Arduino Muxtar Filtrləmə Gəmisi: 6 addım

2024 Müəllif: John Day | [email protected]. Son dəyişdirildi: 2024-01-30 07:44

Bu Təlimat kitabında sizə Körfəz Sahili sularında mövcud olan Qırmızı Yosun problemi üçün təklif etdiyim həll yolunu necə hazırladığımı və göstərdiyimi göstərəcəyəm. Bu layihə üçün, su yollarında gedə bilən və təbii bir filtrasiya sistemindən istifadə edərək, Dinoflagellates və Karena Brevis yosunlarından artıq qidaları və toksinləri süzə bilən, tam müstəqil və günəş enerjisi ilə işləyən bir gəmi dizayn etmək istədim. Bu dizayn, mövcud ekoloji problemlərin həllinə kömək etmək üçün texnologiyanın necə istifadə oluna biləcəyini göstərmək üçün yaradılmışdır. Təəssüf ki, yerli kiçik şəhər elm sərgisində heç bir mükafat və ya yer qazana bilmədi, amma yenə də öyrənmə təcrübəsindən zövq aldım və inşallah başqası mənim layihəmdən bir şey öyrənə bilər.

Addım 1: Araşdırma

Əlbəttə ki, hər hansı bir problemi həll edəcəyiniz zaman araşdırma aparmalısınız. İnternetdəki bir xəbər məqaləsi vasitəsilə bu problem haqqında eşitmişdim və bu, ətraf mühit probleminin həllini hazırlamaqda mənə maraqlı gəldi. Problemin tam olaraq nə olduğunu və nədən qaynaqlandığını araşdıraraq başladım. İşdə araşdırma zamanı tapdıqlarımı göstərən araşdırma sənədimin bir bölümü.

Qırmızı gelgit, Florida suları üçün hər il artan bir problemdir. Qırmızı gelgit, mövcud qida maddələrinin artması səbəbindən ara -sıra böyüyən böyük bir konsentrasiyalı yosun qrupu üçün istifadə olunan ümumi bir termindir. Hal -hazırda, Florida sürətlə artmaqdadır. Qırmızı gelgit ölçüsündə, bu ərazidəki su canlılarının təhlükəsizliyi və onunla təmasda ola biləcək hər hansı bir fərdin narahatlığına səbəb olur. Qırmızı gelgit ən çox bir növdən ibarətdir. Dinoflagellatlar, dəniz və quru həyatı üçün çox zəhərli olan brevetoksinlər və iktiotoksin kimi toksinlər əmələ gətirən birhüceyrəli protistlərdir. Dinoflagellatlar mitoz yolu ilə qeyri -cinsi yolla çoxalır, dəqiq bir nüsxə çıxaran bir hüceyrə. Dinoflagellatlar, toksik olmayan yosunların ən çox yayılmış forması olan Chysophyta kimi suda olan digər protistlərlə qidalanır. ew qida maddələri təqdim olunur.

Qida məhsullarının sürətlə artmasının əsas səbəbi, yağışlı fırtınalar zamanı fermalardan yuyulan və yaxınlıqdakı çay və dərələrdən okean sahillərinə daşınan çoxlu miqdarda qida maddələrinin gətirilməsidir. Kənd təsərrüfatı üçün süni gübrələrə çox güvəndiyindən ətrafdakı əkin sahələrində mövcud olan qida maddələrinin miqdarı əvvəlkindən daha yüksəkdir. Şərq ölkəsinin əksər hissələrində yağış fırtınası olanda, bu yağış bir çox gübrəni üst torpaqdan və ətraf dərələrə və dərələrə yuyur. Bu axınlar nəticədə bütün qida maddələrini Meksika Körfəzinə atılan böyük bir qrupa birləşdirərək çaylara toplanır. Bu böyük qida toplusu, mövcud dəniz canlıları üçün təbii bir hadisə deyil, bu səbəbdən yosunların nəzarətsiz böyüməsi ilə nəticələnir. Dinoflagellatesin əsas qida mənbəyi olaraq, yosunların sürətlə artması, sürətlə böyüyən bir həyat forması üçün böyük bir qida qaynağı təmin edir.

