Ардуино автономдуу чыпкалоо идиши: 6 кадам

2024 Автор: John Day | [email protected]. Акыркы өзгөртүү: 2024-01-30 10:39

Бул Нускамада мен сизге Перс булуңунун жээгиндеги Кызыл Балыр көйгөйүн кантип чечкенимди жана кантип иштеп чыкканымды көрсөтөм. Бул долбоор үчүн мен толугу менен автономдуу жана күндөн иштей турган, суу жолдорунда жүрө ала турган жана кемедеги табигый чыпкалоо системасын колдонуп, Dinoflagellates жана Karena Brevis балырларынан аш болумдуу заттарды жана токсиндерди чыпкалап алууну ойлогом. Бул дизайн технологиянын учурдагы экологиялык көйгөйлөрүбүздү оңдоого кандайча жардам берерин көрсөтүү үчүн түзүлгөн. Тилекке каршы, ал менин чакан шаарларымдагы илимий жарманкеде эч кандай сыйлыкка же орунга ээ болгон жок, бирок мен дагы эле окуу тажрыйбасынан ырахат алдым жана менин долбоорумдан башка бирөө үйрөнө алат деп үмүттөнөм.

1 -кадам: Изилдөө

Албетте, сиз кайсы бир маселени чече турган болсоңуз, анда изилдөө жүргүзүшүңүз керек. Мен бул көйгөй тууралуу интернеттеги жаңылык макала аркылуу уктум жана бул экологиялык көйгөйдү чечүүгө кызыкдар кылды. Мен көйгөйдүн так эмне экенин жана эмне себеп болгонун изилдөө менен баштадым. Бул жерде менин изилдөө ишимдин бир бөлүгү, мен изилдөө учурунда тапканымды көрсөтөт.

Red Tide - бул Флориданын суулары үчүн жыл сайын өсүп келе жаткан көйгөй. Red Tide - бул балырлардын чоң, топтолгон тобу үчүн колдонулган жалпы термин, алар жеткиликтүү азык заттардын көбөйүшүнөн улам улам өсүп турат. Учурда Флорида тездик менен көбөйүүдө. Кызыл Толкундун өлчөмүндө, бул аймакта суудагы жапайы жаныбарлардын коопсуздугу үчүн, ошондой эле аны менен байланышта боло турган бардык адамдар үчүн кооптонууну жаратууда. Динофлагеллаттар - деңизге жана кургактыкка өтө уулуу болгон бреветоксиндер жана ихтиотоксин сыяктуу токсиндерди чыгаруучу бир клеткалуу протисттер. Динофлагеллаттар митоз аркылуу жыныссыз түрдө көбөйүшөт, так көчүрмөсүн чыгаруучу клетканын бөлүнүшү. Динофлагеллаттар суудагы башка протисттер менен азыктанышат, уулуу эмес балырлардын эң кеңири таралган түрү - Chysophyta сыяктуу. ew азыктандыруучу заттар киргизилет.

Алардын азык -түлүктүн тез көбөйүшүнүн негизги себеби, нөшөрлөп жааган жамгыр учурунда дыйканчылыктан жуулуп, жакынкы дарыялар менен агын суулардан океандын жээгине ташылган көп өлчөмдөгү азык заттардын киргизилишине байланыштуу. Айыл чарбасы үчүн техногендик жер семирткичтерге жогорку көз карандылыктан улам, айланасындагы айыл чарба жерлеринде болгон азык заттардын өлчөмү мурда болуп көрбөгөндөй жогору. Чыгыш өлкөнүн көпчүлүк аймактарында жамгыр болгондо, ошол жамгыр ошол жер семирткичтердин көбүн жердин үстүңкү катмарынан жана айланадагы өзөндөргө жана дарыяларга жууп салат. Бул агымдар акыры дарыяларга чогулуп, бардык топтолгон азык заттарын Мексика булуңуна төгүлгөн бир чоң топко бириктирет. Бул азык заттардын чоң жыйнагы деңиз жандыктары үчүн табигый нерсе эмес, ошондуктан ал балырлардын көзөмөлсүз өсүшүнө алып келет. Динофлагеллаттардын негизги тамак -аш булагы болгондуктан, балырлардын тез өсүшү тез өсүүчү жашоо формасы үчүн чоң азык булагын берет.

