Вода нужна была всем и всегда. А чем больше становится людей, тем больше нужно воды. Вопрос изменения климата и глобальной засухи уже не кажется проблемой далеких континентов: огненные торнадо на западе США, как и ежегодные пожары в южных областях России становятся привычными. При этом миллионы людей в странах третьего мира до сих пор не имеют доступа к водопроводу, а значит и возможности безопасно попить.

Израильская компания Watergen взяла на себя смелость решения этого вопроса технологически. Их проект собирает чистую питьевую воду буквально из влажности воздуха. Атмосфера – неограниченный, свободно доступный ресурс, который может стать незаменимым спасением от жажды для людей в самых отдаленных населенных пунктах.

Над технологией сбора и фильтрации GENius работала команда химиков, биологов, инженеров и физиков. Они объединили свой обширный опыт, чтобы сделать высококачественную питьевую воду доступной для всего мира.

В итоге получилась целая линейка генераторов воды: для городов, деревень, коммерческих центров, школ, больниц, офисов, жилых зданий, частных домов и прочего. 

система устройства аппарата

 Все модели работают по одному принципу: воздух фильтруется и собирается в резервуар, затем из него добывается вода. Она образуется в результате процесса конденсации, когда влажность воздуха, окружающего устройство, встречается с холодной поверхностью, и в этой точке взаимодействия влажность превращается в воду. Этот процесс происходит постоянно в течение дня, при этом вода фильтруется и собирается в резервуаре внутри устройства. В гаджет встроены два воздушных фильтра, два фильтра для воды, УФ-лампа и устройство для минерализации. Вода постоянно циркулирует внутри хранилища, чтобы оставаться насыщенной кислородом, свежей и вкусной. Всё что вам нужно – это розетка, стакан и немного терпения. 

Устройства Watergen в среднем производят 1 литр воды, потребляя всего 0,3 кВт.ч, в самых разных климатических условиях. Рабочая температура 15-40 ℃, а необходимая  относительная влажность ≥25%.

Уникальная в своем роде технология GENius разработана и запатентована в 2009 году, а уже с 2012 года Watergen активно внедряет свои продукты по всему миру.

установка GEN-M в ОАЭ

 Первая система установлена в Нью-Дели в 2017 году, тогда же самые крупные устройства компании были пожертвованы Американскому Красному Кресту и FEMA для оказания помощи в ликвидации последствий ураганов Харви и Ирма.

В 2018 системы GEN-M устанавливают в Азии и Латинской Америке; проект обеспечивает водой спортсменов и болельщиков во время Кубка мира и марафонов в России.

С 2019 года системы GEN-M работают в США, Африке, Азии и Европе. В том же году правительство Узбекистана подписало Меморандум о сотрудничестве с Watergen по борьбе с нехваткой воды. Аппарат компании установлен в Ташкентском национальном университете Узбекистана, выбран для оказания помощи чрезвычайным силам в Гватемале, внедрён в Национальную систему здравоохранения Камбоджи, а также работает в больницах для пострадавших на Палестинских территориях.

Результатом такого стремительного мирового признания стал следующий шаг устройств по добыче воды из воздуха – расширение линейки до разного литража и  полностью автономных уличных блоков на солнечных батареях GENNY.

портативный блок GENNY на солнечной батарее

 GENNY может производить до 30 литров пресной питьевой воды в день со средней скоростью 1 литр в час, в зависимости от климатических условий. Чем выше влажность и чем теплее погода, тем больше количество воды вырабатывается в день. Процесс производства начинается с минимальной температуры 20° и влажности 40%. Как только аппарат получает электричество, он мгновенно запускает извлечение влаги. Для работы Genny не требуется внешнего водопровода или водопроводных труб. 

Аппарат весит 80 кг, он может генерировать как холодную так и горячую воду. Задняя часть устройства оснащена двумя колесами, что позволяет пользователю легко маневрировать им. Все фильтры в GENNY необходимо менять каждые шесть месяцев. Фильтры поставляются в специальном комплекте. Вместе с заменой фильтров нужно регулярно дезинфицировать гаджет, это легко сделать с помощью специального приложения на телефоне. 

домашний блок GENNY

 Приложение позволяет удобно управлять режимом работы устройства и оптимизировать производство воды и уровень шума удаленно. После того, как устройство подключено к Wi-Fi, оно сможет считывать важные данные и передавать эти данные в облачную систему обслуживания Watergen. Эти данные включают в себя: наружную температуру, уровень влажности снаружи, количество воды, произведенной устройством за последние 24 часа, когда фильтры и ультрафиолетовое излучение необходимо заменить в следующий раз.

Очистка воздуха является дополнительным бонусом процесса производства воды, что отлично вписывается в формат домашнего или офисного использования. Воздух — более чистая платформа, чем почва. Производство воды из воздуха устраняет необходимость в откачке грунтовых вод и страхе загрязнения почвы. Таким образом, такая вода является более безопасным вариантом.

