Projeto Oasis: Voice Terrarium: 9 etapas (com imagens)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Última modificação: 2024-01-30 11:38

O Project Oasis é um Voice Terrarium com o qual você pode conversar. É um ecossistema fechado autossuficiente que imita o clima externo, mas dentro de uma caixa. Você pode perguntar ao terrário sobre 'Tempo em Seattle' como uma resposta para que ele comece a derramar dentro da caixa. O terrário também pode gerar nuvens, névoa ou alterar a iluminação para representar outras condições climáticas.

Etapa 1: Motivação

O meio de nossa conversa com a natureza é tão visual e multimodal, ao contrário do que fazemos com a tecnologia hoje. O clima em telefones ou computadores não invoca os mesmos sentidos que literalmente ver ou sentir o clima. Eu pensei sobre isso durante meu tempo no Google Creative Lab e criei o Project Oasis.

É um terrário com o qual você pode conversar usando o Google Assistente. Você pode solicitar que ele crie certas condições ou mostre a previsão do tempo em um local específico. Este experimento expande nossa conversa com a tecnologia e o mundo natural. Vivemos entre a natureza e a tecnologia e tradicionalmente as vemos como dois mundos muito diferentes. Oasis é uma conversa ecológica, mas de uma forma natural; nem programado nem caótico. A seguir estão os passos sobre como criar um de seus próprios terrários ativos.

Etapa 2: Mecanismo Geral

O terrário como mencionado cria condições de chuva, névoa e luz. A parte superior do terrário possui LEDs, uma Bandeja de Chuva e um pequeno invólucro com ressonadores de cerâmica em contato com a água. Esses pequenos discos ressoam em ~ 1-1,7 MHz para atomizar a água até o que parece ser uma névoa.

A parte inferior do terrário abriga duas bombas peristálticas e outros aparelhos eletrônicos. Um reservatório no fundo do terrário contém o excesso de água. A água é reciclada / filtrada e bombeada para a bandeja de chuva usando uma das bombas peristálticas silenciosas.

Etapa 3: Design do gabinete

Link para CAD

Lista de ferramentas / materiais:

1. Folhas de acrílico / plexiglass 0,25 "de espessura (24" x 18 "- Qtd: 4)
2. Cola acrílica
3. Conjunto de brocas com 1/4 "e brocas inferiores graduadas
4. Fita métrica + compassos
5. Cola epóxi (~ 15min tempo bonito)
6. GE Sealant para impermeabilização
7. Tubulação de PVC transparente 1/4 "OD + Conectores farpados

As diretrizes de design para este terrário são flexíveis e não regras rígidas e rápidas. Eu escolhi construir um que eu pudesse manter na minha mesa ou um que ficaria bem em uma bancada. Além disso, tive uma ideia geral sobre o espaço que ocupariam meus eletrônicos, plantas e reservatório de água. Decidi que todo o recinto seria H: 15 "W: 6" L: 10"

As dimensões do CAD na figura acima mostram a separação geral; amplamente, os componentes eletrônicos superior e inferior ocupam 4 "de altura cada. O reservatório ocupa 4" L na parte inferior, deixando 6 "L para os componentes eletrônicos (mais sobre os eletrônicos posteriormente).

Decidi usar Acrílico / Plexiglás para esta versão de terrário, pois é facilmente disponível, muito fácil de usinar a laser e as peças podem ser coladas / soldadas com uma variedade de cimentos acrílicos. Vidro ou plásticos transparentes são bons candidatos dependendo de até onde você quer ir com o visual, especialmente se o terrário tiver curvas. Além disso, versões à prova de riscos de plexiglass também estão disponíveis em muitas lojas, de modo que ainda pode ser a escolha ideal.

Desenhei o modelo 3D para o meu terrário no Fusion 360, só porque queria experimentar. Os arquivos CAD para este projeto são anexados a esta etapa. Eu aplainei todos os esboços para obter os arquivos da máquina a laser e o processo de usinagem a laser padrão segue. Configure o laser (Epilog no meu caso), abra os arquivos no Corel Draw e execute a usinagem.

Você deve ter as peças de acrílico necessárias para a montagem do gabinete agora. Consulte o CAD e indo de baixo para cima, monte as peças com cimento acrílico juntas para obter uma caixa, com andaime na parte superior / inferior. Use compassos de calibre e tapete de régua (já que sua caixa é transparente) como um guia para um processo de montagem mais fácil.

