Projet Oasis : Terrarium vocal : 9 étapes (avec photos)

2024 Auteur: John Day | [email protected]. Dernière modifié: 2024-01-30 09:09

Project Oasis est un terrarium vocal auquel vous pouvez parler. C'est un écosystème fermé autosuffisant qui imite le temps extérieur mais à l'intérieur d'une boîte. Vous pouvez demander au terrarium « Météo à Seattle » comme réponse à laquelle il pourrait commencer à couler à l'intérieur de la boîte. Le terrarium peut également générer des nuages, de la brume ou changer d'éclairage pour représenter d'autres conditions météorologiques.

Étape 1: Motivation

Le support de notre conversation avec la nature est tellement visuel et multimodal, contrairement à ce que nous faisons avec la technologie aujourd'hui. La météo sur les téléphones ou les ordinateurs n'invoque pas les mêmes sens que de littéralement voir ou ressentir la météo. J'y ai pensé pendant mon séjour chez Google Creative Lab et j'ai créé Project Oasis.

C'est un terrarium auquel vous pouvez parler à l'aide de l'assistant Google. Vous pouvez lui demander de créer certaines conditions ou de vous montrer la météo à un endroit précis. Cette expérience élargit notre conversation avec la technologie et le monde naturel. Nous vivons entre la nature et la technologie et les considérons traditionnellement comme deux mondes très différents. Oasis est une conversation écologique mais d'une manière naturelle; ni programmé ni chaotique. Voici les étapes à suivre pour créer l'un de vos propres terrariums actifs.

Étape 2: Mécanisme général

Le terrarium tel que mentionné crée des conditions de pluie, de brume et de lumière. Le dessus du terrarium est doté de LED, d'un Rain Tray et d'un petit enclos avec des résonateurs en céramique en contact avec l'eau. Ces petits disques résonnent à ~1-1,7Mhz pour atomiser l'eau en ce qui ressemble à de la brume.

Le fond du terrarium abrite deux pompes péristaltiques et d'autres appareils électroniques. Un réservoir au fond du terrarium retient l'excès d'eau. L'eau est recyclée/filtrée et pompée jusqu'au bac à pluie à l'aide d'une des pompes péristaltiques silencieuses.

Étape 3: Conception de l'enceinte

Lien vers la CAO

Liste des outils/matériaux:

1. Feuilles d'acrylique/plexiglas 0,25" d'épaisseur (24" x 18" - Qté: 4)
2. Colle Acrylique
3. Jeu de forets avec 1/4" et mèches inférieures graduées
4. Ruban à mesurer + étriers
5. Colle époxy (~15min temps mignon)
6. Scellant GE pour l'imperméabilisation
7. Tube en PVC transparent 1/4" OD + connecteurs barbelés

Les directives de conception de ce terrarium sont des règles flexibles et non strictes. J'ai choisi d'en construire un que je pourrais garder sur mon bureau ou qui aurait fière allure sur un comptoir. De plus, j'avais une idée générale de l'espace que prendraient mes appareils électroniques, mes plantes et mon réservoir d'eau. J'ai décidé que l'ensemble de l'enceinte soit H: 15" L: 6" L: 10"

Les dimensions CAO dans la figure ci-dessus montrent la rupture générale; en gros, l'électronique supérieure et inférieure occupent 4" de hauteur chacune. Le réservoir occupe 4" L en bas, laissant 6" L pour l'électronique (plus sur l'électronique plus tard).

J'ai décidé d'utiliser de l'acrylique/plexiglas pour cette version de terrarium car il est facilement disponible, très facile à usiner au laser et les pièces peuvent être collées/soudées ensemble avec une variété de ciments acryliques. Le verre ou les plastiques transparents sont de bons candidats selon jusqu'où vous voulez aller avec le look, surtout si le terrarium va avoir des courbes. De plus, des versions anti-rayures du plexiglas sont également disponibles dans de nombreux magasins, ce qui pourrait toujours en faire un choix idéal.

