Arduino автономды сүзу ыдысы: 6 қадам

2024 Автор: John Day | [email protected]. Соңғы өзгертілген: 2024-01-30 10:23

Бұл нұсқаулықта мен сізге Парсы шығанағы жағалауындағы қызыл балдырлар мәселесіне қатысты өз ұсынысымды қалай шешкенімді және қалай шешкенімді көрсетемін. Бұл жоба үшін мен су жолдарында жүре алатын, күн сүзгісімен жүретін, автономды және табиғи сүзу жүйесін қолдана отырып, Динофлагеллаттар мен Карена Бревис балдырларынан артық қоректік заттар мен токсиндерді сүзетін толықтай автономды және күн сәулесінен жұмыс істейтін кеме жасағым келді. Бұл дизайн қазіргі экологиялық мәселелерді шешуге көмектесетін технологияны қалай қолдануға болатынын көрсету үшін жасалған. Өкінішке орай, ол менің кішігірім қалалардағы ғылыми жәрмеңкеде ешқандай марапатқа ие болмады, бірақ мен әлі де оқу тәжірибесінен ләззат алдым, және менің жобамнан басқа біреу бірдеңе үйренеді деп үміттенемін.

1 -қадам: Зерттеу

Әрине, сіз кез келген уақытта мәселені шешетін болсаңыз, сізге зерттеу жүргізу қажет. Мен бұл мәселе туралы Интернеттегі жаңалықтар мақаласы арқылы естідім және бұл экологиялық мәселенің шешімін жасауға қызығушылық тудырды. Мен мәселенің нақты не екенін және оған не себеп болғанын зерттеуден бастадым. Міне, менің зерттеу жұмысымның барысында зерттеу барысында тапқандарымды көрсететін бөлім.

«Қызыл толқын - бұл Флорида суларының жыл сайын өсіп келе жатқан мәселесі. Қызыл толқын - бұл қолда бар қоректік заттардың көбеюіне байланысты біртіндеп өсетін балдырлардың үлкен, шоғырланған тобы үшін қолданылатын жалпы термин. Қазіргі уақытта Флорида шапшаң өсуде. Қызыл толқын мөлшерінде, бұл аймақтағы су жануарларының қауіпсіздігіне, сондай -ақ онымен байланыста болатын кез келген жеке тұлғаның қауіпсіздігіне алаңдаушылық туғызады. Қызыл толқын көбінесе бір түрден тұрады. Динофлагеллаттар - бұл біржасушалы протисттер, олар бреветоксиндер мен ихтиотоксиндер шығарады, олар теңізге және құрлықтағы тіршілікке өте улы болып келеді. Динофлагеллалар митоз арқылы жыныссыз жолмен көбейеді, дәл көшірмесін шығаратын жасуша. Динофлагеллалар судағы басқа протисттермен қоректенеді, олар улы емес балдырлардың ең таралған түрі - Хизофиталар сияқты. Динофлагеллаттар жыныссыз жолмен көбейіп, олардың саны n болғанда тез өседі. қоректік заттар енгізіледі.

Олардың азық -түліктің тез өсуінің басты себебі - жаңбыр кезінде шаруашылықтардан жуылатын және жақын маңдағы өзендер мен ағындардан мұхит жағалауына тасымалданатын қоректік заттардың көп мөлшерін енгізу. Ауыл шаруашылығына қолдан жасалған тыңайтқыштарға жоғары тәуелділіктің арқасында, айналадағы ауылшаруашылық алқаптарындағы қоректік заттардың мөлшері бұрынғысынан жоғары. Шығыс елдің көп бөлігінде жаңбыр жауған кезде, бұл жаңбыр сол тыңайтқыштардың көп бөлігін топырақтың жоғарғы қабатынан және айналадағы өзендер мен ағындарға жуады. Бұл ағындар сайып келгенде өзендерге жиналады, олар барлық қоректік заттарды Мексика шығанағына тастайтын үлкен бір топқа біріктіреді. Бұл қоректік заттардың үлкен жиынтығы теңіз тіршіліктері үшін табиғи құбылыс емес, сондықтан ол балдырлардың бақыланбайтын өсуіне әкеледі. Балдырлардың тез көбеюі Динофлагеллаттардың негізгі азық -түлік көзі болғандықтан, тез өсіп келе жатқан тіршілік формасы үшін үлкен қорек көзі болып табылады.