Etapa 4: Design de eletrônicos

Lista de componentes / eletrônicos:

1. Fonte de alimentação 5V / 10A (Qtd: 1)
2. Conversor Boost 3V-35V (Qtd: 2)
3. Bomba peristáltica de dosagem de 12 V DC (Qtd: 1)
4. Bomba peristáltica de 2200 mL / min (Qtd: 1)
5. Freq de discos cerâmicos Icstation 20mm = 113KHz, com placas de driver (Qtd: 2)
6. Fita LED RGB (Qtd: 1)
7. Conjunto de fios 18 AWG e 24 AWG
8. Tear de fio 1/4"
9. Raspberry Pi 3 + chapéu de voz do Google (você só precisa do chapéu de voz + microfone aqui e não do alto-falante)
10. Arduino Nano com cabo mini USB
11. ~ 3-24 V Voltagem-carga através do orifício relés SSR
12. Protoboard de meio tamanho

Você também precisaria de uma fonte de alimentação de voltagem variável, um multímetro, um ferro de soldar e uma pistola de cola quente para todo o processo.

Nota: Este é um protótipo rápido e existem alternativas melhores para alguns dos componentes e conexões. Se você sabe o que está fazendo, sinta-se à vontade para mudar para alternativas viáveis.

Eu cortei a fonte de alimentação de 5V / 10A de saída única em uma fonte de saída múltipla removendo o plugue e adicionando meus próprios cabos multifilares para componentes individuais.

• Linha 5V para placas de driver Icstation
• Linha 5V para LEDs RGB
• Linha 5V para Raspberry Pi 3
• Linha 12V (variável via conversor Boost) para dosagem da bomba peristáltica
• Linha 24 V (variável via conversor Boost) para bomba peristáltica de chuva de alta taxa de fluxo

Peguei as linhas individuais e coloquei-as juntas em um tear de arame para uma aparência organizada. Eu também adicionei um limite na linha 5V para evitar ondulações de energia, uma vez que se conecta diretamente ao Raspberry Pi.

Conexões básicas:

Eu conectei uma das linhas de 5V diretamente no Raspberry Pi - parte traseira da placa no PP1 e PP6 para não usar o cabo mini usb por causa do espaço limitado. O Pi tem um boné do Google Voice colocado em cima dele. Peguei um programa já existente que tinha para comutação serial e o transferi para um Arduino Nano. Este Nano é conectado ao Pi 3 por meio de um cabo mini USB curto. O Arduino Nano tem conexões com um protoboard para ligar / desligar relés que, por sua vez, liga / desliga as bombas / criador de névoa.

O protoboard possui três relés com linhas de carga de 5 V, 12 V e 24 V cada. Cada relé também é conectado a um pino separado no Arduino (D5, D7 e D8). Consulte o diagrama do relé sobre como conectar os contatos do relé para alguma ação de comutação. A1 / A2 serão as linhas do Arduino enquanto 13+, 14 serão suas linhas para completar o circuito da carga. Estou usando relés para um bom isolamento, mas você também pode substituí-los por transistores. Lembre-se de ter um aterramento comum entre a carga e o Arduino para que o circuito funcione.

Ressonadores de cerâmica

Os ressonadores / piezos de cerâmica vêm com uma placa de driver, cada um que você pode verificar individualmente em uma fonte de alimentação variável. A superfície superior de cerâmica deve estar em contato com a água para criar névoa. Depois de testar as placas de driver, conecte-as diretamente com uma linha de alimentação de 5 V, com um relé no meio (como acima). Conforme o relé é ligado e o circuito é concluído, você verá a água sendo convertida em névoa.

LEDs

Os LEDs Neopixel da Adafruit são controlados diretamente com uma linha de controle para o Arduino, sem usar nenhum relé. Cortei esta longa tira em várias seções de ~ 15 LEDs cada. Consulte esta página sobre como cortar e conectar esses LEDs. Depois de criar várias seções de LEDs (como também pode ser visto na foto), mantive a cobertura de silicone e adicionei cola quente nas pontas para impermeabilizar tudo. Colei seções individuais na parte inferior da bandeja de chuva para uma distribuição de iluminação agradável e uniforme.

Bombas Peristálticas

Como observado antes, existem duas bombas peristálticas neste terrário. O peristáltico de dosagem fornece apenas pequenas quantidades de água para o gerador de névoa. O reservatório de névoa possui dois ressonadores de cerâmica em contato com a água, mas a água não termina muito rápido. Como resultado, esta bomba não funciona com muita frequência para encher o reservatório de névoa com água. (Na verdade, eu até acabei removendo-o do código e apenas enchendo o reservatório de nebulização manualmente às vezes levantando apenas a tampa superior do terrário)

O peristáltico 24V, 2200mL / min, por outro lado, é usado para chuva e, portanto, é escolhido para este alto volume. Embora 24 V em si produza uma taxa de fluxo muito alta para o terrário, você pode alterar a tensão no conversor de reforço para alterar a taxa de fluxo desta bomba para uma configuração ideal.