Bu böyük Dinoflagellates qrupları, onlarla təmasda olan əksər su həyatını öldürdüyü bilinən zəhərli kimyəvi maddələr istehsal edir. Yerli bir Florida xəbər stansiyası olan WUSF -ə görə, 2018 -ci ilin çiçəklənməsində Qırmızı gelgitdən təsdiqlənmiş 177 manatee ölümü və əlaqəli olduğu ehtimal edilən digər 122 ölüm hadisəsi var. Florida və Puerto Riko sularında gözlənilən 6,500 manatdan bu növün sağ qalmasına böyük təsir edir və bu yalnız bir növə təsir edir. Qırmızı gelgit, çiçəklənmələrdən hər hansı birinə yaxın olanlar üçün tənəffüs problemlərinə səbəb olduğu bilinir. Qırmızı gelgit bəzi çimərlik şəhərlərində kanallarda böyüdüyündən, bu cəmiyyətlərdə yaşayan hər kəs üçün açıq bir təhlükədir. Qırmızı gelgitlər tərəfindən istehsal olunan Dinofiz adlı toksin, yoluxmuş qabıqlı balıq yeyənlərdə diaretik qabıqlı balıq zəhərlənməsi və ya DSP ilə nəticələnən yerli qabıqlı balıq populyasiyalarına da yoluxduğu bilinir. Şükürlər olsun ki, ölümcül olduğu bilinməsə də, qurbanın həzm problemi ilə nəticələnə bilər. Bununla birlikdə, bəzi Qırmızı Tides, Gonyaulax və ya Alexandrium tərəfindən istehsal edilən başqa bir toksin, gelgitlərlə çirklənmiş sularda qabıqlı balıqlara da yoluxa bilər. Bu toksinlərlə çirklənmiş qabıqlı balıq yemək, iflic qabıqlı balıq zəhərlənməsinə və ya ən pis hallarda tənəffüs çatışmazlığı və yeyildikdən sonra 12 saat ərzində ölümlə nəticələnən PSP -yə səbəb olur."

Addım 2: Təklif etdiyim Həll

Araşdırma məqaləmdən sitat

Təklif etdiyim həll, göyərtəsində təbii hissəciklərdən ibarət təbii filtrasiya sisteminə malik olan tam avtonom bir günəş enerjisi ilə işləyən dəniz gəmisini qurmaqdır. Bütün sistem göyərtədəki günəş panelləri ilə işləyəcək və iki fırçasız, kanallı mühərriklə bir itələyici vektor qurğusunda hərəkət edəcək. filtrasiya sistemi su yollarında muxtar gedərkən artıq qida maddələrini və dinoflagellatları süzmək üçün istifadə ediləcək. Gəmi də yerli camaat üçün xidmət sistemi olaraq istifadə ediləcək. İlk olaraq problemi və bu problemin necə başladığını araşdıraraq başladım. Qırmızı gelgit dalğaları yerli sularda azot kimi çox miqdarda qida maddəsindən qaynaqlanırdı. Problemə səbəb olanı kəşf etdikdən sonra illik Qırmızı gelgitlərin ölçüsünü azaltmağa kömək edəcək bir həll yolu ilə beyin fırtınasına başladım.

Fikrim, ölçü və forma baxımından bir gəmiyə bənzəyən bir gəmi idi. Bu gəmidə, iri hissəcikləri çıxarmaq üçün mesh filtrdən, sonra isə azot mikro hissəciklərini çıxaran keçirici membran filtrindən keçərək yaxınlaşan suyu aparacaq iki ponton arasında bir skimmer olardı. Süzülmüş su daha sonra əks skimmerdən gəminin arxasına axırdı. Mən də bu gəminin tam elektrikli olmasını istəyirdim, buna görə də ətrafdakı sulara hər hansı bir zəhərli maye sızma şansı az olarkən daha təhlükəsiz olmaqla yanaşı həm də sakit olardı. Gəmidə bir neçə günəş paneli və daha sonra istifadə etmək üçün artıq gücü saxlamaq üçün lityum ion paketli bir şarj nəzarətçisi olacaq. Son məqsədim, gəmini yerli ictimaiyyət üçün ictimai nəqliyyatda istifadə ediləcək şəkildə dizayn etmək idi. Bütün bu dizayn seçimlərini nəzərə alaraq, hər hansı bir potensial problemi həll etmək üçün kağız üzərində bir neçə fikir hazırlamağa başladım."