J'ai conçu le modèle 3D de mon terrarium dans Fusion 360, simplement parce que je voulais essayer. Les fichiers CAO de ce projet sont joints à cette étape. J'ai aplati tous les croquis pour obtenir les fichiers Laser Machine et le processus d'usinage laser standard suit. Configurez le laser (Epilog dans mon cas), ouvrez les fichiers dans Corel Draw et lancez l'usinage.

Vous devriez avoir les pièces acryliques nécessaires pour l'assemblage du boîtier maintenant. Référez-vous à la CAO et en allant de bas en haut, assemblez les pièces avec du ciment acrylique entre elles pour obtenir une boîte, avec échafaudage en haut/en bas. Utilisez des étriers et un tapis de règle (puisque votre boîte est transparente) comme guide pour un processus d'assemblage plus facile.

Étape 4: Conception électronique

Liste des composants/électronique:

1. Alimentation 5V/10A (Qté: 1)
2. Convertisseur Boost 3V-35V (Qté: 2)
3. Pompe péristaltique de dosage 12V DC (Qté: 1)
4. Pompe péristaltique 2200 ml/min (Qté: 1)
5. Disques céramiques Icstation 20mm freq = 113KHz, avec cartes pilotes (Qté: 2)
6. Bande LED RVB (Qté: 1)
7. Jeu de fils 18 AWG et 24 AWG
8. Métier à tisser 1/4"
9. Raspberry Pi 3 + Google Voice Hat (vous avez juste besoin du Voice Hat + microphone ici et non du haut-parleur lui-même)
10. Arduino Nano avec câble mini USB
11. ~3-24V Relais SSR à charge traversante
12. Protoboard demi-taille

Vous auriez également besoin d'une alimentation à tension variable, d'un multimètre, d'un fer à souder et d'un pistolet à colle chaude tout au long de ce processus.

Remarque: Il s'agit d'un prototype rapide et il existe de meilleures alternatives à certains composants et connexions. Si vous savez ce que vous faites, n'hésitez pas à changer avec des alternatives viables.

J'ai piraté l'alimentation à sortie unique 5V/10A dans une alimentation à sorties multiples en retirant la prise et en ajoutant mes propres câbles multibrins pour les composants individuels.

• Ligne 5V pour cartes pilotes Icstation
• Ligne 5V pour LED RGB
• Ligne 5V pour Raspberry Pi 3
• Ligne 12V (variable via Boost Converter) pour pompe péristaltique doseuse
• Ligne 24V (variable via Boost Converter) pour pompe péristaltique pluie haut débit

J'ai pris les lignes individuelles et les ai rassemblées dans un métier à tisser pour un look soigné. J'ai également ajouté un capuchon dans la ligne 5V pour éviter les ondulations de puissance car cela se connecte directement au Raspberry Pi.

Connexions de base:

J'ai connecté l'une des lignes 5V directement à Raspberry Pi - l'arrière de la carte à PP1 et PP6 afin de ne pas utiliser de câble mini usb en raison de l'espace limité. Le Pi a un Google Voice Hat assis dessus. J'ai pris un programme déjà existant que j'avais pour la commutation série et je l'ai porté sur un Arduino Nano. Ce Nano est connecté au Pi 3 via un câble mini USB court. L'Arduino Nano est connecté à une carte proto pour allumer/éteindre les relais qui à leur tour allument/éteignent les pompes/les brumisateurs.

Le protoboard dispose de trois relais avec des lignes de charge 5V, 12V et 24V chacun. Chaque relais est également connecté à une broche séparée sur Arduino (D5, D7 et D8). Reportez-vous au schéma du relais pour savoir comment câbler les contacts du relais pour une action de commutation. A1/A2 seront les lignes d'Arduino tandis que 13+, 14 seront vos lignes pour compléter le circuit pour la charge. J'utilise des relais pour une bonne isolation, mais vous pouvez également les remplacer par des transistors. N'oubliez pas d'avoir une mise à la terre commune entre la charge et Arduino pour que le circuit fonctionne.