Dinoflagellatesтин бул чоң топтору алар менен байланышта болгон көпчүлүк суу жашоочуларын өлтүрүүчү уулуу химикаттарды чыгарышат. Флориданын жергиликтүү WUSF маалымат агенттигинин маалыматы боюнча, 2018 -жылдын гүлдөшүндө Кызыл Туудон 177 тастыкталган манате өлүмү, ошондой эле тиешеси бар деп шектелген дагы 122 өлүм болгон. Флорида жана Пуэрто -Рико сууларында күтүлгөн 6, 500 манаттын ичинен бул түрдүн жашоосуна чоң таасир этет жана бул бир түргө болгон таасир. Red Tide ошондой эле гүлдөгөндөрдүн бирине жакын болгондор үчүн дем алуу органдарынын көйгөйлөрүн жаратары белгилүү. Кызыл Тиде кээ бир пляж шаарларындагы каналдарда өскөндүктөн, бул ошол жамааттарда жашагандар үчүн ачык коопсуздук коркунучу. Кызыл Тиддер тарабынан чыгарылган Dinophysis уусу, адатта, снаряддардын жергиликтүү популяцияларын жуктуруп, диаретикалык моллюскалар менен ууланууга алып келет, же жуктурулган ракушкаларды жегендер. Бактыга жараша, бул өлүмгө алып келери белгилүү эмес, бирок жабырлануучунун тамак сиңирүү көйгөйлөрүнө алып келиши мүмкүн. Бирок, кээ бир Red Tides, Gonyaulax же Alexandrium тарабынан чыгарылган дагы бир уулуу зат, толкундар менен булганган суулардагы моллюскаларга жугушу мүмкүн. Бул уулуу заттар менен булганган моллюскаларды жегенде, моллюскалардын уулануусу пайда болот, же PSP эң начар учурларда дем алуусу начарлап, 12 сааттын ичинде өлүмгө алып келет."

2 -кадам: Менин сунушталган чечимим

Менин илимий ишимден цитата

Менин сунуш кылган чечимим-бортто микро бөлүкчөлөрдүн табигый чыпкалоо системасы бар, толугу менен автономдуу күн энергиясы менен иштөөчү деңиз кемесин куруу. Бүт система борттогу күн панелдери менен иштейт жана щеткасы жок, каналдуу эки мотор менен кыймылдаткыч векторлоштуруу системасында кыймылга келет. Чыпкалоо системасы суу жолдорунда автономдуу түрдө баратканда ашыкча аш болумдуу заттарды жана динофлагеллаттарды чыпкалоо үчүн колдонулат. Кеме ошондой эле жергиликтүү жамаат үчүн транспорттук система катары колдонулат. Мен алгач көйгөйдү жана бул көйгөй кантип башталганын изилдеп баштадым. Кызыл суунун азаюусуна жергиликтүү сууларда азот сыяктуу көп сандагы азык заттар себеп болгон. Мен бул көйгөйдүн себебин тапкандан кийин, жылдык Кызыл Туудун көлөмүн азайтууга жардам бере турган чечимге мээ чабуулун баштай алдым.

Менин оюм - көлөмү жана формасы боюнча понтондук кайыкка окшош кеме. Бул идиште чоң бөлүкчөлөрдү алып салуу үчүн тор чыпкасы аркылуу, анан азоттун микро бөлүкчөлөрүн жок кыла турган өткөргүч мембрана чыпкасы аркылуу келе жаткан сууну алып келүүчү эки понтон ортосунда скиммер болмок. Чыпкаланган суу кайыктын арткы бетине карама -каршы скиммер аркылуу агып кетмек. Мен ошондой эле бул идиштин толугу менен электр болушун кааладым, андыктан ал тынчыраак жана коопсузураак болмок, айланадагы сууга уулуу суюктуктарды таштоо мүмкүнчүлүгү азыраак. Кемеде бир нече күн батареялары, ошондой эле литий -ион пакети бар заряд контроллери болмокчу, кийинчерээк колдонуу үчүн ашыкча энергияны сактоо үчүн. Менин акыркы максатым - бул кемени жергиликтүү коомчулук үчүн коомдук транспортто колдонула турган кылып долбоорлоо. Ушул дизайн тандоолорунун баарын эске алып, мен кандайдыр бир потенциалдуу көйгөйлөрдү чечүү үчүн кагазда бир нече идеяларды чийип баштадым."