девочка в Узбекистане пьет из аппарата GENNY 

 Благодаря системе очистки воды, которая обрабатывает механические, химические и микробиологические загрязнения, а также системе фильтрации воздуха, которая удаляет частицы и пыль, качество воды, производимой GENNY, соответствует самым высоким стандартам. Это особенно верно по сравнению с другими системами фильтрации, которые подключены к муниципальным водопроводам, где существует риск накопления свинца и пыли в результате старения труб. 

Подобная технология – экономичное и экологически чистое решение для домашнего, общественного и офисного использования. Она создает новый неограниченный источник питьевой воды из влажности воздуха и сокращает использование пластиковых бутылок, тем самым уменьшая ущерб окружающей среде, а также необходимость в логистических процессах, хранении и транспортировке. Каждый подобный аппарат потенциально спасает тысячи живых существ на планете и  создает новую потребительскую реальность, не требующую в жертву здоровье людей и чистоту природы.

 

 

Перед вами впечатляющий ансамбль цвета, оптики и геометрии, способный загипнотизировать любого. Это оптическая иллюзия, обусловленная множеством зеркал и воплощённая в причудливой форме додекаэдра (двенадцатигранник). Несмотря на фантастический вид, она достаточно проста для самостоятельной сборки. Поэтому сегодня мы делимся с вами инструкцией этого сногсшибательного проекта на Arduino и светодиодах.

Необходимые материалы:

– Пластик для 3D-принтера (1 кг PETG, 1 кг PLA);

– Светодиодная лента 5 м, 144 светодиода/м, WS2812B;

– Блок питания 5В 30А 150 Вт;

– Одножильные провода 20WAG, красный и чёрный (2 м);

– Многожильный медный провод 0,5мм (2 м);

– Одножильный медный провод 0,6 мм;

– Зеркальный акриловый лист 2 мм;

– Arduino Mega или Arduino Uno;

– Винты под шестигранник M3x8 (100 шт.);

– Термоусадочные трубки;

– Супер-клей;

– 3-контактный разъём;

– Оплётка для проводов 5 мм.

Шаг 1: 3D-печать

Рис. 1 Элементы додекаэдра

Первым делом нужно изготовить элементы опорной конструкции, и 3D-печать – лучший способ достижения цели. Особенно при том, что все детали уже смоделированы и доступны для скачивания на нашем сайте (файлы в формате STL).   

Но не распечатывайте всё сразу. Сначала убедитесь, что модели совместимы с остальными элементами сборки. Если вы хотите использовать нестандартные светодиоды, то размеры рамки придётся изменить. Следите за тем, чтобы ширина светодиодной ленты была меньше, чем ширина стоек, а угол между двумя соседними гранями равнялся 116°.

В дальнейшем потребуется припаять ленты к раме, поэтому при печати используйте высокотемпературный пластик, такой как PETG. Его повышенная прочность послужит дополнительным бонусом, поскольку зеркала тяжёлые и нуждаются в хорошей опоре.

Цвет выбирайте на своё усмотрение, рама будет видна только внутри сборки. Для достижения визуального эффекта бесконечной глубины рекомендуется использовать чёрный.

Настройки каждого принтера индивидуальны и непредсказуемы, но общие рекомендации для печати есть:

– Высота слоя 0,2 мм;

– Периметры 3;

– Заполнение 15%;

– Без поддержек.

Для каркаса нужно напечатать 30 отдельных стоек (файл Strut). Три из них должны немного отличаться от остальных для создания входного угла (файл Strut Input).

Прочие детали, не являющиеся частью рамы, можно напечатать пластиком PLA, используя аналогичные настройки.

Шаг 2: Каркас

Для сборки вам потребуется сделать много маленьких штифтов из нити для 3D-принтера, длиной около 10 мм.

Сборку начните с тех самых трёх стоек входного угла. Вклейте по одному штифту в левое отверстие на одном конце каждой стойки (рис. 2).

Рис. 2 Штифты

При склеивании старайтесь сразу зафиксировать все три стойки в один угол, как на рисунке 3, иначе потом будет сложно закрепить остальные части.

Рис. 3 Углы между трёх граней

Соберите раму, добавляя к каждому образованному концу по две новых стойки до тех пор, пока конструкция не сложится в один большой додекаэдр. Не забывайте использовать штифты на склейках, это увеличивает прочность.

Рис. 4 Полусобранный додекаэдр

Шаг 3: Светодиоды и провода

На этом сложном этапе главное сохранять спокойствие и не торопиться. Если что-то не получается, лучше отойти в сторону, подышать и вернуться к работе позже, чем рисковать, взрывая светодиоды. Полосы могут выйти из строя одним мощным хлопком при неосторожном обращении с проводкой. Сохраняйте разум холодным и следуйте рекомендациям.

