačích nevyvolává stejné smysly jako doslova vidět nebo cítit počasí. Přemýšlel jsem o tom během svého působení v Google Creative Lab a vytvořil Project Oasis.

Je to terárium, s nímž si můžete promluvit pomocí Google Assistant. Můžete jej požádat, aby vytvořil určité podmínky nebo vám ukázal počasí na konkrétním místě. Tento experiment rozšiřuje naši konverzaci s technologií a přírodním světem. Žijeme mezi přírodou a technologiemi a tradičně se na ně díváme jako na dva velmi odlišné světy. Oasis je ekologický rozhovor, ale přirozeným způsobem; ani naprogramovaný, ani chaotický. Následuje postup, jak vytvořit jedno z vlastních aktivních terárií.

Krok 2: Obecný mechanismus

Terárium, jak již bylo zmíněno, vytváří déšť, mlhu a světelné podmínky. V horní části terária jsou LED diody, Rain Tray a malý kryt s keramickými rezonátory v kontaktu s vodou. Tyto malé disky rezonují při ~ 1-1,7 MHz, aby atomizovaly vodu na to, co vypadá jako mlha.

Ve spodní části terária jsou umístěna dvě peristaltická čerpadla a další elektronika. Nádrž na dně terária pojme přebytečnou vodu. Voda se recykluje/upravuje a čerpá do dešťové vaničky pomocí jednoho z tichých peristaltických čerpadel.

Krok 3: Design skříně

Odkaz na CAD

Seznam nástrojů/materiálů:

1. Listy z akrylátu/plexiskla o tloušťce 0,25 palce (24 palců x 18 palců - počet: 4)
2. Akrylové lepidlo
3. Sada vrtáků s 1/4 "a odstupňovanými spodními bity
4. Měřicí páska + posuvná měřítka
5. Epoxidové lepidlo (roztomilý čas ~ 15 minut)
6. Hydroizolační tmel GE
7. Čiré PVC trubky 1/4 "OD + ostnaté konektory

Pokyny pro návrh tohoto terária jsou flexibilní a ne tvrdá a rychlá pravidla. Rozhodl jsem se postavit ten, který bych mohl mít na stole, nebo takový, který by na desce vypadal hezky. Kromě toho jsem měl obecnou představu o prostoru, který zabere moje elektronika, rostliny a vodní nádrž. Rozhodl jsem se, že celý kryt bude H: 15 "W: 6" L: 10"

Rozměry CAD na výše uvedeném obrázku ukazují obecné rozdělení; široce horní a spodní elektronika zabírají 4 "výšky každého. Zásobník zabírá dole 4" L a ponechává 6 "L pro elektroniku (více o elektronice později).

Pro tuto verzi terária jsem se rozhodl použít Akryl/Plexisklo, protože je snadno dostupné, velmi snadné pro obrábění na laseru a díly lze lepit/svařovat dohromady s různými akrylovými cementy. Sklo nebo průhledné plasty jsou dobrými kandidáty v závislosti na tom, jak daleko chcete se vzhledem jít, zvláště pokud bude mít terárium křivky. Kromě toho jsou v mnoha obchodech k dispozici také verze plexiskla odolná proti poškrábání, takže by to stále mohlo být ideální volbou.

Navrhl jsem 3D model pro své terárium ve Fusion 360, jen proto, že jsem tomu chtěl dát šanci. K tomuto kroku jsou připojeny soubory CAD pro tento projekt. Zploštil jsem všechny skici, abych získal soubory Laser Machine a následuje standardní proces laserového obrábění. Nastavte laser (v mém případě Epilog). Otevřete soubory v aplikaci Corel Draw a spusťte obrábění.

Nyní byste měli mít akrylové díly potřebné pro montáž skříně. Podívejte se na CAD a od zdola nahoru sestavte díly akrylovým cementem, abyste získali krabici s lešením nahoře / dole. Jako vodítko pro snazší proces montáže použijte třmeny a podložku pravítka (protože vaše krabice je průhledná).

Krok 4: Design elektroniky

Seznam komponentů / elektroniky:

1. Napájení 5V/10A (počet: 1)
2. 3V-35V Boost Converter (množství: 2)
3. 12V DC dávkovací peristaltické čerpadlo (množství: 1)
4. Peristaltická pumpa 2200 ml/min (množství: 1)
5. Icstation 20mm keramické disky freq = 113KHz, s deskami ovladačů (počet: 2)
6. RGB LED pásek (počet: 1)
7. Sada drátů 18 AWG a 24 AWG
8. Drátěný stav 1/4"
9. Raspberry Pi 3 + Google Voice Hat (zde potřebujete pouze klobouk + mikrofon a ne samotný reproduktor)
10. Arduino Nano s kabelem Mini USB
11. Relé SSR s napětím 3 až 24 V napětím skrz otvor
12. Protoboard poloviční velikosti

Během celého tohoto procesu budete také potřebovat napájecí zdroj s proměnným napětím, multimetr, žehličku a horkou lepicí pistoli.