Résonateurs en céramique

Les résonateurs/piezos en céramique sont livrés avec une carte de commande que vous pouvez vérifier individuellement sur une alimentation variable. La surface supérieure en céramique doit être en contact avec de l'eau pour qu'elle crée de la brume. Une fois que vous avez testé les cartes de commande, câblez-les directement avec une ligne électrique 5V, avec un relais entre les deux (comme ci-dessus). Lorsque le relais est allumé et que le circuit est terminé, vous verrez l'eau se transformer en brouillard.

LED

Les LED Neopixel d'Adafruit sont contrôlées directement avec une ligne de contrôle vers Arduino, sans utiliser de relais. J'ai coupé cette longue bande en plusieurs sections d'environ 15 LED chacune. Reportez-vous à cette page pour savoir comment couper et connecter ces LED. Après avoir créé plusieurs sections de LED (comme on le voit également sur la photo), j'ai gardé le revêtement en silicone et ajouté de la colle chaude aux extrémités pour tout imperméabiliser. J'ai collé des sections individuelles au bas du bac à pluie pour une répartition agréable et uniforme de l'éclairage.

Pompes péristaltiques

Comme indiqué précédemment, il y a deux pompes péristaltiques dans ce terrarium. Le péristaltique de dosage ne délivre que de petites quantités d'eau pour le brumisateur. Le réservoir de brume a deux résonateurs en céramique en contact avec l'eau, mais l'eau ne finit pas très vite. En conséquence, cette pompe ne fonctionne pas très souvent pour remplir le réservoir de brouillard d'eau. (En fait, j'ai même fini par le supprimer du code et le remplir simplement manuellement le réservoir de brumisation parfois en soulevant simplement le couvercle supérieur du terrarium)

Le péristaltique 24V, 2200mL/min est quant à lui utilisé pour la pluie et est donc choisi pour ce volume élevé. Bien que le 24 V lui-même produise un débit trop élevé pour le terrarium, vous pouvez modifier la tension du convertisseur Boost pour modifier le débit de cette pompe à un réglage optimal.

Étape 5: Assemblage et test

Assemblée

Forage

L'électronique (2 pompes péristaltiques, RPi + Voice Hat/Microphone, Nano, Piezo Driver Boards, Relay Protoboard) reste dans les 6"L inférieurs du terrarium. J'ai fait l'assemblage de bas en haut selon le modèle 3D. Perceuse deux trous (environ 1/4 "chacun) à l'arrière des sections électroniques inférieures - l'un des trous est destiné aux lignes électriques de tous les composants tandis que l'autre est destiné aux tubes des pompes péristaltiques.

Percez un trou en laissant 1/4 du couvercle supérieur pour permettre au tuyau d'eau de pluie d'entrer. Percez un autre petit trou pour que le câblage LED sorte et entre dans le Nano en bas. Testez toute l'électronique une dernière fois avant les mettre à l'intérieur de la boîte.

Placement et imperméabilisation

À présent, toutes les sections acryliques devraient avoir été collées en place à partir de l'étape de conception de l'enceinte. Placez l'électronique mentionnée ci-dessus dans le boîtier inférieur et mettez le couvercle dessus. Il est important de bien sceller ce couvercle pour qu'il soit étanche. Le couvercle n'est pas un ajustement serré à l'intérieur de la boîte, afin de laisser un peu d'espace pour que la colle s'écoule facilement et ferme les espaces. J'ai utilisé de l'époxy, je l'ai versé sur les côtés du couvercle et je l'ai laissé couler sur l'échafaudage conçu pour maintenir le couvercle. La colle doit couler et fermer parfaitement les espaces. Laissez-le reposer pendant la nuit, puis effectuez éventuellement une autre couche d'imperméabilisation avec le scellant GE.