Для удобства изготовьте картонный макет, на котором можно нарисовать схему подключения и разводки проводов. Это поможет не запутаться в процессе. Для тех, кто не знаком с процессом пайки, у нас есть обучающее видео. 

Вот основные правила успешной коммутации:

1) Каждая положительная клемма подключена к двум другим положительным клеммам в общем узле

2) Каждая отрицательная клемма соединена с каждой отрицательной клеммой.

3) Линия данных представляет собой одну единственную змейку, которая проходит по определенной схеме по всему додекаэдру. Нужно следовать направлению светодиодных лент (у большинства есть направляющие стрелки).

Рис. 5 Пример схемы подключения

В силу физических и математических законов, додекаэдры являются «неевклидовыми»: в их гранях нет ни одного пути, который не пересекался бы с другим. Учитывая это, нужно «возвращаться» несколько раз в цикле данных, чтобы охватить все грани фигуры. Рама имеет небольшие встроенные туннели, которые можно использовать для прокладки «обратной» линии данных под светодиодной лентой (рис. 6). Вы можете распознать эти переходы на рисунке схемы.

Рис. 6

Используйте одножильный провод 20AWG для подачи питания. Разделите один его конец на три части и припаяйте к ним отрезки медной проволоки, закрыв термоусадочной трубкой. Полученные провода проденьте через входной угол конструкции, как на рисунке 7.

Рис. 7

Каждая грань додекаэдра состоит из 30 полосок по 17 светодиодов.

Для начала приклейте первые 6 полосок, начиная от входного угла, по пятиугольнику и дальше, не забывая о направлении потока данных. 

Пользуясь правилами, упомянутыми выше, начните паять. Периодически тестируйте работоспособность соединения, подключая силовой кабель к Arduino (после каждых 3-4 полосок).

Вот еще несколько советов:

– Не держите паяльник слишком близко к светодиодам, так как это может им навредить;

– Старайтесь не перегревать припой, это может привести к повреждению ленты или 3D-печатных деталей;

– Если припой не прилипает, поцарапайте поверхность меди ножом.

Шаг 4: Питание и микроконтроллер

Рис. 8 Коробка с блоком питания и Arduino Mega

Пришло время позаботиться о питании и управлении системы. Для удобства лучше сделать коробку и компактно разместить в ней блок питания, Arduino и несколько кнопок управления светом. Вы можете легко сделать это, используя предоставленные ранее STL-файлы для 3D-печати. 

Прикрутите блок питания к основанию коробки с помощью винтов и шестигранного ключа. Перед подключением проводов убедитесь, что у них есть специальная входная заглушка. 

Добавьте 3-контактный разъем и проденьте провода сквозь отверстие в боковой стенке коробки. Подключите одножильные провода (фаза, земля и нейтраль) к соответствующим клеммам на блоке питания. 

Если ваши светодиоды работают от напряжения 5 В, то можете подключить Arduino непосредственно к источнику питания; если же вы используете ленту на 12 В, вам понадобится преобразователь, чтобы получить желаемое напряжение 5 В.

Добавьте в сборку дополнительные элементы управления, чтобы творить цветомузыку было удобно. Например, на рисунке 9 изображены кнопки, переключающие режимы узора и цвета, и потенциометры, регулирующие яркость, насыщенность и скорость. Широту интерфейса определяйте на своё усмотрение.

Рис. 9 Кнопки и потенциометры

Шаг 5: Программирование

Здесь всё просто: для программирования светодиодов скачивайте исходный код (Файл INO) и отправляйтесь прямиком в среду разработки Arduino IDE. 

Установите библиотеку FastLED и вперёд – экспериментировать!

Рис. 10 Так выглядит додекаэдр без зеркал

Шаг 6: Зеркала

Сборка уже радует глаз, но для эффекта оптической иллюзии ей не хватает зеркал. Приложим ещё немного усилий и добавим отражающие элементы.

Сначала нужно вырезать необходимые формы из акрилового стекла. Очень важно на этом этапе не снимать защитную пленку: акрил легко царапается, велика вероятность испортить поверхность. 

Распечатайте трафарет (там же, в STL-файлах), маркером нарисуйте 12 пятиугольников и вырежьте их с помощью лобзика. (рис. 11, 12 и 13).

Рис. 11 3D-печатный трафарет

Рис. 12 Процесс резки акрила

Рис. 13 Зеркала-пятиугольники

Наконец, установите зеркала в раму додекаэдра, тщательно протерев их перед этим. Следите, чтобы в помещении не было пыли.

Начинайте установку с вершины, где вход питания, потом переходите к трём соседним граням и дальше, пока не заполните все поверхности додекаэдра зеркалами. Обратите внимание, что отражающие стороны акрила должны быть обращены внутрь. 

В завершении поставьте додекаэдр на подставку и включите питание. Всё готово! Мерцающая бесконечность перед вами, смотрите и расслабляйтесь. 