Динофлагеллаттардың бұл үлкен топтары олармен байланыста болатын көптеген су тіршіліктерін өлтіретін улы химикаттар шығарады. Флоридадағы жергілікті WUSF ақпарат агенттігінің хабарлауынша, 2018 жылдың гүлденуінде Қызыл толқыннан 177 расталған манат өлімі, сондай -ақ 122 өлім тіркелді. Флорида мен Пуэрто -Рико суларында күтілетін 6,500 манаттың бұл түрдің өмір сүруіне үлкен әсері бар, бұл тек бір түрге әсер етеді. Қызыл толқын гүлденудің кез келгеніне жақын жерде тыныс алу проблемаларын тудыратыны белгілі болды. Қызыл толқын кейбір жағажай қалаларындағы каналдарда өсетіндіктен, бұл сол қауымдастықтарда тұратындардың қауіпсіздігі үшін қауіпті. Қызыл толқындар шығарған Dinophysis токсині сонымен қатар жұқтырылған ракушкаларды жегендердің диаретикалық ұлулармен немесе DSP -мен уланатын жергілікті ұлуларға жұқтыратыны белгілі болды. Бақытымызға орай, бұл өлімге әкелетіні белгісіз, бірақ бұл жәбірленушінің ас қорыту проблемаларына әкелуі мүмкін. Алайда, Гоняулакс немесе Александриум сияқты кейбір қызыл толқындар шығаратын тағы бір токсин теңіз толқындарымен ластанған суларда ұлуларға жұқтыруы мүмкін. Бұл токсиндермен ластанған моллюскаларды қолдану паралитикалық ұлулармен улануды немесе PSP -ны тудырады, бұл ең нашар жағдайда тыныс алу жетіспеушілігіне және 12 сағат ішінде өлімге әкеледі ».

2 -қадам: Менің ұсынған шешімім

Менің зерттеу жұмысымнан үзінді

«Менің ұсынған шешімім-бортында микро бөлшектердің табиғи сүзу жүйесі бар толық автономды күн батареясымен жұмыс істейтін теңіз кемесін құру. Бүкіл жүйе борттық күн панельдерімен қоректенетін болады және қозғалтқыш векторлық қондырғыда екі щеткасыз, құбырлы қозғалтқышпен қозғалады. фильтрация жүйесі артық қоректік заттар мен динофлагеллаттарды сүзу үшін пайдаланылады, себебі ол су жолдарында автономды түрде жүреді. Кеме сонымен қатар жергілікті қоғамдастыққа қызмет көрсететін жүйе ретінде пайдаланылады. Мен алдымен мәселені зерттеп, бұл мәселенің қалай басталғанын білдім. Қызыл судың азаюына жергілікті суларда азот сияқты қоректік заттардың көп болуы себеп болды. Мен бұл мәселенің себебін анықтағаннан кейін, жыл сайынғы қызыл толқындардың мөлшерін азайтуға көмектесетін шешімге ми шабуылын бастадым.

Менің ойым көлемі мен пішіні бойынша понтондық қайыққа ұқсас кеме болды. Бұл ыдыста екі понтон арасында скиммер болады, ол үлкен бөлшектерді кетіру үшін торлы сүзгі арқылы, содан кейін азот микро бөлшектерін кетіретін өткізгіш мембраналық сүзгі арқылы өтеді. Содан кейін сүзілген су қарама -қарсы скиммер арқылы қайықтың артқы жағына ағып кетеді. Мен сондай -ақ бұл кеменің толық электрлік болғанын қалаймын, сондықтан ол тыныш, әрі қауіпсіз, айналадағы суларға кез келген улы сұйықтықты ағызу мүмкіндігі аз болады. Кемеде бірнеше күн батареялары, сондай -ақ литий -иондық пакеті бар заряд реттегіші болады, ол артық энергияны кейін пайдалану үшін сақтайды. Менің соңғы мақсатым - бұл кемені жергілікті жұртшылық үшін қоғамдық көлікте пайдалануға болатындай етіп жобалау. Осы дизайнерлік таңдаудың барлығын ескере отырып, мен ықтимал мәселелерді шешуге тырысу үшін қағазға бірнеше идеяларды жаза бастадым ».

