Arduino Autonomous Filtering Vessel: 6 ขั้นตอน

2024 ผู้เขียน: John Day | [email protected]. แก้ไขล่าสุด: 2024-01-30 13:04

ในคำแนะนำนี้ ฉันจะแสดงให้คุณเห็นถึงวิธีที่ฉันออกแบบและเสนอวิธีแก้ปัญหาสำหรับปัญหาสาหร่ายสีแดงในปัจจุบันในน่านน้ำชายฝั่งอ่าวไทย สำหรับโครงการนี้ ฉันต้องการออกแบบยานขับเคลื่อนอัตโนมัติและขับเคลื่อนด้วยพลังงานแสงอาทิตย์ที่สามารถนำทางในน้ำ และใช้ระบบการกรองตามธรรมชาติบนเครื่องบิน สามารถกรองสารอาหารและสารพิษส่วนเกินออกจาก Dinoflagellates และสาหร่าย Karena Brevis ได้ การออกแบบนี้สร้างขึ้นเพื่อแสดงให้เห็นว่าเทคโนโลยีสามารถนำมาใช้เพื่อช่วยแก้ไขปัญหาสิ่งแวดล้อมในปัจจุบันของเราได้อย่างไร น่าเสียดายที่มันไม่ได้รับรางวัลหรือสถานที่ใด ๆ ในงานวิทยาศาสตร์ในเมืองเล็ก ๆ ในพื้นที่ของฉัน แต่ฉันยังคงสนุกกับประสบการณ์การเรียนรู้และหวังว่าจะมีคนอื่นสามารถเรียนรู้บางสิ่งจากโครงการของฉัน

ขั้นตอนที่ 1: วิจัย

แน่นอนทุกครั้งที่คุณกำลังจะแก้ปัญหาที่คุณต้องทำวิจัยบางอย่าง ฉันเคยได้ยินเกี่ยวกับปัญหานี้ผ่านบทความข่าวออนไลน์ และนั่นทำให้ฉันสนใจที่จะออกแบบวิธีแก้ปัญหาสำหรับปัญหาสิ่งแวดล้อมนั้น ฉันเริ่มต้นด้วยการค้นคว้าว่าปัญหาคืออะไรและอะไรเป็นสาเหตุของปัญหา นี่คือส่วนหนึ่งของรายงานการวิจัยของฉันที่แสดงสิ่งที่ฉันพบระหว่างการวิจัย

กระแสน้ำแดงเป็นปัญหาประจำปีที่เพิ่มมากขึ้นสำหรับน่านน้ำของฟลอริดา Red Tide เป็นคำทั่วไปที่ใช้สำหรับสาหร่ายกลุ่มใหญ่ที่มีความเข้มข้นซึ่งเติบโตเป็นระยะ ๆ เนื่องจากสารอาหารที่มีอยู่เพิ่มขึ้น ปัจจุบันฟลอริดากำลังเผชิญกับการเพิ่มขึ้นอย่างรวดเร็ว ขนาดของกระแสน้ำแดงทำให้เกิดความกังวลมากขึ้นต่อความปลอดภัยของสัตว์ป่าน้ำในพื้นที่ตลอดจนบุคคลใด ๆ ที่อาจสัมผัสได้ น้ำแดงส่วนใหญ่ประกอบด้วยสายพันธุ์ของ สาหร่ายที่รู้จักกันในชื่อ Dinoflagellate Dinoflagellates เป็นโปรติสต์ที่มีเซลล์เดียวที่ผลิตสารพิษเช่น brevetoxins และ ichthyotoxin ซึ่งเป็นพิษสูงต่อสิ่งมีชีวิตในทะเลและบนบกที่สัมผัสกับพวกมัน Dinoflagellates สืบพันธุ์แบบไม่อาศัยเพศผ่านไมโทซีสการแยกเซลล์สร้างสำเนาที่แน่นอน Dinoflagellates กิน protists อื่น ๆ ในน้ำเช่น Chysophyta ซึ่งเป็นรูปแบบที่พบบ่อยที่สุดของสาหร่ายที่ไม่เป็นพิษ Dinoflagellates ยังสืบพันธุ์แบบไม่อาศัยเพศทำให้จำนวนของพวกเขาเติบโตอย่างรวดเร็วเมื่อ n มีการแนะนำสารอาหารใหม่