Etapa 5: montagem e teste

conjunto

Perfuração

Os componentes eletrônicos (2 bombas peristálticas, RPi + Voice Hat / Microphone, Nano, Piezo Driver Boards, Relay Protoboard) ficam na parte inferior de 6 "L do terrário. Fui para a montagem de baixo para cima conforme o modelo 3D. Broca dois orifícios (aproximadamente 1/4 "cada) na parte traseira das seções eletrônicas inferiores - um dos orifícios é para as linhas de força de todos os componentes, enquanto o outro é para a tubulação das bombas peristálticas.

Faça um orifício deixando 1/4 da tampa superior para permitir que o tubo de água da chuva entre. Faça outro pequeno orifício para a fiação do LED sair e entrar no Nano na parte inferior. Teste todos os componentes eletrônicos uma última vez antes colocá-los dentro da caixa.

Colocação e Impermeabilização

Agora, todas as seções de acrílico devem ter sido fixadas no lugar desde a etapa de design do gabinete. Coloque os componentes eletrônicos mencionados acima no invólucro inferior e coloque a tampa nele. É importante selar esta tampa com cuidado para que seja à prova d'água. A tampa não é um encaixe por pressão dentro da caixa, de modo a dar algum espaço para que a cola escorra facilmente e feche as lacunas. Usei Epóxi, derramei nas laterais da tampa e deixei correr no andaime feito para segurar a tampa. A cola deve escorrer e fechar as lacunas sem problemas. Deixe repousar para a cura durante a noite e, em seguida, possivelmente faça outra camada de impermeabilização com o Selante GE.

Conjunto de chuva e névoa

A montagem da bandeja de chuva com reservatório de névoa (com discos de cerâmica em sua parte inferior) deve ter ocorrido na etapa de projeto do invólucro. Os LEDs também devem ser presos na parte inferior da bandeja de chuva da etapa anterior e os fios para ressonadores de cerâmica saindo do respectivo orifício na parte superior / traseira da caixa. Você pode deixar este conjunto criador de chuva + névoa assentar no andaime na parte superior da caixa. Antes de fechar a tampa superior, introduza a tubagem da bomba através do orifício previamente perfurado por cima do tabuleiro de chuva para este efeito. Corte pequenas seções de tubo e use conectores farpados para criar várias saídas para distribuição uniforme de água quando ela entra na bandeja. A chuva terá um aspecto uniforme assim no terrário. Você pode usar uma garrafa dispensadora de água squeeze para adicionar água no reservatório de névoa antes de colocar a tampa para teste, uma vez que tudo está dentro da caixa.

Testando

Eu conectei a energia que faz o RPi ficar online. Ele havia sido configurado anteriormente para se conectar à minha rede wi-fi local. Posso consultar a rede para obter o IP do Pi e, em seguida, usar o compartilhamento de tela embutido no Mac para fazer login no Pi. Isso me permite testar e executar coisas remotamente sem ter que conectar um cabo HDMI na caixa. Eu uso meus programas predefinidos (consulte Etapa do software para programas em execução no Pi / Arduino para componentes diferentes) para testar se tudo está no lugar antes de seguir para as próximas etapas.

Etapa 6: projeto do terrário (paisagismo)

Esta é provavelmente a parte mais divertida de todo o processo. Você pode caçar ou comprar plantas! Passei por centros de jardinagem locais, incluindo um no Home Depot local, lojas de plantas próximas e até mesmo apenas caminhei em meu bairro, que tem muitos espaços verdes. Como o clima é úmido, fechado e muda muito dentro do terrário, eu estava tentando encontrar plantas de clima tropical resilientes. Você precisaria dos seguintes itens para ter a cama pronta para o plantio:

• Adubo
• Perlite
• Cascalho
• Carvão ativado

A água é filtrada através do leito do solo até o reservatório para ser reciclada como chuva novamente. Use uma malha de arame fino (por exemplo, malha de fibra de vidro) como base antes de colocar no leito do solo. Coloque o carvão ativado como a camada mais inferior do terrário. Isso evita o crescimento de fungos dentro do terrário e também mantém qualquer mau cheiro sob controle. Cubra esta camada com um pouco de cascalho para que a água tenha outra camada de filtragem e a sujeira não continue fluindo livremente para o reservatório. Misture terra preta e perlita na proporção de 1: 1 para obter um meio de cultivo realmente arejado e drenado. Agora você está pronto para o plantio.