3 -кадам: Дизайн

Мен изилдөөлөрүмдү жолго койгондон кийин, мен көйгөйдү жана анын эмнеден келип чыкканын жакшы түшүндүм. Андан кийин мээ чабуулуна жана дизайнга өттүм. Мен бул маселени чечүүнүн ар кандай жолдорун ойлоп, бир нече күн өткөрдүм. Менде жакшы идеялар болгондон кийин, аларды кагазга түшүрүп, CADга өтүүдөн мурун кээ бир дизайндагы кемчиликтерди иштеп чыгууга аракет кылдым. Дагы бир нече күн эскизден кийин мен дизайн үчүн колдонууну каалаган бөлүктөрдүн тизмесин түздүм. Мен мурунку жылдардагы илимий көргөзмөдөн алган бардык акчалай сыйлыктарымды жана прототипти түзүү үчүн керектүү бөлүктөрдү жана жиптерди сатып алууга жумшадым. Мен микроконтроллер үчүн Node MCU колдонууну аяктадым, сунушталган энергия булактары үчүн эки 18V күн панели, автономдуу өзгөчөлүктөр үчүн эки УЗИ сенсорлору, 5 фото резисторлор, тышкы жарыктандырууну аныктоо үчүн, ички жарыктандыруу үчүн 12V ак LED тилкелери, 2 RGB LED багыттуу жарыктандыруу үчүн тилкелер, LED жана щеткасыз моторду көзөмөлдөө үчүн 3 реле, 12В щеткасыз мотор жана ESC, прототипти иштетүү үчүн 12V PSU жана башка бир нече кичинекей бөлүктөр.

Бөлүктөрдүн көбү келгенден кийин мен 3d моделдин үстүндө иштөөгө туура келди. Мен бул кайыктын бардык тетиктерин долбоорлоодо Fusion 360ты колдондум. Мен кайыктын корпусун долбоорлоо менен баштадым, андан кийин мен жогорулап, ар бир бөлүгүн долбоорлоп жүрдүм. Көпчүлүк бөлүктөрү иштелип чыккандан кийин, мен алардын бардыгын чогулушка салып койгом, алар өндүрүлгөндөн кийин бири -бирине туура келет. Бир нече күндөн кийин долбоорлоону жана оңдоону басып чыгарууну баштоонун убактысы келди. Мен корпусту Prusa Mk3s'име 3 башка бөлүктө басып чыгардым жана CR10дорума күн орноткучтарын жана корпустун капкактарын бастырдым. Дагы бир нече күндөн кийин басып чыгарууну бүтүргөн бөлүктөрдүн баары мен акыры аны бириктире баштачумун. Төмөндө мен изилдөө ишимдин дагы бир бөлүмү, анда мен кайыкты долбоорлоо жөнүндө сүйлөшөм.