3 -қадам: Дизайн

Мен зерттеуден бас тартқаннан кейін, мен проблеманы және оның себебін жақсы түсіндім. Содан кейін мен ми шабуылына және дизайнға көштім. Мен бірнеше күн бойы бұл мәселені шешудің көптеген әдістерін ойладым. Менде жақсы идеялар болғаннан кейін, мен оларды қағазға түсіріп, АЖЖ -ға көшпес бұрын дизайндағы кейбір кемшіліктерді түзетуге көштім. Тағы екі күндік эскизден кейін мен дизайн үшін қолданатын бөлшектердің тізімін жасадым. Мен өткен жылдардағы ғылыми жәрмеңкеден алған барлық сыйлықтарымды, сонымен қатар прототипті жасау үшін қажет бөлшектер мен жіптерді сатып алуға жұмсадым. Мен микроконтроллерге арналған түйін MCU, ұсынылған қуат көздері үшін екі 18В күн панелі, автономды функциялар үшін екі ультрадыбыстық датчик, қоршаған жарықтандыруды анықтау үшін 5 фото резистор, ішкі жарықтандыруға арналған 12В ақ жарық диодты жолақтар, 2 RGB жарықдиодты қолдануды аяқтадым. бағытты жарықтандыруға арналған жолақтар, светодиодты және щеткасыз қозғалтқышты басқаруға арналған 3 реле, 12В щеткасыз қозғалтқыш пен ЭСК, прототипті қуаттауға арналған 12В ПСУ және басқа да бірнеше кішкене бөлшектер.

Бөлшектердің көпшілігі келгеннен кейін мен 3d модельде жұмыс істеуім керек болды. Мен бұл қайықтың барлық бөлшектерін жобалау үшін Fusion 360 қолдандым. Мен қайықтың корпусын жобалаудан бастадым, содан кейін мен жоғары қарай жылжып, әр бөлікті жобалай бастадым. Бөлшектердің көпшілігі дайындалғаннан кейін, мен олардың бір -біріне сәйкес келетініне көз жеткізу үшін оларды жинауға қойдым. Бірнеше күндік дизайн мен түзетуден кейін ақыры басып шығаруды бастау уақыты келді. Мен корпусты Prusa Mk3s -те 3 түрлі бөлікке басып шығардым және күн қондырғылары мен корпустың қақпақтарын CR10 -ға басып шығардым. Тағы бірнеше күннен кейін басып шығаруды аяқтаған барлық бөліктер мен оны ақырында жинауға кірісе аламын. Төменде мен қайықтың дизайны туралы айтатын зерттеу жұмысымның басқа бөлімі берілген.