Poznámka: Toto je rychlý prototyp a k některým komponentám a připojení existují lepší alternativy. Pokud víte, co děláte, neváhejte to změnit pomocí schůdných alternativ.

Napájecí zdroj 5V/10A s jedním výstupem jsem naboural do vícevýstupového zdroje odtržením zástrčky a přidáním vlastních vícežilových kabelů pro jednotlivé komponenty.

• 5V linka pro desky ovladačů Icstation
• 5V linka pro RGB LED
• 5V linka pro Raspberry Pi 3
• 12V vedení (variabilní přes Boost Converter) pro dávkování peristaltického čerpadla
• 24V vedení (proměnné přes Boost Converter) pro peristaltické čerpadlo s vysokým průtokem deště

Vzal jsem jednotlivé šňůry a dal je dohromady do drátěného stavu pro úhledný pohled. Také jsem přidal krytku do řady 5V, aby se zabránilo zvlnění napájení, protože se připojuje přímo k Raspberry Pi.

Základní připojení:

Připojil jsem jednu z 5V linek přímo k Raspberry Pi - zadní část desky k PP1 a PP6, abych kvůli omezenému prostoru nepoužíval mini USB kabel. Pi má nahoře klobouk Google Voice. Vzal jsem již existující program, který jsem měl pro sériové přepínání, a přenesl jej na Arduino Nano. Toto Nano je připojeno k Pi 3 krátkým mini USB kabelem. Arduino Nano má připojení k protoboardu pro zapnutí/vypnutí relé, které zase zapíná/vypíná čerpadla/výrobce mlhy.

Protoboard má tři relé se zatěžovacími vedeními 5V, 12V a 24V. Každé relé je také připojeno k samostatnému kolíku na Arduinu (D5, D7 a D8). Podívejte se na schéma relé, jak zapojit kontakty relé pro nějakou spínací akci. A1/A2 budou linky od Arduina, zatímco 13+, 14 budou vaše linky pro dokončení obvodu pro zátěž. Používám relé pro dobrou izolaci, ale můžete je také nahradit tranzistory. Aby obvod fungoval, nezapomeňte mít společné uzemnění mezi zátěží a Arduinem.

Keramické rezonátory

Keramické rezonátory/piezos jsou dodávány s deskou ovladače, kterou můžete jednotlivě zkontrolovat na variabilním napájecím zdroji. Horní keramický povrch musí být v kontaktu s vodou, aby vytvořil mlhu. Jakmile necháte testovat desky ovladačů, zapojte je přímo pomocí 5V elektrického vedení s relé mezi nimi (jak je uvedeno výše). Když je relé zapnuto a obvod je dokončen, uvidíte, jak se voda mění na mlhu.

LED diody

Neopixelové LED od společnosti Adafruit jsou ovládány přímo pomocí ovládací linky do Arduina, bez použití jakýchkoli relé. Tento dlouhý pásek jsem nařezal na více sekcí po ~ 15 LED diodách. Na této stránce najdete informace o tom, jak tyto LED diody vyjmout a připojit. Po vytvoření více sekcí LED (jak je také vidět na obrázku) jsem nechal silikonový kryt a na konce přidal horké lepidlo, aby bylo vše vodotěsné. Jednotlivé části jsem nalepil na dno dešťové vaničky, aby byla distribuce světla pěkná a rovnoměrná.

Peristaltická čerpadla

Jak již bylo uvedeno výše, v tomto teráriu jsou dvě peristaltická čerpadla. Peristaltické dávkování dodává pouze malé množství vody pro generátor mlhy. Zásobník mlhy má dva keramické rezonátory v kontaktu s vodou, ale voda nekončí příliš rychle. Výsledkem je, že toto čerpadlo neběží příliš často, aby naplnilo nádržku na mlhu vodou. (Ve skutečnosti jsem dokonce skončil s jeho odstraněním z kódu a jen občas manuálním naplněním mlžící nádrže pouhým zvednutím horního víka terária)

Na druhé straně peristaltické zařízení 24 V, 2 200 ml/min se používá pro déšť, a je tedy vybráno pro tento vysoký objem. Zatímco samotný 24V bude produkovat příliš vysoký průtok pro terárium, můžete změnit napětí na Boost Converteru a změnit tak průtok tohoto čerpadla na optimální nastavení.