Мен акыркы дизайн жөнүндө жакшы түшүнүккө ээ болгондон кийин, мен азыркы учурда көптөгөн жеткиликтүү программаларды колдонуу менен жасала турган Computer Aided Drafting же CADга өттүм. Мен керектүү бөлүктөрдү долбоорлоо үчүн Fusion 360 программасын колдондум. Мен алгач бул долбоордун бардык тетиктерин иштеп чыктым, анан тетиктерди басып чыгара электе кандайдыр бир көйгөйлөрдү чечүү үчүн виртуалдык чөйрөдө чогулттум. Акыркы 3D чогултуу болгондон кийин мен көчүп кеттим. Бул прототипке керектүү электр системаларын иштеп чыгууга кириштим. Мен прототипимди смартфонумдагы атайын иштелип чыккан колдонмо аркылуу башкарышын кааладым. Биринчи бөлүгүмдө Node MCU микроконтроллерин тандадым. Node MCU - популярдуу ESP8266 тегерегинде курулган микроконтроллер. Wifi чипи. Бул такта мага тышкы интерфейси аркылуу Wifi интерфейси аркылуу алыстан башкарыла турган тышкы кирүү жана чыгаруу түзмөктөрүн туташтыруу мүмкүнчүлүгүн берет. Менин дизайным үчүн башкы контроллерди тапкандан кийин, мен башка па тандап алууга өттүм. rts электр системасы үчүн керек болмок. Кемени иштетүү үчүн, мен он сегиз вольт күн панелин тандадым, алар параллелдүү зым менен жабдылгандыктан, он сегиз вольттун чыгымын камсыз кылуу үчүн, аларды жеке электр клеткасынын параллелдүү өткөрүүсүнүн эсебинен эки эсе көп. Күн панелдеринен чыккан кубаттоочу контролерго түшөт. Бул түзмөк күн панелдеринен өзгөрмөлүү чыгыш чыңалуусун алат жана аны туруктуу он эки вольттуу чыгарууга жумшартат. Бул батарейканы башкаруу тутумуна кирет, же BMS, 6, 18650 липо клеткаларын параллелдүү, андан кийин сериялуу үч клеткадан турган эки топтом менен толтуруу үчүн кирет. Бул конфигурация 1862 -жылдын 4.2 вольттуу кубаттуулугун үч клеткалуу 12.6 вольттуу кубаттуулукка бириктирет. Мурунку пакетке параллель орнотулган дагы үч клетканы зым менен жабуу менен, жалпы кубаттуулугу эки эсеге көбөйүп, бизге 6, 500 мАч сыйымдуулугу бар 12,6 вольттуу батареяны берет.

Бул батарейка жарыктандыруу жана щеткасыз моторлор үчүн он эки вольтту чыгара алат. Мен электрониканын төмөнкү кубаттуулугу үчүн беш вольттун чыгымын түзүү үчүн инверторду ылдый колдондум. Андан кийин мен үч релени колдондум, бири ички жарыктарды күйгүзүү жана өчүрүү үчүн, бири тышкы жарыктардын түсүн өзгөртүү үчүн, экинчиси щеткасыз моторду күйгүзүү жана өчүрүү үчүн. Аралыкты өлчөө үчүн мен эки УЗИ сенсорун колдондум, бири алдыңкы, бири арткы. Ар бир сенсор УЗИ импульсун жиберет жана ал импульстун кайтып келүү убактысын окуй алат. Ушундан улам, кайтуу сигналынын кечигүүсүн эсептеп, бир нерсенин идиштин алдында канчалык алыс экенин биле алабыз. Кеменин үстүндө асманда жарыктын көлөмүн аныктоо үчүн менде беш фоторезистор бар болчу. Бул сенсорлор каршылыкты канча жарык бар экендигине жараша өзгөртөт. Бул маалыматтардан биз бардык коддорду орточо баалоо үчүн жөнөкөй кодду колдоно алабыз жана сенсорлор аз жарыктын орточо маанисин окуганда, ички жарыктар күйөт. Кайсы электрониканы колдоноорумду түшүнгөндөн кийин, мен мурда иштеп чыккан бөлүктөрүмдү 3d басып чыгара баштадым. Мен кайыктын корпусун үч бөлүккө басып чыгардым, ал менин негизги принтериме туура келиши үчүн. Алар басып жаткан кезде, мен күн принтерлерин жана палубаны башка принтерге басып чыгарууга өттүм. Ар бир бөлүктү басып чыгарууга болжол менен бир күн кетти, андыктан жалпысынан мага керектүү бөлүктөрдүн бардыгын алуу үчүн 10 күндөй түз 3D басып чыгаруу болду. Баарын басып чыгаргандан кийин, мен аларды кичинекей бөлүктөргө чогулттум. Андан кийин күн батареялары жана светодиод сыяктуу электрониканы орноттум. Электроника орнотулгандан кийин, мен алардын бардыгын зым менен туташтырып, басылган тетиктерди кураштырып бүттүм. Андан кийин, мен прототип үчүн стендди иштеп чыгууга өттүм. Бул стенд CADда иштелип чыккан жана кийинчерээк менин CNC машинамда MDF жыгачынан кесилген. CNCди колдонуп, мен көшөгө электроникасын тиркөө үчүн алдыңкы панелдеги керектүү уячаларды кесип алдым. Андан кийин мен прототипти базага орноттум жана физикалык монтаж аяктады. Эми прототип толугу менен чогултулду, мен NodeMCU кодунун үстүндө иштей баштадым. Бул код NodeMCUга кайсы бөлүктөр кайсы кирүү жана чыгуу казыктарына туташтырылганын айтуу үчүн колдонулат. Ал ошондой эле коллегияга кайсы сервер менен байланышуу керектигин жана кайсы Wifi тармагына туташуу керек экенин айтат. Бул код менен мен прототиптин айрым бөлүктөрүн телефондон колдонмону колдонуп башкара алдым. Бул акыркы долбоордун негизги токтоочу станция менен байланышып, кийинки аялдамасынын координаттарын, ошондой эле башка кемелер кайда экенин жана ошол күнгө күтүлгөн аба ырайын кантип алса болот, ошого окшош."