สาเหตุหลักของการเพิ่มขึ้นอย่างรวดเร็วของอาหารเกิดจากการนำสารอาหารจำนวนมากที่ถูกชะล้างออกจากฟาร์มในช่วงพายุฝนและถูกพัดพาไปยังชายฝั่งมหาสมุทรจากแม่น้ำและลำธารที่อยู่ใกล้เคียง เนื่องจากการพึ่งพาปุ๋ยที่มนุษย์สร้างขึ้นเพื่อการเกษตรในปริมาณมาก ปริมาณสารอาหารที่มีอยู่ในพื้นที่เพาะปลูกโดยรอบจึงสูงกว่าที่เคยเป็นมา เมื่อใดก็ตามที่มีพายุฝนในพื้นที่ส่วนใหญ่ของประเทศทางตะวันออก ฝนจะชะล้างปุ๋ยเหล่านั้นจำนวนมากออกจากดินชั้นบนสุดและลงสู่ลำห้วยและลำธารโดยรอบ ในที่สุดลำธารเหล่านั้นจะรวมกันเป็นแม่น้ำที่รวมสารอาหารที่รวบรวมไว้ทั้งหมดเป็นกลุ่มใหญ่กลุ่มเดียวที่ถูกทิ้งลงในอ่าวเม็กซิโก คอลเลกชั่นของสารอาหารจำนวนมากนี้ไม่ได้เกิดขึ้นตามธรรมชาติสำหรับสิ่งมีชีวิตในทะเล ซึ่งเป็นสาเหตุที่ทำให้สาหร่ายเติบโตอย่างควบคุมไม่ได้ ในฐานะที่เป็นแหล่งอาหารหลักของ Dinoflagellates สาหร่ายที่เพิ่มขึ้นอย่างรวดเร็วทำให้เป็นแหล่งอาหารขนาดใหญ่สำหรับรูปแบบชีวิตที่เติบโตอย่างรวดเร็ว

ไดโนแฟลเจลเลตกลุ่มใหญ่เหล่านี้ผลิตสารเคมีที่เป็นพิษซึ่งทราบว่าสามารถฆ่าสัตว์น้ำส่วนใหญ่ที่สัมผัสกับพวกมันได้ ตามรายงานของ WUSF สถานีข่าวท้องถิ่นในฟลอริดา เมื่อปี 2018 มีผู้ได้รับการยืนยันว่าเสียชีวิตจากพะยูนพะยูน 177 รายจากกระแสน้ำสีแดง และอีก 122 รายที่สงสัยว่าเกี่ยวข้องกัน จากจำนวนพะยูนที่คาดการณ์ไว้ 6, 500 ตัวในน่านน้ำฟลอริดาและเปอร์โตริโก นี่เป็นผลกระทบอย่างใหญ่หลวงต่อการอยู่รอดของสายพันธุ์นี้ และนั่นเป็นเพียงผลกระทบต่อสปีชีส์เดียวเท่านั้น เป็นที่ทราบกันว่า Red Tide ทำให้เกิดปัญหาระบบทางเดินหายใจสำหรับผู้ที่อยู่ใกล้กับบุปผา เนื่องจากน้ำแดงเติบโตในคลองทั่วเมืองชายหาดบางแห่ง นี่จึงเป็นอันตรายต่อความปลอดภัยที่ชัดเจนสำหรับทุกคนที่อาศัยอยู่ในชุมชนเหล่านั้น Dinophysis ที่เป็นพิษซึ่งผลิตโดย Red Tides เป็นที่ทราบกันดีอยู่แล้วว่าแพร่ระบาดในประชากรหอยในท้องถิ่นซึ่งส่งผลให้เกิดพิษจากหอยในท้องร่วงหรือ DSP ในผู้ที่กินหอยที่ติดเชื้อ โชคดีที่ไม่เป็นที่รู้จักว่าเป็นอันตรายถึงชีวิต แต่อาจส่งผลให้เกิดปัญหาทางเดินอาหารสำหรับเหยื่อ อย่างไรก็ตาม สารพิษอีกชนิดหนึ่งที่ผลิตโดย Red Tides, Gonyaulax หรือ Alexandrium ก็สามารถแพร่เชื้อในหอยในน่านน้ำที่ปนเปื้อนด้วยกระแสน้ำได้เช่นกัน การกินหอยที่ปนเปื้อนสารพิษเหล่านี้ทำให้เกิดพิษของหอยอัมพาต หรือ PSP ซึ่งในกรณีที่เลวร้ายที่สุด ส่งผลให้หายใจล้มเหลวและเสียชีวิตภายใน 12 ชั่วโมงหลังกลืนกิน"