«Мен түпкілікті дизайн туралы жақсы түсінік алғаннан кейін, мен компьютерлік көмекке немесе САПР -ға көштім, бұл процесті бүгінде көптеген қол жетімді бағдарламалық жасақтамалармен жасауға болады. Мен қажет бөлшектерді жобалау үшін Fusion 360 бағдарламалық жасақтамасын қолдандым. Мен алдымен осы жобаның барлық бөлшектерін жобаладым, содан кейін бөлшектерді басып шығаруды бастамас бұрын кез келген мәселелерді шешу үшін виртуалды ортаға жинадым. Осы прототипке қажетті электр жүйелерін жобалауға қатысты. Мен өзімнің прототипімді смартфондағы арнайы жасалған бағдарлама арқылы басқаруға болатынын қалаймын. Бірінші бөлімде мен Node MCU микроконтроллерін таңдадым. Node MCU - танымал ESP8266 айналасында салынған микроконтроллер. Wi -Fi чипі. Бұл тақта оған Wifi интерфейсі арқылы қашықтан басқарылатын сыртқы кіріс және шығыс құрылғыларын қосуға мүмкіндік береді. Менің конструкциямның негізгі контроллерін тапқаннан кейін мен басқа қандай байланыс жүйесін таңдауға көштім. rts электр жүйесі үшін қажет болады. Кемені қуаттандыру үшін мен он сегіз вольтты күн батареяларын таңдадым, олар кейіннен параллель сыммен қосылады, он сегіз вольтты шығаруды және жеке күн батареясының параллельді болуына байланысты екі есе көп токты қамтамасыз етеді. Күн батареяларынан шығыс реттегішке түседі. Бұл құрылғы күн батареясынан өзгермелі шығыс кернеуін алады және оны тұрақты он екі вольтты шығысқа дейін тегістейді. Бұл батареяларды басқару жүйесіне немесе BMS -ке параллель қосылған үш ұяшықтың екі жиынтығымен қосылған 18650 липо ұяшықтарын зарядтау үшін, содан кейін серияға түседі. Бұл конфигурация 18650 -дің 4,2 вольттық қуатын 12,6 вольтты үш ұяшықтан тұратын пакетке біріктіреді. Алдыңғы пакетке параллель орнатылған тағы үш ұяшықты қосу арқылы жалпы сыйымдылық екі есе артады, бізге сыйымдылығы 6,500 мАч болатын 12,6 вольтты батарея.

Бұл аккумуляторлық батарея жарықтандыру мен щеткасыз қозғалтқыштар үшін он екі вольтты шығара алады. Мен электрониканың төменгі қуатты жиынтығы үшін бес вольтты шығуды жасау үшін төмендеткіш инверторды қолдандым. Содан кейін мен үш реле қолдандым, біреуі ішкі шамдарды қосу және өшіру үшін, біреуі сыртқы шамдардың түсін өзгерту үшін, екіншісі щеткасыз қозғалтқышты қосу және өшіру үшін. Қашықтықты өлшеу үшін мен екі ультрадыбыстық датчиктерді қолдандым, олардың бірі алдыңғы, екіншісі артқы. Әрбір сенсор ультрадыбыстық импульсті жібереді және импульстің қанша уақытқа оралатынын оқи алады. Осыдан қайту сигналының кідірісін есептей отырып, объектінің ыдыстың алдында қаншалықты алыс екенін анықтай аламыз. Кеменің жоғарғы жағында менде бес фоторезистор болды, олар аспандағы жарық мөлшерін анықтады. Бұл датчиктер қарсылықты жарықтың мөлшеріне байланысты өзгертеді. Бұл мәліметтерден біз барлық мәндерді орташа мәнге келтіру үшін қарапайым кодты қолдана аламыз, ал сенсорлар жарықтың орташа мәнін оқығанда, ішкі шамдар қосылады. Мен қандай электрониканы қолданатынымды білгеннен кейін, мен бұрын құрастырған бөлшектерді 3d басып шығара бастадым. Мен қайықтың корпусын негізгі принтеріме сыйғызу үшін үш бөлікке басып шығардым. Олар басып шығарған кезде мен күн қондырғылары мен палубаны басқа принтерге басып шығаруға көштім. Әр бөлікті басып шығаруға шамамен бір күн қажет болды, сондықтан маған қажетті бөлшектердің барлығын алу үшін 3D форматында шамамен 10 күн болды. Басып шығаруды аяқтағаннан кейін мен оларды кішкене бөліктерге жинадым. Содан кейін мен күн батареялары мен жарық диодтары сияқты электрониканы орнаттым. Электроника орнатылғаннан кейін мен олардың барлығын сыммен жалғап, басылған бөлшектерді құрастыруды аяқтадым. Содан кейін мен прототипке арналған стенд дизайнына көштім. Бұл стенд сонымен қатар АЖЖ -де жасалған, кейінірек менің CNC станогымда MDF ағашынан кесілген. CNC көмегімен мен перделер электроникасын бекіту үшін алдыңғы панельдегі қажетті саңылауларды кесіп алдым. Содан кейін мен прототипті негізге орнаттым және физикалық құрастыру аяқталды. Енді прототип толық жиналғаннан кейін мен NodeMCU кодымен жұмыс жасай бастадым. Бұл код NodeMCU -ге қандай бөліктердің кіріс және шығыс түйреуіштері қосылғанын айту үшін қолданылады. Ол сондай -ақ тақтаға қандай сервермен байланысу керектігін және қандай Wi -Fi желісіне қосылу керектігін айтады. Осы код арқылы мен телефон арқылы прототиптің кейбір бөліктерін қосымшаның көмегімен басқара алдым. Бұл түпкілікті дизайн негізгі қондыру станциясымен келесі аялдаманың координаттарын алу үшін қалай байланысуға болатынына ұқсас, сонымен қатар басқа кемелер қайда және сол күнге күтілетін ауа райы сияқты басқа ақпарат ».