Addım 3: Dizayn

Bir dəfə araşdırma apardıqdan sonra problemi və nəyə səbəb olduğunu daha yaxşı təsəvvür etdim. Daha sonra beyin fırtınasına və dizaynına keçdim. Bir neçə gün bu problemi həll etməyin müxtəlif yollarını düşündüm. CAD -a keçməzdən əvvəl bəzi dizayn qüsurlarını sınamaq və həll etmək üçün bəzi yaxşı fikirlərim olduqda onları kağız üzərində çəkməyə başladım. Bir neçə günlük eskizdən sonra dizayn üçün istifadə etmək istədiyim hissələrin siyahısını yaratdım. Əvvəlki illərdəki elmi sərgidən qazandığım bütün qazancları üstəgəl prototip yaratmaq üçün lazım olan hissələri və filamentləri almaq üçün istifadə etdim. Mikro nəzarətçi üçün Node MCU, təklif olunan enerji mənbələri üçün iki 18V günəş paneli, muxtar xüsusiyyətlər üçün iki ultrasəs sensoru, ətraf işıqlandırmasını təyin etmək üçün 5 foto rezistor, daxili işıqlandırma üçün bəzi 12V ağ LED şeritləri, 2 RGB LED istifadə etməyi bitirdim. istiqamətli işıqlandırma üçün zolaqlar, LEDləri və fırçasız motoru idarə etmək üçün 3 röle, 12V fırçasız motor və ESC, prototipi gücləndirmək üçün 12V PSU və digər bir neçə kiçik hissə.

Parçaların çoxu gəldikdən sonra 3d model üzərində işləməli oldum. Bu gəminin bütün hissələrini dizayn etmək üçün Fusion 360 istifadə etdim. Gəminin gövdəsini dizayn etməklə başladım və sonra gedərkən hər bir hissəni dizayn edərək yuxarıya doğru hərəkət etdim. Bir çox hissəni hazırladıqdan sonra hamısını bir montaja qoydum ki, istehsal edildikdən sonra bir -birinə uyğunlaşsınlar. Bir neçə günlük dizayn və düzəlişlərdən sonra nəhayət çap etməyə başlamağın vaxtı gəldi. Gəmini 3 fərqli hissədə Prusa Mk3 -də çap etdim və CR10 -larımda günəş qurğularını və gövdə örtüklərini çap etdim. Bir neçə gündən sonra çapı bitirdiyim bütün hissələri və nəhayət bir araya gətirməyə başlaya bilərəm. Gəminin dizaynından bəhs etdiyim araşdırma məqaləmin başqa bir bölməsi aşağıda.