ขั้นตอนที่ 2: โซลูชันที่ฉันเสนอ

อ้างจากงานวิจัยของฉัน

โซลูชันที่ฉันเสนอคือการสร้างเรือเดินทะเลที่ขับเคลื่อนด้วยพลังงานแสงอาทิตย์แบบอิสระซึ่งมีระบบกรองอนุภาคขนาดเล็กตามธรรมชาติบนเรือ ระบบทั้งหมดจะใช้พลังงานจากแผงโซลาร์เซลล์ในตัวและขับเคลื่อนด้วยมอเตอร์ไร้แปรงถ่านสองตัวในการตั้งค่าเวกเตอร์แบบแรงขับ ระบบการกรองจะใช้กรองสารอาหารส่วนเกินและไดโนแฟลเจลเลตขณะเคลื่อนตัวไปตามทางน้ำ นอกจากนี้ เรือยังจะใช้เป็นระบบรับส่งสำหรับชุมชนท้องถิ่นด้วย โดยเริ่มจากการค้นคว้าปัญหาก่อนว่าปัญหานี้เกิดขึ้นได้อย่างไร ฉันได้เรียนรู้ว่า กระแสน้ำแดงพุ่งขึ้นจากสารอาหารในปริมาณมาก เช่น ไนโตรเจน ในน่านน้ำในท้องถิ่น เมื่อฉันค้นพบว่าอะไรเป็นสาเหตุของปัญหา ฉันก็เริ่มระดมความคิดหาวิธีแก้ปัญหาที่ช่วยลดขนาดของกระแสน้ำแดงประจำปีได้

ความคิดของฉันคือเรือที่มีขนาดและรูปร่างใกล้เคียงกับเรือโป๊ะ เรือลำนี้จะมีสกิมเมอร์ระหว่างโป๊ะสองลำที่จะนำน้ำที่ไหลเข้ามาผ่านตัวกรองตาข่ายเพื่อกำจัดอนุภาคขนาดใหญ่ และจากนั้นผ่านตัวกรองเมมเบรนที่ซึมผ่านได้ซึ่งจะกำจัดอนุภาคขนาดเล็กของไนโตรเจนที่มีอยู่ น้ำที่กรองแล้วจะไหลออกทางด้านหลังของเรือผ่านสกิมเมอร์ฝั่งตรงข้าม ฉันยังต้องการให้เรือลำนี้เป็นไฟฟ้าทั้งหมดด้วย ดังนั้นมันจึงเงียบและปลอดภัยกว่า โดยมีโอกาสน้อยที่ของเหลวที่เป็นพิษจะรั่วไหลลงสู่น่านน้ำโดยรอบ บนเรือจะมีแผงโซลาร์เซลล์หลายแผง เช่นเดียวกับตัวควบคุมการชาร์จพร้อมชุดลิเธียมไอออนเพื่อเก็บพลังงานส่วนเกินไว้ใช้ในภายหลัง เป้าหมายสุดท้ายของฉันคือการออกแบบเรือในลักษณะที่สามารถใช้สำหรับการขนส่งสาธารณะสำหรับชุมชนท้องถิ่น ด้วยตัวเลือกการออกแบบทั้งหมดเหล่านี้ ฉันจึงเริ่มร่างแนวคิดต่างๆ ลงบนกระดาษเพื่อพยายามแก้ไขปัญหาที่อาจเกิดขึ้น"