4 -қадам: Ассамблея (Соңында !!)

Жарайды, қазір біз сүйікті бөлімге келдік. Мен заттар салуды жақсы көремін, сондықтан барлық бөлшектерді біріктіріп, соңғы нәтижелерді көру мені қатты толқытты. Мен барлық басып шығарылған бөліктерді жинай бастадым және оларды супер желімдедім. Содан кейін мен электрониканы шамдар мен күн батареялары сияқты орнаттым. Осы сәтте мен барлық электрониканы осы заттың ішіне сыйдыра алмайтынымды түсіндім. Дәл сол кезде мен CNC -ге қайықтың стендін жақсартуға арналған стенд туралы ой келді, сонымен қатар маған барлық электрониканы жасыруға орын бердім. Мен стендті АЖЖ -де жасадым, содан кейін оны Bobs CNC E3 13 мм MDF -тен кесіп алдым. Содан кейін мен оны бұрап, оған қара бүріккіш бояуды бердім. Енді менде барлық электрониканы толтыратын орын болған соң, мен сымды жалғастыра бердім. Мен бәрін сыммен байланыстырдым және Node MCU (WiFi орнатылған Arduino Nano) орнаттым және бәрі қосылғанына көз жеткіздім. Осыдан кейін мен құрастыруды аяқтадым, тіпті кейбір лазерлі кескіндеме арқылы менің қорғаныс қоршауларын кесу үшін өз мектептерімнің лазерлі кескішін қолдануға тура келді, тағы да рахмет Mr. Z! Бізде дайын физикалық прототип болған кезде, енді кодтау арқылы сиқыр қосатын кез келді.

5 -қадам: кодтау (АКА қиын бөлігі)

Кодтау үшін мен Arduino IDE көмегімен қарапайым кодты жаздым. Мен Blynk негізгі эскизін стартер ретінде қолдандым, сондықтан кейіннен Blynk қосымшасынан кейбір бөліктерді басқара аламын. Мен бұл мәселені шешу үшін көптеген YouTube бейнелерін көрдім және көптеген форумдарды оқыдым. Ақырында мен щеткасыз қозғалтқышты қалай басқаруға болатынын біле алмадым, бірақ жұмыс істеу үшін қалғаны болды. Қолданбадан сіз қызыл/жасыл светодиодтардың түстерін ауыстыратын, ішкі шамдарды қосатын/өшіретін және дисплейдің алдыңғы жағындағы ультрадыбыстық сенсорлардың бірінен тікелей деректерді алуға болатын қолөнердің бағытын өзгерте аласыз.. Мен бұл бөліктен бас тарттым және кодты өзім қалағандай жасай алмадым, бірақ ол бәрібір таза функция болды.

6 -қадам: соңғы өнім

Бұл орындалды! Мен бәрін ғылыми жәрмеңке өтетін күнге дейін жинап, жұмыс істедім. (Стереотипті кешіктіруші) Мен соңғы өнімді мақтан тұттым және оны төрешілермен бөлісуді күте алмадым. Менде басқа ештеңе жоқ, сондықтан мен оны жақсы түсіндіруге рұқсат етемін. Міне, менің зерттеу жұмысымның қорытынды бөлімі.