4 -кадам: Ассамблея (Акыры !!)

Макул, азыр биз сүйүктүү бөлүгүндөбүз, ассамблеядабыз. Мен нерселерди курууну жакшы көрөм, акыры бардык бөлүктөрдү чогултуп, акыркы жыйынтыктарды көрүп, абдан толкундандым. Мен бардык басылган бөлүктөрдү чогултуудан баштадым жана аларды супер клей менен чаптадым. Мен андан кийин электрониканы жарык жана күн батареялары сыяктуу орноттум. Бул учурда мен бул нерсенин ичине бардык электроникамды батыра турган эч кандай жол жок экенин түшүндүм. Мына ошондо мен CNCге кайыкты бир аз жакшыраак кылып көрсөтүү үчүн стенд түзүү идеясын алдым, ошондой эле мага электрониканын бардыгын жашыруу үчүн орун бердим. Мен стендди CAD менен иштеп чыктым, андан кийин аны Bobs CNC E3 13 мм MDFден кесип алдым. Андан кийин мен аны бурап, ага кара спрей боёгу бердим. Эми менде бардык электрониканы толтура турган жер бар болчу, мен зымдарды уланта бердим. Мен бардыгын зым менен туташтырып, Node MCU (Wi -Fi менен жабдылган Arduino Nano) орнотуп, бардыгы күйгүзүлгөнүн текшердим. Андан кийин мен жыйынды бүттүм, атүгүл мектептеримдин лазердик кескичин колдонуп, коопсуздук тосмолорун кээ бир сонун гравюралар менен кесип алдым, дагы рахмат Mr. Z! Эми бизде физикалык прототип бүткөндөн кийин, коддоо менен кандайдыр бир сыйкыр кошууга убакыт келди.

5 -кадам: Коддоо (АКАнын оор бөлүгү)

Коддоо үчүн мен Arduino IDEди колдонуп, абдан жөнөкөй код жаздым. Мен негизги Blynk эскизин стартер катары колдоном, андыктан кийинчерээк Blynk тиркемесинен айрым бөлүктөрдү башкара алам. Мен бул нерсени иштетүү үчүн көптөгөн YouTube видеолорун көрдүм жана көптөгөн форумдарды окудум. Акыры мен щеткасыз моторду кантип башкарууну билбей калдым, бирок иштөө үчүн калган нерселердин бардыгын алдым. Колдонмодон сиз кол өнөрчүлүктүн багытын өзгөртө аласыз, ал кызыл/жашыл диоддордун түстөрүн алмаштырат, ички жарыктарды күйгүзөт/өчүрөт жана дисплейдин алдыңкы жагындагы УЗИ сенсорлорунун биринен маалымат алып турат.. Мен, албетте, бул бөлүктөн тайып кеттим жана код боюнча мен каалагандай көп иш кылган жокмун, бирок ал дагы деле тыкан өзгөчөлүк болуп калды.

6 -кадам: Акыркы продукт

Бул жасалды! Илим жарманкесинин күндөрүнө чейин мен баарын чогултуп, иштеп жаттым. (Стереотиптүү создуктуруучу) Мен акыркы продукт менен абдан сыймыктандым жана аны калыстар менен бөлүшүүнү чыдамсыздык менен күтүп жаттым. Бул жерде башка эч нерсе айта албайм, андыктан мен аны жакшыраак түшүндүрүп берейин. Бул жерде менин илимий ишимдин корутунду бөлүмү.