ขั้นตอนที่ 3: การออกแบบ

เมื่อฉันได้ศึกษาวิจัยจนหมดหนทางแล้ว ฉันก็มีความคิดที่ดีขึ้นมากเกี่ยวกับปัญหาและสาเหตุของปัญหา จากนั้นฉันก็ย้ายไประดมความคิดและออกแบบ ฉันใช้เวลาหลายวันในการคิดหาวิธีต่างๆ ในการแก้ปัญหานี้ เมื่อฉันมีไอเดียดีๆ บางอย่างแล้ว ฉันจึงย้ายไปร่างมันบนกระดาษเพื่อลองหาจุดบกพร่องด้านการออกแบบก่อนที่จะย้ายไปใช้ CAD หลังจากร่างภาพอีกสองสามวัน ผมก็สร้างรายการชิ้นส่วนที่ต้องการใช้สำหรับการออกแบบ ฉันใช้รายได้รางวัลทั้งหมดจากงานวิทยาศาสตร์ปีที่แล้ว บวกกับอีกเล็กน้อยเพื่อซื้อชิ้นส่วนและเส้นใยที่ฉันต้องการเพื่อสร้างต้นแบบ ฉันลงเอยด้วยการใช้ Node MCU สำหรับไมโครคอนโทรลเลอร์ แผงโซลาร์ 18V สองแผงสำหรับแหล่งพลังงานที่เสนอ เซ็นเซอร์อัลตราโซนิกสองตัวสำหรับคุณสมบัติอิสระ ตัวต้านทานภาพถ่าย 5 ตัวเพื่อกำหนดแสงโดยรอบ แถบ LED สีขาว 12V สำหรับไฟภายในรถ ไฟ LED RGB 2 ดวง แถบสำหรับไฟส่องสว่างตามทิศทาง, รีเลย์ 3 ตัวสำหรับควบคุม LEDS และมอเตอร์ไร้แปรงถ่าน, มอเตอร์ไร้แปรงถ่าน 12V และ ESC, PSU 12V สำหรับจ่ายไฟให้กับต้นแบบ และชิ้นส่วนขนาดเล็กอื่นๆ อีกหลายชิ้น

เมื่อชิ้นส่วนส่วนใหญ่มาถึง ฉันก็ต้องทำโมเดล 3 มิติ ฉันใช้ Fusion 360 เพื่อออกแบบชิ้นส่วนทั้งหมดสำหรับเรือลำนี้ ฉันเริ่มต้นด้วยการออกแบบตัวเรือแล้วเลื่อนขึ้นด้านบนออกแบบแต่ละส่วนเมื่อฉันเดินตาม เมื่อฉันได้ออกแบบชิ้นส่วนส่วนใหญ่แล้ว ฉันก็นำชิ้นส่วนทั้งหมดมาประกอบเข้าด้วยกันเพื่อให้แน่ใจว่าจะเข้ากันได้ดีเมื่อผลิตขึ้น หลังจากออกแบบและปรับแต่งมาหลายวัน ในที่สุดก็ถึงเวลาเริ่มพิมพ์ ฉันพิมพ์ตัวถังเป็น 3 ชิ้นบน Prusa Mk3 ของฉัน และพิมพ์ที่ยึดพลังงานแสงอาทิตย์และฝาครอบตัวถังบน CR10 ของฉัน หลังจากเวลาผ่านไปหลายวัน ทุกส่วนที่พิมพ์เสร็จแล้วและในที่สุดฉันก็เริ่มประกอบได้ ด้านล่างนี้เป็นอีกส่วนหนึ่งในงานวิจัยของฉันที่ฉันพูดถึงการออกแบบเรือ