Может, вам уже доводилось мастерить что-то со светодиодами и оптическими фокусами? Делитесь своими проектами с нами, всегда рады наблюдать за творчеством единомышленников.

Вдохновения и успехов!

 

Если вы большой поклонник социальных сетей и просмотра фильмов в дороге, то наверняка сталкиваетесь с быстрой разрядкой аккумулятора смартфона. Обычно в этой ситуации спасает портативный аккумулятор, но как быть, если и его запас исчерпан, а вы так и не узнали, выжил ли ваш любимый герой в последней серии?

В этой инструкции мы расскажем, как собрать своими руками power bank, который сможет заряжаться от солнца. Такое устройство удобно взять в поход, где нет электричества.

Материалы:

• Солнечная батарея 5В/200мА;
• Литий-ионный аккумулятор 3,7 В 2200 мАч;
• Модуль зарядки и питания IP5306;
• Кулисный переключатель;
• Светодиод 10 мм;
• Разъём питания DC;
• Корпус и крышка, напечатанные на 3D-принтере.

Шаг 1: как работает солнечная батарея?

Рисунок 1: солнечные батареи

Солнечные батареи-панели — кластер фотоэлектрических элементов, которые преобразуют солнечную энергию в электричество. Каждый из них может выдавать напряжение от 0,4 В до 1 В, в зависимости от типа.

Фотоэлектрические элементы зажаты между слоями полупроводниковых материалов, таких как кремний. Каждый имеет свойства, которые активируются при попадании фотонов солнечного света и создают электрическое поле.

Чтобы получить необходимые нам 5 В, эти элементы должны соединяться сначала последовательно, а затем параллельно, для получения номинального тока.

В проекте мы будем использовать солнечную батарею из PCBWAY. В неё входят 10 элементов, соединенных последовательно. Каждый из них может выдавать 0,5 В, поэтому две линии будут производить 5В 200мА.

Шаг 2: как использовать модуль зарядки и питания IP5306?

Рисунок 2. Модуль зарядки и питания IP5306

Модуль зарядки и питания — схема, которая выдаёт повышенное напряжение. Оно усиливается встроенным индуктором, полупроводниковым переключателем, конденсатором и диодом. Модуль зарядки и питания необходим для того чтобы подать на устройство 5 В, вместо 3,3 В с источника.

IP5306 — полностью интегрированное многофункциональное управление питанием. Литий-ионные элементы опасны при перезарядке, поэтому обычно используется модуль BMS для отключения его напряжения. У IP5306 есть эта функция, поэтому нам не понадобится другая защита батареи.

Шаг 3: подключение по схеме

Рисунок 3. Схема подключения. Слева направо: солнечная батарея, модуль зарядки и питания, USB-вход.

Для подключения батарей и модуля вам понадобится схема, изображённая на рисунке 3. Подключите положительный и отрицательный контакты солнечной батареи к соответствующим контактам порта Micro USB. Он будет подавать напряжение в систему для зарядки. Затем подключаем литий-ионный аккумулятор к назначенным ему контактам.

Рисунок 4. Тестирование работоспособности устройства.

Рекомендуем вынести эту установку на солнце для проверки напряжения и текущего состояния всей системы. Для начала проверьте напряжение с помощью вольтметра (норма: от 4,5 до 5 В). 

Если батарея заряжается, светодиод IP5306 LED начнёт мигать. После измерения напряжения переходим к силе тока: её диапазон от 200 мА до 100 мА. Мощность всего модуля составляет около 0,6 Втч (4,5 В x 0,147 А).

После проверки работоспособности солнечной батареи мы переходим к окончательной сборке устройства с 3D-печатным корпусом.

Шаг 5: 3D-печать деталей

Рисунок 5. Сборка корпуса устройства.

В прямоугольном корпусе с одной стороны будет располагаться солнечная батарея, а с другой — вся основная электроника. Модель была создана в программе fusion360, но вы можете поэкспериментировать с имеющимися файлами и сделать индивидуальный проект. Шаблоны можно скачать по следующим ссылкам:

Корпус - https://content.instructables.com/ORIG/FQ3/YBES/L2DB22OS/FQ3YBESL2DB22OS._3mf

Крышка - https://content.instructables.com/ORIG/F01/IIX2/L2DB22OT/F01IIX2L2DB22OT._3mf

Рекомендации для печати:

• Диаметр сопла: 0,8 мм;
• Заполнение: 20%;
• Высота слоя: 0,3мм;

Если у вас нет 3D-принтера, вы можете воспользоваться услугой 3D-печати в вашем городе.

После завершения печати возьмите корпус и приклейте солнечную батарею к его наружной части. Нанесите термоклей и дайте ему высохнуть в течение нескольких минут.

Шаг 6: сборка корпуса

Рисунок 6. Присоединение литий-ионной батареи к корпусу устройства.