Son dizayn haqqında yaxşı bir fikir əldə etdikdən sonra, bu gün bir çox mövcud proqram vasitəsi ilə edilə bilən Kompüter Dəstəkləmə və ya CAD -ə keçdim. Ehtiyac duyacağım hissələri dizayn etmək üçün Fusion 360 proqramını istifadə etdim. İlk olaraq bu layihə üçün bütün hissələri hazırladım və sonra hissələri çap etməyə başlamazdan əvvəl hər hansı bir problemi həll etmək üçün virtual bir mühitdə bir araya gətirdim. Tamamlanmış bir 3D montajdan sonra hərəkət etdim. Bu prototip üçün lazım olan elektrik sistemlərinin dizaynına keçdim. Prototipimin ağıllı telefonumda xüsusi hazırlanmış bir tətbiq vasitəsi ilə idarə olunmasını istəyirdim. İlk hissəmdə Node MCU mikro nəzarətçisini seçdim. Node MCU, məşhur ESP8266 ətrafında qurulmuş bir mikro nəzarətçidir. Wifi çipi. Bu lövhə, Wifi interfeysi vasitəsi ilə uzaqdan idarə oluna bilən xarici giriş və çıxış cihazlarını ona bağlamaq imkanı verir. Dizaynım üçün əsas idarəedicini tapdıqdan sonra başqa bir cihaz seçməyə başladım. rts elektrik sistemi üçün lazım olacaq. Gəmini enerji ilə təmin etmək üçün, paralel olaraq bağlanması səbəbiylə fərdi bir günəş batareyasının cərəyanının ikiqat artması ilə birlikdə on səkkiz voltluq bir çıxış təmin etmək üçün paralel olaraq bağlanacaq iki on səkkiz voltlu günəş paneli seçdim. Günəş panellərinin çıxışı bir şarj nəzarətçisinə keçir. Bu cihaz günəş panellərindən dalğalanan çıxış gərginliyini alır və daha sabit on iki voltlu bir çıxışı düzəldir. Bu, daha sonra paralel olaraq bağlanmış üç hüceyrədən ibarət iki dəstlə bağlanmış 6, 18650 lipo hüceyrəsini doldurmaq üçün batareya idarəetmə sisteminə və ya BMS -ə daxil olur. Bu konfiqurasiya 18650 -nin 4.2 volt gücünü üç hüceyrəli 12.6 voltluq bir paketə birləşdirir. Əvvəlki paketə paralel olaraq qurulmuş başqa üç hüceyrəni bağlayaraq, ümumi tutum ikiqat artırılaraq bizə 6,500 mAh tutumlu 12,6 voltluq bir batareya verir.

Bu batareya paketi işıqlandırma və fırçasız mühərriklər üçün on iki volt çıxara bilər. Daha aşağı gücə malik elektronika dəsti üçün beş voltluq bir çıxış yaratmaq üçün bir addım aşağı çevirici istifadə etdim. Daha sonra biri daxili işıqları yandırıb söndürmək, biri xarici işıqların rəngini dəyişdirmək, digəri isə fırçasız motoru açıb söndürmək üçün üç röle istifadə etdim. Məsafəni ölçmək üçün biri ultrasəs sensoru istifadə etdim: biri ön, biri arxa. Hər bir sensor bir ultrasəs nəbzi göndərir və bu nəbzin geri qayıtması üçün nə qədər vaxt lazım olduğunu oxuya bilər. Buradan, geri dönmə siqnalının gecikməsini hesablayaraq bir obyektin gəminin qarşısında nə qədər uzaq olduğunu anlaya bilərik. Gəminin üstündə, göydə olan işığın miqdarını təyin etmək üçün beş fotorezistorum vardı. Bu sensorlar müqavimətini nə qədər işıq olduğuna görə dəyişirlər. Bu məlumatlardan, bütün dəyərləri ortalamaq üçün sadə bir kod istifadə edə bilərik və sensorlar aşağı işığın orta dəyərini oxuduqda, daxili işıqlar yanacaq. Hansı elektronikadan istifadə edəcəyimi anladıqdan sonra əvvəllər hazırladığım hissələri 3d çap etməyə başladım. Qayığın gövdəsini üç hissəyə çap etdim ki, əsas printerimə sığsın. Bunlar çap olunarkən, günəş qurğularını və göyərtəni başqa bir printerdə çap etməyə başladım. Hər hissənin çap edilməsi təxminən bir gün çəkdi, buna görə də lazım olan bütün hissələri əldə etmək üçün təxminən 10 gün düz 3D çap edildi. Hamısı çap edildikdən sonra onları daha kiçik hissələrə yığdım. Daha sonra günəş panelləri və LEDlər kimi elektronika quraşdırdım. Elektronika quraşdırıldıqdan sonra hamısını tellə bağladım və çap olunan hissələri yığmağı bitirdim. Sonra, prototip üçün bir stend dizaynına keçdim. Bu stend də CAD -da hazırlanmış və daha sonra CNC maşınımda MDF ağacından kəsilmişdir. CNC istifadə edərək, pərdə elektronikasını bağlamaq üçün ön paneldəki lazımi yuvaları kəsə bildim. Daha sonra prototipi bazaya quraşdırdım və fiziki montaj tamamlandı. Prototip tamamilə yığıldıqdan sonra NodeMCU kodu üzərində işləməyə başladım. Bu kod NodeMCU -ya hansı hissələrin hansı giriş və çıxış pinlərinə bağlandığını söyləmək üçün istifadə olunur. Həm də lövhədə hansı serverlə əlaqə quracağınızı və hansı Wifi şəbəkəsinə qoşulacağınızı bildirir. Bu kodla, o zaman bir tətbiqdən istifadə edərək prototipin müəyyən hissələrini telefonumdan idarə edə bildim. Bu, son dizaynın növbəti dayanacağı üçün koordinatları və digər gəmilərin olduğu yer və o gün üçün gözlənilən hava kimi digər məlumatları almaq üçün əsas dok stansiyası ilə necə əlaqə qura biləcəyinə bənzəyir."