เมื่อฉันมีความคิดที่ดีเกี่ยวกับการออกแบบขั้นสุดท้ายแล้ว ฉันจึงย้ายไปใช้ Computer Aided Drafting หรือ CAD ซึ่งเป็นกระบวนการที่สามารถทำได้โดยใช้ซอฟต์แวร์ที่มีอยู่มากมายในปัจจุบัน ฉันใช้ซอฟต์แวร์ Fusion 360 เพื่อออกแบบชิ้นส่วนที่ฉันต้องการ ผลิตสำหรับต้นแบบของฉัน ฉันออกแบบชิ้นส่วนทั้งหมดสำหรับโครงการนี้ก่อน แล้วจึงประกอบเข้าด้วยกันในสภาพแวดล้อมเสมือนจริงเพื่อลองและแก้ไขปัญหาก่อนที่จะเริ่มพิมพ์ชิ้นส่วน เมื่อฉันได้ประกอบ 3D ขั้นสุดท้ายแล้ว ฉันจึงย้าย ในการออกแบบระบบไฟฟ้าที่จำเป็นสำหรับต้นแบบนี้ ฉันต้องการให้ต้นแบบของฉันสามารถควบคุมผ่านแอพที่ออกแบบเองบนสมาร์ทโฟนของฉัน ในส่วนแรกของฉัน ฉันเลือกไมโครคอนโทรลเลอร์ Node MCU Node MCU เป็นไมโครคอนโทรลเลอร์ที่สร้างขึ้นจาก ESP8266 ยอดนิยม ชิป Wifi บอร์ดนี้ทำให้ฉันสามารถเชื่อมต่ออุปกรณ์อินพุตและเอาต์พุตภายนอกเข้ากับบอร์ดซึ่งสามารถควบคุมจากระยะไกลผ่านอินเทอร์เฟซ Wifi ได้ หลังจากพบตัวควบคุมหลักสำหรับการออกแบบของฉันแล้ว rts จำเป็นสำหรับระบบไฟฟ้า ในการจ่ายพลังงานให้กับเรือ ฉันเลือกแผงโซลาร์เซลล์ขนาด 18 โวลต์จำนวนสองแผงซึ่งต่อมาจะต่อสายแบบขนานเพื่อให้มีเอาต์พุตสิบแปดโวลต์พร้อมกับกระแสไฟของแผงโซลาร์เซลล์แต่ละตัวเป็นสองเท่าเนื่องจากการเดินสายแบบขนาน เอาต์พุตจากแผงโซลาร์เซลล์จะเข้าสู่ตัวควบคุมการชาร์จ อุปกรณ์นี้ใช้แรงดันไฟขาออกที่ผันผวนจากแผงโซลาร์เซลล์และปรับให้เรียบเพื่อให้ได้เอาต์พุตสิบสองโวลต์ที่คงที่มากขึ้น จากนั้นจะเข้าสู่ระบบการจัดการแบตเตอรี่หรือ BMS เพื่อชาร์จเซลล์ lipo จำนวน 6, 18650 เซลล์ที่ต่อสายด้วยเซลล์สามเซลล์สองชุดที่ต่อขนานกัน จากนั้นจึงต่อเป็นอนุกรม การกำหนดค่านี้รวมความจุ 4.2 โวลต์ของ 18650 เข้ากับชุดความจุ 12.6 โวลต์ที่มีสามเซลล์ โดยการเดินสายไฟอีกสามเซลล์ที่ตั้งค่าขนานกับชุดก่อนหน้า ความจุทั้งหมดจะเพิ่มเป็นสองเท่า ทำให้เรามีแบตเตอรี่ 12.6 โวลต์ที่มีความจุ 6, 500 mAh