Кемелер жана док станциялары түзүлгөндөн кийин, чечим чечилүүдө. Күнүгө эртең менен кемелер суу жолдору аркылуу каттамдарын башташат. Кээ бирлери шаарлардагы каналдарды аралап өтүшү мүмкүн, башкалары саздак жерлерди же океан линияларын кыдырышат. Кол өнөрчүлүк учурунда Чыпкалоочу скиммер түшүп калат, бул чыпкалардын ишин баштоого мүмкүндүк берет. Скиммер сүзгүч балырларды жана таштандыларды чыпкалоочу каналга багыттайт. Ичине киргенде, суу адегенде чоңураакты алып салуу үчүн тор чыпкасынан өтөт. бөлүкчөлөр жана суунун калдыктары. Алынган материал камера толтурулганга чейин ошол жерде кармалып турат. Суу биринчи чыпкадан өткөндөн кийин өткөргүч мембрана чыпкасынан өтөт. суу өткөргүч материалдарды калтырып, суу өткөрбөйт. Бул чыпка суу өткөрбөгөн жер семирткичтерди, ошондой эле балырлардын өсүшүнөн ашыкча азыктарды алуу үчүн колдонулат. r андан кийин кайыктын арткы бөлүгүнөн кеме чыпкаланып жаткан суу жолуна агат.

Кеме белгиленген док станциясына жеткенде, ал айлакка кирип кетет. Толук кондурулгандан кийин, эки кол кайыктын капталына бекитип, аны туруктуу кармайт. Андан кийин, чоор автоматтык түрдө кайыктын астынан көтөрүлүп, ар бир таштанды чыгаруу портуна бекитилет. Бекитилгенден кийин порт ачылат жана насос күйөт, чогултулган материалды кайыктан соруп, док станциясына киргизет. Мунун баары болуп жатканда, жүргүнчүлөргө кемеге түшүүгө жана орундарын табууга уруксат берилет. Баары бортко отуруп, таштанды контейнерлери бошогондон кийин, кеме станциядан чыгарылып, башка жолго түшөт. Калдыктар док станциясына айдалгандан кийин, таяк же таштанды сыяктуу чоң таштандыларды тазалоо үчүн кайра электен өткөрүлөт. Алынган таштандылар кайра иштетүү үчүн контейнерлерде сакталат. Калган электер балдарды кайра иштетүү үчүн борбордук док станциясына алып барышат. Ар бир кичинекей док станция балырлар кампасын толтурганда, жумушчу балырларды негизги станцияга ташуу үчүн келет, ал жерде биодизель болуп тазаланат. Бул биодизель күйүүчү майдын кайра жаралуучу булагы, ошондой эле топтолгон азык заттарды кайра иштетүүнүн пайдалуу жолу.

Кайыктар сууну фильтрлөөнү уланта баштаганда, азык заттары азаят. Аш болумдуу заттардын ашыкча азайышы жыл сайын кичине гүлдөөгө алып келет. Азыктын деңгээли төмөндөй берген сайын, суунун сапаты азык заттардын гүлдөп турган чөйрө үчүн керектүү туруктуу жана дени сак деъгээлде калышын камсыз кылуу үчүн кеңири көзөмөлдөнөт. Жер семирткичтердин агып чыгышы жазгы жана жайкы мезгилдегидей күчтүү болбогон кыш мезгилинде, кайыктар чыпкаланган суунун көлөмүн көзөмөлдөп, дени сак азыктардын ар дайым бар болушун камсыздайт. Кайыктар маршруттар аркылуу өткөн сайын, жер семирткичтердин агып чыгуу булактарын жана азыктандыруучу заттардын жогорку деңгээлине кайсы убакта даярданууну натыйжалуу аныктоо үчүн көбүрөөк маалыматтар чогултулат. Бул маалыматтарды колдонуу менен, дыйканчылык мезгилинен келип чыккан өзгөрүүлөргө даярдануу үчүн эффективдүү график түзүлүшү мүмкүн."