«Кемелер мен қондыру станциялары құрылғаннан кейін, шешім қабылданып жатыр. Күн сайын таңертең кемелер су жолдары арқылы өз бағыттарын бастайды. Кейбіреулер қалалардағы каналдар арқылы өтуі мүмкін, ал басқалары батпақты жерлерді немесе мұхит сызықтарын аралайды. Қолөнер кезінде сүзгіден өткізетін скиммер төмен түседі, бұл сүзгілердің жұмысын бастауға мүмкіндік береді. Скиммер өзгермелі балдырлар мен қоқыстарды сүзу каналына бағыттайды. Ішке кіргеннен кейін су алдымен торлы сүзгіден өтіп, үлкенірек тазартылады. судың бөлшектері мен қоқыстары. Алынған материал камераны толтырғанша сол жерде ұсталады. Су оны бірінші сүзгіден өткізгеннен кейін өткізгіш мембраналық сүзгіден өтеді. су өткізбейтін материалдарды қалдырып, су өткізбейді. Бұл сүзгі су өткізбейтін тыңайтқыш материалын, сондай -ақ балдырлардың өсінділерінен артық қоректік заттарды шығару үшін қолданылады. r содан кейін қайықтың артқы жағынан кеме сүзетін су жолына қайта ағады.

Кеме белгіленген қондыру станциясына жеткенде, ол айлаққа түседі. Толық қондырылғаннан кейін, оны орнында ұстау үшін екі қол қайық жағына бекітіледі. Содан кейін құбыр автоматты түрде қайықтың астынан көтеріліп, әрбір қоқыс шығаратын портқа бекітіледі. Бекітілгеннен кейін порт ашылады және сорғы қосылады, жиналған материалды қайықтан сорып алады және қондыру станциясына. Мұның бәрі болған кезде, жолаушыларға кемеге отыруға және өз орындарын табуға рұқсат етіледі. Барлығы бортқа отырды және қоқыс контейнерлері босатылғаннан кейін, кеме стансадан шығарылады және басқа жолмен жүре бастайды. Қалдықтарды қондыру станциясына айдаған соң, таяқша немесе қоқыс сияқты үлкен қоқыстарды кетіру үшін ол қайтадан електен өтеді. Алынған қоқыстар кейіннен қайта өңдеуге арналған контейнерлерде сақталады. Қалған еленген балдырлар өңдеу үшін орталық док станциясына жеткізіледі. Әрбір кіші қондыру станциясы балдырлар қоймасын толтырған кезде, жұмысшы балдырларды негізгі станцияға тасымалдауға келеді, онда оны биодизельге айналдырады. Бұл биодизель - жаңартылатын отын көзі, сонымен қатар жиналған қоректік заттарды қайта өңдеудің тиімді әдісі.

Қайықтар суды сүзуді жалғастыра отырып, қоректік заттардың мөлшері азаяды. Қоректік заттардың шамадан тыс мөлшерінің төмендеуі жыл сайын кішігірім гүлденуге әкеледі. Қоректік заттардың деңгейі төмендеуін жалғастыра отырып, қоректік заттардың гүлденген ортаға қажетті тұрақты және сау деңгейде болуын қамтамасыз ету үшін судың сапасы кеңінен бақыланады. Тыңайтқыштардың ағымы көктем мен жаз мезгіліндей күшті болмаған қыс мезгілінде қайықтар сүзілетін судың мөлшерін бақылай алады, бұл қоректік заттардың сау мөлшерінің үнемі болуын қамтамасыз етеді. Қайықтар маршруттар арқылы өтетіндіктен, тыңайтқыштардың ағып кету көздерін және қоректік заттардың жоғары деңгейіне қай уақытта дайындалу керектігін анықтау үшін көбірек мәліметтер жиналатын болады. Осы деректерді қолдана отырып, егіншілік маусымының әсерінен болатын ауытқуларға дайындық үшін тиімді кесте құруға болады ».