ก้อนแบตเตอรี่นี้สามารถส่งออกสิบสองโวลต์สำหรับไฟส่องสว่างและมอเตอร์แบบไม่มีแปรงถ่าน ฉันใช้อินเวอร์เตอร์แบบสเต็ปดาวน์เพื่อสร้างเอาต์พุตห้าโวลต์สำหรับชุดอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์กำลังต่ำ จากนั้นฉันก็ใช้รีเลย์สามตัว ตัวหนึ่งเปิดและปิดไฟภายในรถ ตัวหนึ่งเปลี่ยนสีไฟภายนอก และอีกตัวสำหรับเปิดและปิดมอเตอร์แบบไม่มีแปรง สำหรับการวัดระยะทาง ฉันใช้เซ็นเซอร์อัลตราโซนิกสองตัว ตัวหนึ่งสำหรับด้านหน้าและอีกตัวสำหรับด้านหลัง เซ็นเซอร์แต่ละตัวจะส่งพัลส์อัลตราโซนิกออกมาและสามารถอ่านได้ว่าจะใช้เวลานานแค่ไหนในการกลับมาของพัลส์ จากนี้ เราสามารถหาว่าวัตถุอยู่ด้านหน้าเรือได้ไกลแค่ไหน โดยคำนวณความล่าช้าในสัญญาณย้อนกลับ ที่ด้านบนของเรือ ฉันมีโฟโตรีซีสเตอร์ 5 ตัวเพื่อกำหนดปริมาณแสงบนท้องฟ้า เซ็นเซอร์เหล่านี้เปลี่ยนความต้านทานตามปริมาณแสงที่มีอยู่ จากข้อมูลนี้ เราสามารถใช้โค้ดง่ายๆ เพื่อเฉลี่ยค่าทั้งหมด และเมื่อเซ็นเซอร์อ่านค่าเฉลี่ยของแสงน้อย ไฟภายในรถก็จะสว่างขึ้น หลังจากค้นหาว่าฉันจะใช้อุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ใด ฉันจึงเริ่มพิมพ์ 3 มิติจากชิ้นส่วนที่ออกแบบไว้ก่อนหน้านี้ ฉันพิมพ์ตัวเรือเป็นสามชิ้นเพื่อให้พอดีกับเครื่องพิมพ์หลักของฉัน ขณะที่กำลังพิมพ์ ฉันย้ายไปพิมพ์แผงโซลาร์เซลล์และเด็คบนเครื่องพิมพ์อีกเครื่องหนึ่ง แต่ละส่วนใช้เวลาพิมพ์ประมาณหนึ่งวัน ดังนั้นโดยรวมแล้วมีการพิมพ์ 3 มิติแบบตรงประมาณ 10 วันเพื่อให้ได้ชิ้นส่วนทั้งหมดที่ฉันต้องการ หลังจากพิมพ์เสร็จแล้ว ฉันก็ประกอบเป็นชิ้นเล็กชิ้นน้อย จากนั้นฉันก็ติดตั้งอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์เช่นแผงโซลาร์เซลล์และไฟ LED เมื่อติดตั้งอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์แล้ว ฉันก็ต่อสายทั้งหมดและประกอบชิ้นส่วนที่พิมพ์เสร็จแล้ว ต่อไป ฉันไปออกแบบขาตั้งสำหรับต้นแบบ ขาตั้งนี้ได้รับการออกแบบใน CAD และต่อมาก็ตัดไม้ MDF บนเครื่อง CNC ของฉัน เมื่อใช้ CNC ฉันสามารถตัดช่องที่จำเป็นบนแผงด้านหน้าเพื่อติดอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ของม่าน จากนั้นฉันก็ติดตั้งต้นแบบเข้ากับฐานและการประกอบทางกายภาพก็เสร็จสมบูรณ์ เมื่อประกอบต้นแบบเสร็จเรียบร้อยแล้ว ฉันก็เริ่มทำงานเกี่ยวกับโค้ดสำหรับ NodeMCU รหัสนี้ใช้เพื่อบอก NodeMCU ว่าส่วนใดเชื่อมต่อกับพินอินพุตและเอาต์พุต นอกจากนี้ยังบอกบอร์ดว่าต้องติดต่อเซิร์ฟเวอร์ใดและต้องเชื่อมต่อเครือข่าย Wifi ใด ด้วยรหัสนี้ ฉันจึงสามารถควบคุมบางส่วนของต้นแบบจากโทรศัพท์ของฉันโดยใช้แอปได้ ซึ่งคล้ายกับวิธีที่การออกแบบขั้นสุดท้ายจะสามารถติดต่อสถานีเทียบท่าหลักเพื่อรับพิกัดสำหรับการหยุดถัดไปได้ เช่นเดียวกับข้อมูลอื่นๆ เช่น เรือลำอื่นๆ อยู่ที่ไหน และสภาพอากาศที่คาดหวังในวันนั้น”

ขั้นตอนที่ 4: การประกอบ (ในที่สุด !!)

ตกลงตอนนี้เราอยู่ในส่วนที่ฉันชอบคือการชุมนุม ฉันชอบสร้างสิ่งต่าง ๆ ดังนั้นในที่สุดความสามารถในการประกอบชิ้นส่วนทั้งหมดเข้าด้วยกันและเห็นผลสุดท้ายทำให้ฉันตื่นเต้นมาก ฉันเริ่มต้นด้วยการรวมชิ้นส่วนที่พิมพ์ออกมาทั้งหมดและติดมันเข้าด้วยกัน จากนั้นฉันก็ติดตั้งอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ เช่น ไฟและแผงโซลาร์เซลล์ ณ จุดนี้ฉันรู้ว่าจะไม่มีทางที่ฉันจะใส่อุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ทั้งหมดของฉันในสิ่งนี้ได้ นั่นคือตอนที่ฉันมีความคิดที่จะ CNC ขาตั้งสำหรับเรือเพื่อให้ดูดีขึ้นเล็กน้อยรวมทั้งให้จุดที่จะซ่อนอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ทั้งหมด ฉันออกแบบขาตั้งใน CAD แล้วตัดออกบน Bobs CNC E3 ของฉันใน MDF ขนาด 13 มม. จากนั้นฉันก็ขันมันเข้าด้วยกันแล้วทาเคลือบสีดำให้มัน ตอนนี้ฉันมีจุดสำหรับเก็บอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ทั้งหมดของฉันแล้วฉันก็เดินสายไฟต่อไป ฉันต่อสายทุกอย่างและติดตั้ง Node MCU (ค่อนข้างจะเป็น Arduino Nano ที่มี WiFi ในตัว) และทำให้แน่ใจว่าทุกอย่างเปิดอยู่ หลังจากนั้นฉันก็ปิดชุดประกอบและต้องใช้เครื่องตัดเลเซอร์ของโรงเรียนเพื่อตัดราวกันตกด้วยการแกะสลักสุดเจ๋ง ขอบคุณอีกครั้ง Mr. Z! ตอนนี้เรามีต้นแบบทางกายภาพที่เสร็จแล้วก็ถึงเวลาเพิ่มเวทย์มนตร์ด้วยการเข้ารหัส