Observação: para colocar tudo isso na caixa sem tocar nas paredes, fiz um formato de funil com um papel e despejei o material na caixa por aquela abertura e não joguei diretamente.

Juntei pequenos troncos e musgo de troncos de árvores em meu bairro e mais variedade de pequenas plantas tropicais em lojas de plantas locais. Eu encontrei uma laranjeira Bonsai que atendia às minhas necessidades de aparência e algo que sobreviveria em um clima atual na Home Depot. Eu uso um pouco de musgo folha e algum musgo espanhol (ambos comumente encontrados em centros de jardim) para algum aspecto verde natural acima do solo no terrário.

Em termos de plantio, vou do pequeno para o grande. Uso uma pinça para colocar as plantinhas e coloco musgo / toras apenas com as mãos, antes de chegar ao visual que finalmente me deixou feliz. Você deve regar levemente o terrário uma vez e deixá-lo descansar por um ou dois dias para que as plantas se aclimatem e criem raízes neste novo canteiro.

Etapa 7: Software

A maior parte dessas instruções vem do github aqui com todo o código. Ainda vou deixá-los aqui para conclusão. Enquanto eu uso o Google Assistant como visto no vídeo, o terrário também é um chapéu do Google Voice com um microfone no próprio terrário, ouvindo comandos. Você pode optar por usar apenas o AIR Voice Hat conforme as instruções aqui.

Antes que você comece

DialogFlow / Actions on Google

Siga as etapas aqui para criar um agente do Dialogflow. Usamos uma intenção de boas-vindas que permite ao usuário começar a falar com o terrário. Existem intenções adicionais para o usuário perguntar sobre o tempo em determinado local, horário (por exemplo: 'mostre-me o tempo em Seattle') ou invocar uma ação explícita (por exemplo: 'fazer chover')

Você precisará implantar suas funções de nuvem que são mapeadas para as ações do usuário.

-> Siga as instruções aqui para habilitar as funções de nuvem para o Firebase. -> As etapas para implantar as funções da CLI estão em Implantar suas funções com a Firebase CLI no mesmo link acima

Cloud PubSubSetup um projeto Cloud PubSub como neste link

Siga as etapas para criar um tópico. Criamos um tópico chamado 'Tempo' em nosso projeto, ao qual adicionamos nossas assinaturas. Só usamos assinaturas pull neste projeto. A assinatura foi terrário foi nomeada como detalhe do tempo

Observe o ID do projeto para este projeto, pois será útil para executar o cliente ouvinte mais tarde.

Openweather APIGet sua chave API em openweathermap.org. Adicione esta chave nas funções de nuvem para que essas funções possam executar ping nos servidores meteorológicos quando o usuário solicitar informações específicas. Instale o NodeJS

Instale o NodeJS no seu RPi

Como executar esses módulos

Implantação da função Dialogflow Cloud

Navegue até o diretório de suas funções e execute o seguinte em ordem

$ npm install

$ firebase login

$ firebase init

E, por fim, execute o seguinte para implantar suas funções:

$ firebase deploy

O link das funções implantadas se torna o URL do webhook para Dialogflow. Cloud PubSub

Naivgate para o diretório do arquivo subscription.js & package.json e execute npm install para instalar as dependências. Quando estiver pronto, execute o node subscritpions.js listen-messages weather-detail, onde weather-detail é a assinatura que você criou em uma etapa anterior. Implantação de teste do Google Assistant / AIY Voice Kit

Você pode usar um Google Home ou um kit de voz AIY para interagir com o terrário. A configuração do aplicativo acima permanece a mesma para ambos.

Siga as instruções aqui para testar e implantar seu aplicativo no Google Assistente. Você pode usar um Google Assistente associado à sua conta, conversando com ele para acionar o terrário e perguntando sobre o tempo.

Etapa 8: execute o Terrário

Seguir toda essa configuração parece árduo, mas na verdade é divertido e envolvente enquanto se trabalha com as plantas. Se bem feito, você finalmente deve ser capaz de dizer algo como

'Ok Google, como está o tempo em Seattle?', 'Ok Google, faça chover' etc. e veja a produção mágica em seu terrário.

Desfrute do seu novo terrário e mostre-o aos seus amigos!

Etapa 9: Colaboradores / NOTA

• Feito por Harpreet Sareen e amigos do Google Creative Lab.
• Este projeto segue as Diretrizes da comunidade de código aberto do Google. Consulte aqui a licença e outras diretrizes.
• Observação: este não é um produto Google com suporte oficial.