Нанесите небольшое количество термоклея на внутреннюю часть корпуса, в специально отведённый лоток (смотрите рисунок 6). Приклейте литий-ионную батарею и подержите ее пальцами 1-2 минуты, чтобы она хорошо зафиксировалась и не гремела во время эксплуатации.

Рисунок 7. Присоединение модуля зарядки и питания

Тем же способом приклейте к детали модуль зарядки и питания IP5306 (изображение 7).

Рисунок 8. Сборка светодиода.

Проденьте светодиод в специально отведенное отверстие и зафиксируйте его с помощью клея (изображение 8). Отогните ножки так, чтобы они не мешали дальнейшей сборке.

Рисунок 9. Фиксация кулисного переключателя.

Осторожным нажатием закрепите кулисный переключатель. Надавите на него, чтобы продеть до конца и избежать вылетания в процессе использования.

Рисунок 10. Добавляем разъем DC Barrel

Добавьте разъём DC Barrel. Подключите его параллельно выходу солнечной батареи. С помощью него мы сможем запитать внешнюю панель с этой установкой.

 

Рисунок 11. Выполняем соединения по схеме.

Рисунок 12. Последние подключения.

На рисунках 11 и 12 показаны соединения, которые были обозначены на схеме подключения (изображение 3). Ориентируйтесь на нее, чтобы завершить работу с электроникой.

Рисунок 13. Сборка корпуса

С помощью крепёжных винтов и отвёртки закрепите крышку вашего портативного аккумулятора. Проверьте, не катаются ли элементы подключения внутри коробки.

Шаг 7: использование

Рисунок 14. Использование Solar bank

Портативный источник питания 5 В на солнечной энергии, который способен запускать основные проекты Arduino, готов.

Подключите к нему любой USB-порт и запитайте устройство. Оно сможет зарядить смартфон до 2200 мАч. Вы можете использовать для его зарядки как солнце, так и встроенный порт micro USB.

Отправляйтесь на отдых и не бойтесь, что ваш телефон разрядится в самый неподходящий момент! Теперь вы сможете обеспечить компанию отличной музыкой и незабываемыми фотографиями. А как бы вы модернизировали этот проект? Расскажите об этом в нашей группе ВКонтакте.

Доводилось ли вам терять своего домашнего питомца? По статистике, 85% жителей России хотя бы один раз сталкивались с потерей кошек и собак, и лишь у 40% розыск завершился хорошими новостями. Многие хозяева положительно относятся к самовыгулу любимцев, а кто-то покидает квартиру лишь с надёжным поводком, но можете ли вы быть до конца уверены в том, что вам не придётся заниматься поиском животного? Собаки и кошки боятся громких звуков: удержите ли вы поводок, если ваш алабай в страхе помчится в неизвестном направлении?

Для обеспокоенных хозяев, а также тех, кто мечтает узнать, где их питомцы проводят время в течение прогулки, был разработан проект GPS-трекера. Он крепится к ошейнику и позволяет отслеживать места, которые посетил ваш питомец за целый день. Мы расскажем, как сделать его своими руками!

Материалы:

• Базовый комплект TinyDuino (ASK1001-R-P1): процессорная плата, USB-программатор TinyShield, печатная плата и крепёжные винты;
• GPS TinyShield (ASD2501-R) от TinyCircuits;
• Адаптер microSD TinyShield (ASD2201-R);
• Аккумулятор, литий-ионный полимер, 3,7 В, 150 мАч;
• Зарядное устройство для литий-ионных аккумуляторов;
• Контактный удлинитель для JST-PH;
• Карта microSD на 1 ГБ или более;
• Кошачий/собачий ошейник, желательно плоский и не слишком толстый, чтобы он мог пройти через коробку Tic Tac; 
• Коробка Tic Tac стандартного размера;
• Инструменты для зачистки проводов;
• Паяльник и припой;
• Канцелярский нож;
• Компьютер с программным обеспечением Arduino IDE (бесплатная загрузка с arduino.cc) и Google Earth (бесплатная загрузка с google.com/earth)
• Устройство чтения SD-карт;
• Кабель микро-USB.

Шаг 1: Сборка электроники

Рисунок 1. Пайка контактного удлинителя к плате.

Чтобы упростить подключение и отключение аккумулятора, отрежьте контактный удлинитель до 2,5 см и припаяйте его к TinyDuino, как показано на рисунке 1. Не забудьте оставить на кабеле гнездовую часть разъёма. Зачистите каждый проводок примерно на 0,5 см.

Рисунок 2. Подключение платы.

Припаяйте красный провод этого кабеля к «+» на TinyDuino, а чёрный к «–». Используйте кусачки, чтобы отрезать лишнюю проволоку. Подключите microSD TinyShield к TinyDuino. Затем присоедините GPS-TinyShield к microSD TinyShield.