ขั้นตอนที่ 5: การเข้ารหัส (AKA ส่วนที่ยาก)

สำหรับการเข้ารหัสฉันใช้ Arduino IDE เพื่อเขียนโค้ดที่ค่อนข้างง่าย ฉันใช้ร่าง Blynk พื้นฐานเป็นผู้เริ่มต้น ดังนั้นฉันจะสามารถควบคุมบางส่วนจากแอป Blynk ได้ในภายหลัง ฉันดูวิดีโอ YouTube มากมายและอ่านฟอรัมมากมายเพื่อให้สิ่งนี้ทำงาน ในท้ายที่สุด ฉันไม่สามารถหาวิธีควบคุมมอเตอร์ไร้แปรงถ่านได้ แต่กลับทำทุกอย่างเพื่อทำงาน จากแอปนี้ คุณสามารถเปลี่ยนทิศทางของยานได้ ซึ่งจะเปลี่ยนสีของไฟ LED สีแดง/สีเขียว เปิด/ปิดไฟภายในรถ และรับฟีดข้อมูลสดจากเซ็นเซอร์อัลตราโซนิกตัวใดตัวหนึ่งที่ด้านหน้าของจอแสดงผล. ฉันหย่อนยานในส่วนนี้อย่างแน่นอนและไม่ได้ทำโค้ดเกือบเท่าที่ฉันต้องการ แต่มันก็ยังคงเป็นคุณสมบัติที่เรียบร้อย

ขั้นตอนที่ 6: ผลิตภัณฑ์ขั้นสุดท้าย

เสร็จแล้ว! ฉันได้ทุกอย่างมาประกอบและทำงานแทบไม่ทันก่อนวันงานวิทยาศาสตร์ (คนผัดวันประกันพรุ่ง) ฉันค่อนข้างภูมิใจกับผลงานชิ้นสุดท้ายและแทบรอไม่ไหวที่จะแบ่งปันกับกรรมการ ฉันไม่มีอะไรจะพูดมากที่นี่ ดังนั้นฉันจะปล่อยให้ฉันอธิบายให้ดีกว่านี้ นี่คือส่วนสรุปของรายงานการวิจัยของฉัน

“เมื่อสร้างเรือและสถานีเทียบท่าแล้ว การแก้ปัญหาก็กำลังดำเนินการ ทุกเช้าเรือจะเริ่มเส้นทางผ่านทางน้ำ บางลำอาจแล่นผ่านคลองในเมือง ในขณะที่บางลำเดินทางในดินแดนบึงหรือแนวมหาสมุทร ในขณะที่เรือลำนั้น กำลังผ่านเส้นทาง skimmer กรองจะลดลงเพื่อให้ตัวกรองเริ่มทำงาน skimmer จะนำสาหร่ายที่ลอยและเศษขยะเข้าไปในช่องกรอง เมื่อเข้าไปข้างใน น้ำจะไหลผ่านตัวกรองตาข่ายก่อนเพื่อขจัดขนาดใหญ่ อนุภาคและเศษผงจากน้ำ วัสดุที่ดึงออกมาจะถูกกักไว้ที่นั่นจนเต็มห้อง หลังจากที่น้ำผ่านตัวกรองแรกแล้ว ก็จะผ่านตัวกรองเมมเบรนที่ซึมผ่านได้ ตัวกรองนี้ใช้รูเล็กๆ ที่ซึมผ่านได้เท่านั้น น้ำที่ซึมผ่านได้ เหลือวัสดุที่ซึมผ่านไม่ได้ ตัวกรองนี้ใช้เพื่อแยกวัสดุปุ๋ยที่ซึมผ่านไม่ได้ออก เช่นเดียวกับสารอาหารส่วนเกินจากการเจริญเติบโตของสาหร่าย กรอง wate แล้วไหลออกทางท้ายเรือกลับลงสู่ทางน้ำที่เรือกำลังกรองอยู่