Ensemble pluie et brume

L'assemblage du bac à pluie avec réservoir de brume (avec des disques en céramique à son fond) aurait dû se réunir lors de l'étape de conception de l'enceinte. Les LED doivent également être collées au bas du bac à pluie de l'étape précédente et les fils pour les résonateurs en céramique sortant du trou respectif en haut/à l'arrière de la boîte. Vous pouvez laisser cet ensemble pluie + brumisateur reposer sur l'échafaudage en haut de la boîte. Avant de fermer le couvercle supérieur, faites entrer la tubulure de la pompe par le trou percé précédemment au-dessus du bac à pluie prévu à cet effet. Coupez de petites sections de tube et utilisez des connecteurs barbelés pour créer plusieurs sorties pour une distribution uniforme de l'eau lorsqu'elle entre dans le plateau. La pluie aura ainsi un aspect uniforme dans le terrarium. Vous pouvez utiliser un flacon distributeur d'eau compressible pour ajouter de l'eau dans le réservoir de brumisation avant de mettre le couvercle pour tester une fois que tout est à l'intérieur de la boîte.

Essai

J'ai branché l'alimentation qui permet au RPi de se mettre en ligne. Il avait déjà été configuré pour se connecter à mon réseau wifi local. Je peux interroger le réseau pour l'adresse IP de Pi, après quoi j'utilise le partage d'écran intégré sur Mac pour me connecter au Pi. Cela me permet de tester et d'exécuter des choses à distance sans avoir à brancher un câble HDMI dans la boîte. J'utilise mes programmes prédéfinis (reportez-vous à l'étape Logiciel pour les programmes exécutés sur Pi/Arduino pour les composants diff.) pour tester que tout est en place avant de passer aux étapes suivantes.

Étape 6: Conception de terrarium (aménagement paysager)

C'est probablement la partie la plus amusante de tout le processus. Vous pouvez chasser ou acheter des plantes! Je me suis promené dans les jardineries locales, y compris celle du Home Depot local, les magasins de plantes à proximité et j'ai même simplement marché dans mon quartier qui compte de nombreux espaces verts. Le climat étant humide, fermé et changeant beaucoup à l'intérieur du terrarium, j'essayais de trouver des plantes de climat tropical résistantes. Vous aurez besoin des éléments suivants pour préparer le lit à planter:

• Terre noire
• Perlite
• Gravier
• Charbon activé

L'eau filtre à travers le lit du sol jusqu'au réservoir pour être à nouveau recyclée en pluie. Utilisez un treillis métallique fin (maille en fibre de verre par exemple) comme base avant de poser le lit de terre. Placez du charbon actif comme couche la plus basse dans le terrarium. Cela empêche les moisissures de se développer à l'intérieur du terrarium et contrôle également les mauvaises odeurs. Couvrez cette couche avec du gravier pour que l'eau ait une autre couche de filtrage et que la saleté ne continue pas à s'écouler librement vers le réservoir. Mélangez de la terre noire et de la perlite dans un rapport 1:1 pour obtenir un substrat de culture vraiment aéré et drainant. Vous êtes maintenant prêt pour la plantation.

Remarque: pour déposer tous ces objets dans la boîte sans toucher les murs, j'ai créé une forme en forme d'entonnoir avec du papier et j'ai versé du matériau dans la boîte à travers cette ouverture et je ne l'ai pas jeté directement.

J'ai ramassé de petites bûches et de la mousse sur des troncs d'arbres dans mon quartier et une plus grande variété de petites plantes tropicales dans les magasins de plantes locaux. J'ai trouvé un Bonsaï Oranger qui correspondait à mes besoins d'apparence et quelque chose qui survivrait dans un climat topique chez Home Depot. J'utilise de la mousse en feuilles et de la mousse espagnole (toutes deux couramment trouvées dans les jardineries) pour un aspect vert naturel au-dessus du sol dans le terrarium.

Pour ce qui est de la plantation, je passe de la petite à la grande taille. J'utilise une pince à épiler pour mettre les petites plantes et placer la mousse/les bûches juste avec les mains, avant d'atteindre le look qui me satisfait enfin. Vous devriez arroser légèrement le terrarium une fois et le laisser reposer pendant un jour ou deux pour que les plantes s'acclimatent et poussent des racines dans ce nouveau lit.