Скрепите платы вместе с помощью монтажных винтов: поместите пластиковые стойки между платами в местах отверстий, затем вставьте крепежи. Вручную затяните гайки и обрежьте концы винтов, чтобы они не торчали.

Вы можете добавить GPS-модуль, с помощью которого данные будут передаваться на ваш ПК в режиме реального времени. Советуем выбрать миниатюрную модель, которая поместится в корпус.

Шаг 2: Тестируем электронику

Рисунок 3. Стопка плат

Используйте компьютер для форматирования карты microSD. Вставьте её в адаптер microSD TinyShield, а USB TinyShield из базового комплекта в верхнюю часть стопки плат (смотрите рисунок 3). Подключите USB TinyShield к компьютеру с помощью USB-кабеля.

Загрузите скетч TinyDuino GPS Data Logger в TinyDuino с помощью Arduino IDE. Затем откройте Serial Monitor. Вы должны увидеть данные модуля GPS (в формате NMEA), которые сразу появятся в окне. В библиотеке Arduino SoftwareSerial (в разделе ArduinolibrariesSoftwareSerial) есть файл SoftwareSerial.h, который требует незначительной доработки: замените содержимое Software Serial файлами из этого ZIP-файла.

Если всплывают сообщения о проблемах с записью на SD-карту, убедитесь, что она правильно установлена ​​и отформатирована. Светодиод на процессоре TinyDuino будет мигать каждый раз, когда записывает данные на карту. После выполнения инструкций отсоедините все кабели.

Шаг 3: корпус

Рисунок 4. Сборка корпуса из пачки Tic tac

Опустошите стандартную коробку от Tic Tac, затем срежьте этикетку канцелярским ножом, чтобы освободить верхнюю крышку. Снимите её. Теперь обрежьте коробку до нужного размера: отмерьте 2 см от дна корпуса и удалите все лишнее.

Сделайте небольшие прорези по бокам, рядом со стенками, и проденьте через них манжету ошейника, как показано на рисунке 5.

Рисунок 5. Сборка устройства

Убедитесь, что аккумулятор полностью заряжен. Если это не так, воспользуйтесь литий-ионным зарядным устройством. Вставьте карту microSD в адаптер microSD TinyShield. Подключите батарею к системе: светодиод на плате процессора TinyDuino должен начать мигать раз в секунду. Это указывает на то, что данные GPS записываются на microSD.

Поместите электронику и аккумулятор в корпус Tic Tac и наденьте крышку. Платы TinyDuino должны расположиться рядом с аккумулятором (изображение 5). Небольшой прямоугольный компонент в правом верхнем углу GPS TinyShield — это антенна.

Шаг 4: использование

Рисунок 6. Размещение трекера

Чтобы ошейник не мешал животному передвигаться, расположите его на шее так, чтобы трекер был сзади, а антенну GPS направьте ​​вверх. Старайтесь держать подальше от нее любые металлические предметы, так как это повлияет на приём GPS. 

Когда питомец вернётся с прогулки, снимите ошейник, отсоедините аккумулятор и карту памяти microSD. Вставьте её в компьютер, выберите файл с именем gps.nmea. Если на вашем ПК нет устройства для чтения SD-карт, вы можете загрузить скетч Arduino, который позволит вам получить файл через порт USB.

Существует ряд бесплатных программ, которые могут читать файл .nmea. Одна из лучших — Google Earth. Для использования откройте её на своём компьютере и выберите Инструменты —> GPS. В разделе «Устройство» кликните «Импорт из файла». Убедитесь, что в разделах импорта и вывода выбраны все параметры. Нажмите «Импорт» и выберите файл gps.nmea. Затем Google отобразит данные в виде «трека», который позволит вам увидеть все временные метки.

Готово! Теперь вы владеете всей информацией о перемещениях своего любимца и в случае его потери, будете знать, откуда начать поиски. Не стесняйтесь экспериментировать и добавлять новые компоненты в проект. Делитесь своими идеями с нами в группе ВКонтакте.

Апгрейд классической настольной игры – то, что нужно в эпоху массовой цифровизации. Несмотря на растущую популярность игровых онлайн-площадок и электронных приложений, многие шахматисты по-прежнему крепко держатся за аутентичность живой игры с реальными фигурами. Им не всегда удаётся встретиться с единомышленниками, многие говорят, что найти подходящего соперника невообразимо трудно.

Но у DIY- культуры нашлось своеобразное решение проблемы – умные автоматизированные шахматы. Они совмещают натуралистичность деревянных фигур и практичность цифровых программ.

Умные шахматы – это игрок, который всегда готов появиться по ту сторону доски и сыграть за чёрных. Он не только мыслит как человек, но ещё и фигуры сам передвигает, оставаясь совершенно невидимым и беззвучным. Что это: магия поттерианы или запрещённые технологии? 