เมื่อเรือไปถึงสถานีเทียบท่าที่กำหนด เรือจะดึงเข้าเทียบท่า หลังจากเทียบท่าจนสุดแล้ว แขนทั้งสองข้างจะยึดเข้ากับด้านข้างของเรือเพื่อยึดให้เข้าที่ ถัดไป ท่อจะลอยขึ้นมาจากใต้ท้องเรือโดยอัตโนมัติและต่อเข้ากับพอร์ตกำจัดขยะแต่ละแห่ง เมื่อยึดได้อย่างปลอดภัยแล้ว ท่าเรือจะเปิดขึ้นและปั๊มจะเปิดขึ้น ดูดวัสดุที่รวบรวมออกจากเรือและเข้าไปในสถานีเทียบท่า ขณะที่ทั้งหมดนี้กำลังเกิดขึ้น ผู้โดยสารจะได้รับอนุญาตให้ขึ้นเรือและหาที่นั่งได้ เมื่อทุกคนขึ้นเครื่องและทิ้งถังขยะแล้ว เรือจะถูกปล่อยออกจากสถานีและจะเริ่มในเส้นทางอื่น หลังจากที่ของเสียถูกสูบเข้าไปในสถานีเทียบท่าแล้ว จะถูกร่อนอีกครั้งเพื่อกำจัดเศษขยะขนาดใหญ่ เช่น แท่งไม้หรือขยะ เศษขยะที่ถูกกำจัดออกจะถูกเก็บไว้ในภาชนะเพื่อการรีไซเคิลในภายหลัง สาหร่ายร่อนที่เหลือจะถูกนำไปที่สถานีเชื่อมต่อกลางเพื่อดำเนินการ เมื่อสถานีเทียบท่าขนาดเล็กแต่ละแห่งเติมที่เก็บสาหร่าย พนักงานจะมาขนส่งสาหร่ายไปยังสถานีหลัก ซึ่งจะถูกกลั่นเป็นไบโอดีเซล ไบโอดีเซลนี้เป็นแหล่งเชื้อเพลิงหมุนเวียน รวมทั้งเป็นวิธีที่สร้างผลกำไรในการรีไซเคิลสารอาหารที่สะสมไว้

ขณะที่เรือกรองน้ำอย่างต่อเนื่อง ปริมาณสารอาหารจะลดลง การลดปริมาณสารอาหารที่มากเกินไปนี้จะนำไปสู่การบานที่เล็กลงในแต่ละปี ในขณะที่ระดับสารอาหารลดลงอย่างต่อเนื่อง คุณภาพน้ำจะได้รับการตรวจสอบอย่างละเอียดเพื่อให้แน่ใจว่าสารอาหารยังคงอยู่ในระดับที่คงที่และดีต่อสุขภาพที่จำเป็นสำหรับสภาพแวดล้อมที่เจริญรุ่งเรือง ในช่วงฤดูหนาวที่ปุ๋ยน้ำไหลบ่าไม่มีศักยภาพเท่ากับฤดูใบไม้ผลิและฤดูร้อน เรือจะสามารถควบคุมปริมาณน้ำที่กรองเพื่อให้แน่ใจว่ามีสารอาหารในปริมาณที่เหมาะสมอยู่เสมอ ขณะที่เรือวิ่งผ่านเส้นทางต่างๆ จะมีการเก็บรวบรวมข้อมูลมากขึ้นเรื่อยๆ เพื่อระบุแหล่งที่มาของปุ๋ยที่ไหลบ่าอย่างมีประสิทธิภาพมากขึ้น และเวลาใดในการเตรียมตัวสำหรับระดับสารอาหารที่สูงขึ้น เมื่อใช้ข้อมูลนี้ คุณสามารถสร้างตารางเวลาที่มีประสิทธิภาพเพื่อเตรียมพร้อมสำหรับความผันผวนที่เกิดจากฤดูกาลทำนา"