Addım 4: Montaj (Nəhayət !!)

Yaxşı, indi ən çox sevdiyim hissədəyik. Bir şeylər qurmağı sevirəm, buna görə də nəhayət bütün hissələri bir araya gətirə bilmək və son nəticələrin məni olduqca həyəcanlandırdığını görmək. Çap olunan bütün parçaları bir araya gətirməyə başladım və onları super yapışdırdım. Daha sonra işıq və günəş panelləri kimi elektronika qurdum. Bu nöqtədə bütün elektronikanı bu şeyin içinə sığdırmağın heç bir yolu olmadığını başa düşdüm. Bu zaman CNC -yə gəminin bir az daha yaxşı görünməsini təmin etmək üçün bir stend və bütün elektronikanı gizlətmək üçün bir yer vermə fikri gəldim. Stendi CAD -da hazırladım, sonra Bobs CNC E3 -də 13 mm MDF -də kəsdim. Sonra vidaladım və bir qat qara sprey boyası verdim. İndi bütün elektronikalarımı doldurmaq üçün bir yer tapdığımda, kabellərə davam etdim. Hər şeyi bağladım və Node MCU -nu (WiFi ilə təchiz edilmiş Arduino Nano) qurdum və hər şeyin açıldığından əmin oldum. Bundan sonra montajı tamamladım və hətta məktəblərimin lazer kəsicisini istifadə edərək təhlükəsizlik korkuluklarını bəzi sərin oymalarla kəsdim, yenə təşəkkür edirəm Mr. Z! Bitmiş bir fiziki prototipə sahib olduğumuza görə, indi kodlaşdırma ilə bir az sehr əlavə etməyin vaxtı gəldi.

Addım 5: Kodlaşdırma (AKA çətin hissəsi)

Kodlaşdırmaq üçün olduqca sadə bir kod yazmaq üçün Arduino IDE -dən istifadə etdim. Əsas Blynk eskizini bir başlanğıc olaraq istifadə etdim, buna görə də sonradan Blynk tətbiqindən bəzi hissələri idarə edə bildim. Bunun işləməsi üçün bir çox YouTube videosuna baxdım və bir çox forum oxudum. Nəhayət, fırçasız motoru necə idarə edəcəyimi anlaya bilmədim, amma hər şeyi işə saldım. Tətbiqdən qırmızı/yaşıl LED -lərin rənglərini dəyişən, daxili işıqları yandıran/söndürən və ekranın ön hissəsindəki ultrasəs sensorlarından birindən canlı məlumat alacaq sənətkarlığın istiqamətini dəyişə bilərsiniz.. Qətiliklə bu hissəni dayandırdım və istədiyim qədər kod üzərində işləmədim, amma yenə də səliqəli bir xüsusiyyət oldu.