Krok 5: Montáž a testování

Shromáždění

Vrtání

Elektronika (2 peristaltické pumpy, RPi + Voice Hat/mikrofon, Nano, Piezo Driver Boards, Relay Protoboard) zůstává ve spodním 6 "L terária. Šel jsem na montáž odspodu nahoru podle 3D modelu. Vrták dva otvory (přibližně 1/4 "každý) v zadní části spodních sekcí elektroniky - jeden z otvorů je pro napájecí vedení všech komponent, zatímco druhý pro potrubí peristaltických čerpadel.

Vyvrtejte jeden otvor a ponechte 1/4 z horního víka, aby dovnitř mohla trubka na dešťovou vodu. Vyvrtejte další malý otvor, aby LED dioda vyšla ven a zasunula se do Nano ve spodní části. Naposledy vyzkoušejte veškerou elektroniku před dát je do krabice.

Umístění a hydroizolace

Od této chvíle by měly být všechny akrylové sekce přilepeny na místo v kroku návrhu skříně. Umístěte výše uvedenou elektroniku do spodního krytu a nasaďte na něj víko. Je důležité toto víčko pečlivě utěsnit, aby bylo vodotěsné. Víko není uvnitř krabice lisované, aby poskytlo určitý prostor pro snadné proudění lepidla a uzavření mezer. Použil jsem epoxid, vylil jsem jej na boky víka a nechal jej běžet po lešení, které bylo určeno k držení víka. Lepidlo by mělo běžet a plynule uzavírat mezery. Nechte působit přes noc a poté případně proveďte další vrstvu hydroizolace pomocí GE Sealant.

Shromáždění deště a mlhy

Sestava dešťové vaničky s nádržkou na mlhu (s keramickými kotouči ve spodní části) se měla spojit v kroku návrhu skříně. LED diody by měly být také přilepeny ve spodní části dešťové vaničky z předchozího kroku a vodiče pro keramické rezonátory vycházející z příslušného otvoru v horní/zadní části krabice. Tuto sestavu výrobce deště a mlhy můžete nechat sedět na lešení v horní části krabice. Před zavřením horního víka protáhněte hadičku čerpadla otvorem, který byl předtím vyvrtán nad dešťovou vaničkou. Odřízněte malé části hadic a pomocí ostnatých konektorů vytvořte více vývodů pro rovnoměrnou distribuci vody, když se dostane do zásobníku. Déšť bude mít v teráriu jednotný vzhled. Pomocí lahve na dávkování stlačené vody můžete přidat vodu do mlžného zásobníku, než nasadíte víko na testování, jakmile bude vše uvnitř krabice.

Testování

Zapojil jsem napájení, díky kterému se RPi připojí k internetu. Dříve byl nakonfigurován tak, aby se připojil k mé místní síti Wi -Fi. Mohu dotazovat síť na IP Pi, poté použiji vestavěné sdílení obrazovky na Macu pro přihlášení do Pi. To mi umožňuje testovat a spouštět věci na dálku a nemuset do krabice zapojovat kabel HDMI. Používám své přednastavené programy (podívejte se na krok Software pro programy běžící na Pi/Arduino pro různé komponenty), abych otestoval, že je vše na svém místě, než se vydám k dalším krokům.

Krok 6: Design terária (terénní úpravy)

To je pravděpodobně nejzábavnější část celého procesu. Můžete lovit nebo nakupovat rostliny! Šel jsem kolem v místních zahradních centrech, včetně toho v místním Home Depot, nedalekých obchodech s rostlinami a dokonce jsem jen procházel v mém sousedství, které má spoustu zeleně. Protože klima je vlhké, uzavřené a v teráriu se hodně mění, snažil jsem se najít odolné tropické klimatické rostliny. K výsadbě postele budete potřebovat následující položky:

• Černá půda
• Perlit
• Štěrk
• Aktivní uhlí

Voda filtruje půdním ložem dolů do nádrže, aby byla znovu recyklována jako déšť. Než položíte půdní lože, použijte jako základ jemné drátěné pletivo (např. Síťovina ze skleněných vláken). Umístěte aktivní uhlí jako nejspodnější vrstvu v teráriu. Tím se zabrání růstu plísní uvnitř terária a také se pod kontrolou usadí zápach. Tuto vrstvu zakryjte štěrkem, aby voda měla další vrstvu filtrování a nečistoty do nádrže nepřetekly volně. Smíchejte černou půdu a perlit v poměru 1: 1, abyste získali opravdu vzdušné a odvodněné pěstební médium. Nyní jste připraveni k výsadbě.

Poznámka: Abych všechny tyto věci hodil do krabice, aniž bych se dotkl stěn, vytvořil jsem papírem nálevkovitý tvar a nalil jsem do krabice materiál skrz tento otvor a nevhazoval jej přímo.