На деле, это всего лишь скрытый подвижный механизм на осях XY под управлением знаменитой платы Arduino. 

Сегодня мы делимся с вами руководством по сборке умных шахмат.

Список деталей:

– Линейные рельсы с V-образным пазом 20x20 (5 шт. различной длины – 315 мм, 350 мм, 395 мм и 2 шт. по 345 мм);

– Угловые кронштейны 90 градусов (10 шт.);

– Шкив GT2-20, отверстие 5 мм (2 шт.);

– Шкив GT2 (8 шт.);

– Ремень GT2 3,5 м;

– Arduino Nano;

– Шаговый двигатель Nema 17, 200 шагов/об, 12V 350mA (2 шт.);

– Драйвер шагового двигателя A4988 (2 шт.);

– LCD модуль;

– Аркадные кнопки 23,5 мм (2 шт.);

– Электромагнит с удерживающей силой 5 кг;

– Диод 1N4001;

– Силовой транзистор TIP 120;

– Концевой микропереключатель с роликом (2 шт.);

– Герконовый переключатель 14,5 мм (64 шт.);

– Резистор 1 кОм;

– Мультиплексор CD74HC4067 (4 шт.);

– Клеммная колодка DC Jack;

– Межплатные соединители (штыри однорядные);

– Винтовые клеммы (10 шт.);

– Макетная плата 50 x 100 мм (3 шт.);

– Разъём HE10 (4 шт.);

– Ленточный кабель (8 шт.);

– Набор деревянных шахматных фигур;

– Наклейка «шахматная доска», клетки 37 x 37 мм;

– Магниты 8 x 3 мм (32 шт.);

– Стенки коробки из пенокартона – 462 x 462 x 5 мм; 462 x 462 x 10 мм; 462 x 80 x 10 мм (2 шт.); 442 x 80 x 10 мм (2 шт.);

– Колёса для V-образных рельсов (8 шт.);

– Алюминиевые распорки 5 х 6 мм (4 шт.);

– Эксцентриковые распорки для колёс (4 шт.);

– Наборы гаек, болтов, винтов, шайб и шестигранников;

– Опорные 3D-детали (файлы для печати в Приложении).

Рис. 1. Здесь видны рельсы, двигатели, электромагнит и различные детали для крепления – будущая система XY

Рис. 2. Электроника

Шаг 1: Электромагнитная тележка на осях X и Y

Рис. 3. То, что скрыто внутри

Заставить фигуры волшебным образом перемещаться можно силой магнитов. Представьте систему, в которой скрытый механизм перемещается под шахматной доской, генерируя магнитное поле. Все фигуры обладают собственными магнитами, поэтому подвижный механизм (электромагнитная тележка) может создавать связь с ними и плавно двигать по полю одной клетки к другой.

Рис. 4. Оси XY, электромагнитная тележка (Trolley) и два шаговых двигателя (Motor A и B)

Электромагнит создает поле лишь под воздействием электрического тока, и в этом его преимущество: тележка может спокойно перемещаться в пространстве, не утягивая за собой всех подряд. Напряжение подаётся на неё скоординированно и позволяет установить магнитное притяжение только для одной фигуры.

Переключать подачу питания легко с силовым транзистором TIP 120, управляя им прямо с Arduino.

Рис. 5. Получая напряжение на базу (B), транзистор позволяет току идти через коллектор (C) на эмиттер (E)

За передвижение тележки отвечают шаговые двигатели, рельсы, колёса и ремни. На рисунках ниже представлены возможные варианты перемещений тележки в соответствии с работой двигателей:

Рис. 6

Рис. 7

– если вращается только один двигатель, возникает диагональное смещение тележки, как на рис. 6;

– при вращении двух двигателей в одном направлении производится горизонтальное смещение (рис. 7, справа);

– если двигатели вращаются в противоположных направлениях, тележка движется по вертикали.

Рис. 8. Перемещение по оси X с помощью боковых колёс

Рис. 9. Перемещение по оси Y с помощью колёс тележки

Для гладкого беспрепятственного скольжения очень важна контактная сила и пространство между колёсами и рельсами. Если его слишком мало, скольжение будет тугим, если слишком много – неточным. Получить хорошую контактную силу только за счёт конструкции нельзя, должна быть система настройки. Эксцентриковые распорки нужны именно для этого: поворачивая их в разные стороны, можно увеличить или уменьшить зазор рядом с колесом, и тем самым добиться наилучшего скольжения.

Рис. 10 Распорки в конструкции тележки

Последовательность действий (рис. 11):

1) Соберите тележку.

2) Установите её на рельс и отрегулируйте зазоры трения с помощью эксцентриковых распорок. Соберите и добавьте две опоры для шкивов на каждом конце рельса.

3) Соберите основную раму из четырёх внешних рельсов.

4) Соберите опоры шкивов.