Étape 7: Logiciel

Ces instructions proviennent pour la plupart du github ici avec tout le code. Je vais encore les laisser ici pour l'achèvement. Alors que j'utilise Google Assistant comme on le voit dans la vidéo, le terrarium a également un Google Voice Hat avec un microphone dans le terrarium lui-même, écoutant les commandes. Vous pouvez choisir d'utiliser simplement l'AIR Voice Hat selon les instructions ici.

Avant de commencer

DialogFlow / Actions sur Google

Suivez les étapes ici pour créer un agent Dialogflow. Nous utilisons une intention de bienvenue qui permet à l'utilisateur de commencer à parler au terrarium. Il y a des intentions supplémentaires pour l'utilisateur de se renseigner sur la météo à un certain endroit, à une certaine heure (par exemple: « montrez-moi la météo à Seattle ») ou d'invoquer une action explicite (par exemple: « faites pleuvoir »)

Vous devrez déployer vos fonctions cloud qui sont mappées aux actions de l'utilisateur.

-> Suivez les instructions ici pour activer les fonctions cloud pour firebase. -> Les étapes pour déployer les fonctions à partir de la CLI se trouvent sous Déployez vos fonctions avec la CLI Firebase sur le même lien que ci-dessus

Cloud PubSubConfigurez un projet Cloud PubSub comme dans ce lien

Suivez les étapes pour créer un sujet. Nous avons créé un sujet nommé 'Météo' dans notre projet, auquel nous avons ajouté nos abonnements. Nous n'utilisons que des abonnements pull dans ce projet. L'abonnement était terrarium a été nommé comme météo-détail

Notez l'ID de projet pour ce projet car il sera utile pour exécuter le client d'écoute plus tard.

API OpenweatherObtenez votre clé API sur openweathermap.org. Ajoutez cette clé dans les fonctions cloud afin que ces fonctions puissent envoyer un ping aux serveurs météo lorsque l'utilisateur demande des informations spécifiques. Installer NodeJS

Installez NodeJS sur votre RPi

Comment exécuter ces modules

Déploiement de la fonction Dialogflow Cloud

Naviguez jusqu'au répertoire de vos fonctions et exécutez ce qui suit dans l'ordre

$ npm installer

$ connexion firebase

$ firebase init

Et enfin, exécutez la commande suivante pour déployer vos fonctions:

$ firebase déployer

Le lien des fonctions déployées devient l'URL du webhook pour Dialogflow. Cloud PubSub

Accédez au répertoire du fichier subscription.js & package.json et exécutez npm install pour installer les dépendances. Lorsque vous êtes prêt, exécutez node subscritpions.js listen-messages weather-detail où weather-detail est l'abonnement que vous avez créé à partir d'une étape précédente. Déploiement de test Google Assistant / AIY Voice Kit

Vous pouvez utiliser un Google Home ou un AIY Voice Kit pour interagir avec le terrarium. La configuration de l'application ci-dessus reste la même pour les deux.

Suivez les instructions ici pour tester et déployer votre application sur Google Assistant. Vous pouvez ensuite utiliser un assistant Google associé à votre compte en lui parlant pour déclencher le terrarium et lui poser des questions sur la météo.

Étape 8: Exécutez le Terrarium

Suivre toute cette configuration semble ardu, mais est en fait amusant et engageant tout en travaillant avec les plantes. Si c'est bien fait, vous devriez enfin pouvoir dire quelque chose comme

« Hey Google, quel temps fait-il à Seattle ? », « Hey Google, Make it Rain », etc. et voyez le résultat magique dans votre terrarium.

Profitez de votre nouveau terrarium et montrez-le à vos amis !

Étape 9: Contributeurs / REMARQUE

• Réalisé par Harpreet Sareen et ses amis du Google Creative Lab.
• Ce projet suit les directives de la communauté Open Source de Google. Référez-vous ici pour la licence et d'autres directives.
• Remarque: Il ne s'agit pas d'un produit Google officiellement pris en charge.