Shromáždil jsem malé kmeny a mech z kmenů stromů v mém sousedství a další rozmanitost malých tropických rostlin v místních obchodech s rostlinami. Našel jsem strom Bonsai Orange, který vyhovoval mým potřebám vzhledu a něco, co by přežilo v aktuálním klimatu v Home Depot. Používám nějaký listový mech a nějaký španělský mech (oba běžně se vyskytující v zahradních centrech) pro přirozený zelený vzhled nad půdou v teráriu.

Pokud jde o výsadbu, jdu od malé k velké velikosti. Pinzetou jsem vložil malé rostliny a položil mech/kulatinu jen rukama, než jsem dosáhl vzhledu, se kterým jsem byl nakonec spokojený. Jednou byste měli lehkou zálivku terária nechat den nebo dva odležet, aby se rostliny aklimatizovaly a vypěstovaly kořeny v tomto novém záhonu.

Krok 7: Software

Tyto pokyny z větší části pocházejí z github zde se všemi kódy. Ještě je tu nechám k dokončení. Zatímco používám Google Assistant, jak je vidět na videu, terárium také Google Voice Hat s mikrofonem v samotném teráriu, poslouchající příkazy. Podle pokynů zde se můžete rozhodnout použít pouze AIR Voice Hat.

Než začneš

DialogFlow / Akce na Googlu

Při vytváření agenta Dialogflow postupujte podle těchto pokynů. Používáme vítaný záměr, který umožňuje uživateli začít mluvit s teráriem. Existuje také další záměr, aby se uživatel zeptal na počasí v určitém místě, čase (např.: „ukažte mi počasí v Seattlu“) nebo vyvolejte explicitní akci (např.: „aby pršelo“)

Budete muset nasadit své cloudové funkce, které jsou mapovány na akce uživatele.

-> Podle pokynů zde povolte cloudové funkce pro firebase. -> Kroky k nasazení funkcí z CLI jsou v části Nasazení funkcí pomocí CLI Firebase na stejném odkazu jako výše

Cloud PubSubNastavte projekt Cloud PubSub jako v tomto odkazu

Při vytváření tématu postupujte podle následujících pokynů. V našem projektu jsme vytvořili téma s názvem „Počasí“, do kterého jsme přidali naše předplatné. V tomto projektu používáme pouze vyžádaná předplatná. Předplatné bylo, že terárium bylo pojmenováno jako detail počasí

Poznamenejte si ID projektu pro tento projekt, protože se vám bude hodit později spustit klienta posluchače.

Openweather APIG Získejte klíč API z openweathermap.org. Přidejte tento klíč do cloudových funkcí, aby tyto funkce mohly pingovat na meteorologické servery, když uživatel požádá o konkrétní informace

Nainstalujte si NodeJS na RPi

Jak spustit tyto moduly

Nasazení cloudové funkce Dialogflow

Přejděte do adresáře vašich funkcí a spusťte následující v pořadí

$ npm instalace

$ firebase přihlášení

$ firebase init

A nakonec spusťte následující k nasazení vašich funkcí:

$ firebase nasadit

Odkaz na nasazené funkce se stane URL webhooku pro Dialogflow. Cloud PubSub

Naivgate do adresáře souboru subscription.js & package.json a spusťte npm install pro instalaci závislostí. Až budete připraveni, spusťte zprávy node-subcritpions.js, zprávy o počasí, kde podrobnost o počasí je předplatné, které jste vytvořili v předchozím kroku. Testovací nasazení Google Assistant / AIY Voice Kit

K interakci s teráriem můžete použít Google Home nebo AIY Voice Kit. Výše uvedené nastavení aplikace zůstává u obou stejné.

Při testování a nasazení aplikace v Asistentovi Google postupujte podle zde uvedených pokynů. Asistenta Google přidruženého k vašemu účtu pak můžete použít tak, že s ním promluvíte a spustíte terárium a zeptáte se ho na počasí.

Krok 8: Spusťte terárium

Sledování celého tohoto nastavení se zdá být náročné, ale ve skutečnosti je zábavné a poutavé při práci s rostlinami. Pokud to uděláte správně, měli byste konečně být schopni říci něco podobného

„Hey Google, what’s the weather in Seattle?“, „Hey Google, Make it Rain“atd. A podívejte se na magický výstup ve vašem teráriu.

Užijte si své nové terárium a ukažte ho svým přátelům!

Krok 9: Přispěvatelé / POZNÁMKA

• Vytvořil Harpreet Sareen a přátelé z Google Creative Lab.
• Tento projekt se řídí pokyny pro komunitu open source společnosti Google. Licenci a další pokyny naleznete zde.
• Poznámka: Toto není oficiálně podporovaný produkt Google.