5) Установите рельс тележки на основную раму, сделайте фрикционные зазоры и добавьте опоры шкивов.

6) Установите шаговые двигатели.

7) Добавьте ремни и отрегулируйте их длину так, чтобы обеспечить хорошее движение двигателей.

Рис. 11 Поэтапная сборка тележки и рельсов

Шаг 2: Шахматы и коробка

Рис. 12 Подготовка деталей

Здесь шахматная доска – не просто поле боя. Она оснащена системой магнитных датчиков и может безошибочно определять положение фигур.

Под каждой клеткой располагается герконовый переключатель. Когда фигура занимает позицию, её магнит активирует датчик геркона, расположенного прямо под ней. Система сравнивает активированные датчики до и после хода, определяя таким образом изменения на доске.

Рис. 13 Так должна выглядеть внутренняя сторона доски

Аркадные кнопки и экранный модуль нужны для удобства интерфейса. С их помощью можно устанавливать режимы игры, указывать неразрешённые ходы и управлять временем обратного отсчёта.  

Последовательность действий (рис. 14):

1) Наклейте «шахматную доску» на основную поверхность и сделайте отверстия для кнопок и экрана.

2) С обратной стороны начертите точно такую же доску. Проследите, чтобы её положение полностью совпадало с положением первой доски, буквально клетка в клетку. 

3) Закрепите все герконы на обратной стороне, каждый по центру клетки. Затем соедините их в комплекты по 8 шт., используя ленточный кабель. Должно получиться 8 широких лент.

Рис. 14

4) Закрепите ленты на доске с помощью клея, затем установите кнопки и экран.

5) Завершите монтаж проводов.

6) Удалите войлок в основании фигур и закрепите магниты с опорами на том месте (рис. 15)

Рис. 15

Теперь пришло время собрать коробку. Она понадобится, чтобы спрятать механизмы, добавить эстетики и зафиксировать расстояние между электромагнитом и плоскостью шахматной доски.

Рис. 16

Ориентируйтесь по рисунку 16, чтобы обеспечить хорошее взаимодействие магнитных полей.

Части пенокартона склейте вместе и в одной из стенок просверлите отверстие для подключения разъема питания.

Рис. 17

Шаг 3: Электроника

Рис. 18

1) Разложите перед собой макетные платы.

2) Установите штыревые разъёмы и винтовые клеммы.

3) Приклейте макетные платы к специальным опорам. Спаяйте все выводы, разъёмы и провода, используя схему подключения на рис. 19.

4) Установите печатные платы, соединяя все устройства между собой так, как это показано на рис. 19.

Рис. 19 Схема подключения устройств

– Шаговые двигатели подключите к драйверам A4988

– Аркадные кнопки и концевые выключатели подсоедините к Arduino, используя внутренние подтягивающие резисторы

– Силовой транзистор используйте как переключатель для управления электромагнитом тележки, а диод свободного хода – для защиты Arduino от разрядного тока.

– Экран можно подключить к Arduino через I2C связь, тем самым снизив количество используемых контактов. Линия SCL идёт к пину A5, а линия SDA – к пину A4.

– Подключить 64 геркона напрямую к Arduino не получится, контактов не хватит. Поэтому используйте мультиплексоры, подключая герконы к их канальным выводам C0 – C15. 

Шаг 4: Аппаратно-программное обеспечение

Теперь, чтобы вдохнуть жизнь в сборку, необходимо заняться программированием. В приложении есть исходный код на языке Arduino, но для его использования нужно установить две библиотеки: 

– Wire.h

– LiquidCrystal_I2C.h

Шахматная программа Micro Max с открытым исходным кодом станет для вас тем самым невидимым игроком напротив. В её основе лежат универсальные алгоритмы Minimax и Alpha-Beta. Первый работает как мозг человека: анализирует возможные ходы и составляет разветвлённое дерево решений. Но в чистом виде не является удобным: анализ бесчисленных возможностей шахматной партии требует серьёзных вычислительных мощностей. Arduino, при всех своих достоинствах, не может обеспечить этого.

Рис. 20 Разветвлённая структура принятия решений

К счастью, алгоритм Alpha-Beta трудится над тем, чтобы обрезать лишнее. Он оценивает начальные варианты и выбирает только одну ветку, отсекая остальные. Быстрый анализ и отсечение он делает при каждом новом ответвлении и, в итоге, приходит к конечному результату максимально прямым путём, без лишних сбоев и перегрузок.

Не забывайте, что в ваших силах создать собственный ИИ или расширить Micro Max дополнительными функциями: шахматы с человеком удалённо, игра в "пьяницу" с ПК, режим тренировки в шотландском дебюте. Может, вы уже определились, с чего начать? Или даже задумались об апгрейдах умных шахмат? Напишите нам, будем рады вашему мнению.

Удачи в начинаниях!

 

Приложения:

1) Файлы для 3D-печати

2) Исходный код