Addım 6: Son məhsul

Bu edilir! Elm sərgisi tarixlərindən az əvvəl hər şeyi yığdım və işlədim. (Stereotipik süründürücü) Son məhsulla olduqca qürur duydum və münsiflərlə bölüşmək üçün səbr edə bilmədim. Burada başqa sözüm yoxdur, buna görə də keçmişimi daha yaxşı izah etməyə icazə verəcəyəm. İşdə tədqiqat işimin yekun bölümü.

Gəmilər və dok stansiyaları yaradıldıqdan sonra həll davam edir. Hər səhər gəmilər su yolları ilə yollarına başlayacaqdı. Bəziləri şəhərlərdəki kanallardan keçə bilər, digərləri isə bataqlıq torpaqlarını və ya okean xətlərini gəzə bilər. marşrutdan keçir, süzgəc süzgəci aşağı düşəcək və bu da filtrlərin işə başlamasına imkan verəcəkdir. Skimmer üzən yosunları və zibilləri filtrasiya kanalına yönəldəcək. İçəri daxil olduqdan sonra su əvvəlcə daha böyük olanı çıxarmaq üçün mesh filtrdən keçir. Çıxarılan material, otaq doldurulana qədər orada saxlanılır. Su birinci filtrdən keçdikdən sonra, keçirici membran filtrindən keçir. keçirməyən materialları arxada buraxaraq, su keçir. r sonra qayığın arxasından gəminin filtrasiya etdiyi su yoluna axır.

Bir gəmi təyin olunmuş dayanacaq stansiyasına çatanda gəmiyə girir. Tam oturduqdan sonra, iki qolu sabit şəkildə yerində saxlamaq üçün gəminin yan tərəfinə bağlanacaq. Sonra, bir boru avtomatik olaraq gəminin altından qalxacaq və hər bir tullantı yerləşdirmə limanına bağlanacaq. Təmin edildikdən sonra liman açılacaq və bir nasos açılacaq, toplanan materialı gəmidən çıxararaq docking stansiyasına aparacaq. Bütün bunlar baş verərkən, sərnişinlərin gəmiyə minməsinə və oturacaqlarını tapmasına icazə veriləcək. Hamı təyyarədə olduqdan və tullantı qabları boşaldıqdan sonra gəmi stansiyadan buraxılacaq və başqa bir marşruta başlayacaq. Tullantılar docking stansiyasına vurulduqdan sonra, çubuqlar və ya zibil kimi böyük zibilləri çıxarmaq üçün yenidən süzülür. Çıxarılan tullantılar sonrakı emal üçün qablarda saxlanılacaq. Qalan süzülmüş yosunlar işlənmək üçün mərkəzi dok stansiyasına aparılacaq. Hər kiçik yuva yosun anbarını doldurduqda, bir işçi yosunları əsas stansiyaya daşımaq üçün gələcək və burada biodizelə çevriləcək. Bu biodizel, yenilənə bilən yanacaq mənbəyidir və toplanan qida maddələrini geri qaytarmaq üçün sərfəli bir yoldur.

Qayıqlar suyu süzməyə davam etdikcə qida miqdarı azalacaq. Həddindən artıq qida miqdarının azalması hər il daha kiçik çiçəklənməyə səbəb olacaq. Qida səviyyələri aşağı düşməyə davam etdikcə, qida maddələrinin inkişaf edən bir mühit üçün lazım olan sabit və sağlam səviyyədə qalmasını təmin etmək üçün suyun keyfiyyəti geniş şəkildə izləniləcəkdir. Gübrə axınının bahar və yaz ayları qədər güclü olmadığı qış mövsümlərində, gəmilər hər zaman sağlam miqdarda qida maddələrinin olmasını təmin etmək üçün süzülən suyun miqdarını idarə edə biləcəklər. Qayıqlar marşrutlardan keçdikcə, gübrə axınının mənbələrini və daha yüksək qida səviyyəsinə hazırlaşmaq üçün hansı vaxtları daha səmərəli müəyyən etmək üçün daha çox məlumat toplanacaq. Bu məlumatlardan istifadə edərək, əkinçilik mövsümünün gətirdiyi dalğalanmaya hazırlaşmaq üçün səmərəli bir cədvəl yaradıla bilər."