IlluMOONation – inteligentny model oświetlenia: 7 kroków

2024 Autor: John Day | [email protected]. Ostatnio zmodyfikowany: 2024-01-30 11:27

Czy kiedykolwiek spojrzałeś na nocne niebo i nie byłeś w stanie zobaczyć żadnych gwiazd?

Miliony dzieci na całym świecie nigdy nie doświadczą Drogi Mlecznej tam, gdzie żyją, ze względu na coraz powszechniejsze stosowanie sztucznego światła w nocy, które nie tylko pogarsza nasz widok na wszechświat, ale także negatywnie wpływa na nasze środowisko, bezpieczeństwo, zużycie energii i zdrowie.

Przez trzy miliardy lat życie na Ziemi istniało w rytmie światła i ciemności, który powstał wyłącznie dzięki oświetleniu Słońca, Księżyca i gwiazd. Teraz sztuczne światła obezwładniają ciemność, a nasze miasta świecą nocą, zakłócając naturalny schemat dnia i nocy i zmieniając delikatną równowagę naszego środowiska. Jednym z gatunków szczególnie dotkniętych tym zjawiskiem są żółwie morskie.

Kiedy rodzą się żółwie morskie, patrzą na księżyc jako źródło światła, które prowadzi je do oceanu dla bezpieczeństwa. Ale w dzisiejszych czasach uliczne latarnie przy plażach stały się tak jasne, że małe żółwie często podążają za nimi na ulice, umierając z powodu odwodnienia, drapieżników lub przejechanych przez pojazdy na drodze. Inne zwierzęta nocne również są krzywdzone przez te jaskrawe światła, choć nie w takim stopniu jak żółwie. Zwiększone użycie tych chłodnych świateł w nocy może spowodować, że odbiegną one od normalnego rytmu dobowego i zrównoważą swoją funkcję biologiczną, czasami nawet do poziomu śmierci.

W przypadku ludzi niebieskie światło wpływa na nasz poziom melatoniny, prowadząc do mniejszej ilości snu i wielu innych problemów, które się z tym wiążą. Badania sugerują, że sztuczne światło w nocy może zwiększać ryzyko otyłości, depresji, zaburzeń snu, cukrzycy, raka piersi i nie tylko.

Jeśli doczytałeś tak daleko, możesz zapytać, co możemy zrobić, aby pomóc? Cóż, po prostu wyłączanie światła, gdy nie jest potrzebne, i zmiana koloru światła na czerwony i żółty to dobry początek. Potrzebujemy jednak systemu, który można wdrożyć w miastach na całym świecie, aby naprawdę wywrzeć wpływ i odwrócić niszczycielskie żniwo, jakie zanieczyszczenie światłem zebrało na naszej Ziemi.

W SEAside Lighting Co. opracowaliśmy idealne rozwiązanie. Przedstawiamy Państwu: illuMOONation - nasz autorski Inteligentny System Oświetlenia składający się z ekologicznych lamp ulicznych wykonanych z podstawowych czujników i diod LED. illuMOONation to nie tylko obiekt aktywowany i kontrolowany przez środowisko, ale także coś, co możesz zrobić w domu! Zaintrygowany? Cóż, czytaj dalej, aby dowiedzieć się, jak stworzyć własną wersję tego inteligentnego modelu oświetlenia… i może pewnego dnia sprawić, że stanie się to rzeczywistością na pełną skalę!

Kluczowe cechy:

• Ruchome światła - czujnik ultradźwiękowy wykrywa, gdzie znajduje się obiekt i włącza odpowiednie światło, podczas gdy reszta pozostaje wyłączona
• Jednostronne - od strony oceanu i skierowane z dala od plaży, aby zwierzęta, które przychodzą na brzeg w nocy, nie były rozpraszane przez odblaski, a jednocześnie zapewniają pełne pokrycie ulicy dla pojazdów i pieszych
• Światła w tonacji czerwonej – Zwierzęta nocne mają zwiększoną zdolność widzenia fal o krótszych długościach, więc cieplejsze odcienie nie wpływają na nie tak bardzo, co jest lepsze dla ludzi ze względu na szkodliwy wpływ niebieskiego światła w nocy, o którym mowa powyżej.
• Ekranowanie odblaskowe i kąt w dół - światło jest kierowane za pomocą materiału odblaskowego wewnątrz modułu ekranującego i jest skierowane w dół, dzięki czemu obejmuje większy obszar bez zwiększania rozpraszania światła
• Tryb jasny/ciemny - światła i czujniki, które nie są potrzebne, są wyłączane, gdy jest jasno, aby oszczędzać energię
• Reagujący na warunki pogodowe - Wykonuje odczyty temperatury i wilgotności oraz zmniejsza intensywność, gdy jest bardziej podatny na rozproszenie światła
• Przyjazny dla środowiska - inteligentny system energetyczny wykorzystujący panel słoneczny do ładowania akumulatora łatwo dostępnym światłem słonecznym w celu ograniczenia dodawania paliw kopalnych do atmosfery
• Centralny wyświetlacz - ekran OLED pokazuje wartości czujników i tryb systemu oświetlenia, bardziej dostępny zarówno dla zwykłego użytkownika, jak i administratorów
• Rejestrowanie danych - dane z czujnika są przechowywane na karcie SD, dzięki czemu można je analizować w celu dalszej poprawy modelu i kalibracji do środowiska

Kieszonkowe dzieci

Struktura -

• 2 płyty piankowe 11 "x 14"
• 2 patyczki do lodów
• 6 "x 6" kwadrat folii aluminiowej
• 3 zielone czyściki do fajek
• 1 pręt na kołki (średnica 1/2")
• 3 szerokie słomki
• Piasek
• Papier budowlany w kolorze żółtym, zielonym, niebieskim, brązowym i czarnym

Elektronika -

• 3 diody LED RGB
• Czujnik ultradźwiękowy
• Czujnik temperatury/wilgotności DHT
• Fotorezystor (zestaw Snap Circuits lub z zestawu Arduino)
• Mini panel słoneczny
• Mini wyświetlacz OLED
• Czytnik kart Micro SD
• Karta micro sd
• 2 Arduino
• 2 złącza zasilania DC do 9 V
• 2 baterie 9 V
• Deska do krojenia chleba
• Rezystor 100 kΩ
• 6 rezystorów 100 Ohm
• Prostownik diodowy
• Arduino IDE (zainstalowany do uruchamiania kodu)
• Przewody zaciskane krokodylkowo-męskie, męsko-żeńskie i męsko-męskie

(Kliknij, aby TUTAJ kupić zestaw startowy Arduino UNO z czujnikami, przewodami itp.)

Ekwipunek -

• Pistolet na gorący klej
• Nóż X-Acto
• Nożyce
• Klej w sztyfcie
• Płynny klej
• Pędzel
• Nożyce do drutu

Krok 1: Zbuduj środowisko

1. Weź płyty piankowe i sklej je na gorąco, aby dłuższe boki były wyrównane ze sobą, aby stworzyć większą podstawę dla swojego modelu.
2. Przełam patyczki do lodów na pół i przyklej je na gorąco w równych odstępach i prostopadle wzdłuż linii, w której spotykają się 2 deski. Ma to na celu wzmocnienie połączenia.
3. Zaznacz pręt na kołki na 4 2-calowe kawałki i pokrój je nożem X-Acto.
4. Zrób otwory w 4 rogach deski około 1,5 cala od krawędzi i przyklej na gorąco kołki. Upewnij się, że kołki są prostopadłe do deski ze wszystkich kątów.
5. Odwróć planszę i sprawdź, czy jest wypoziomowana (powinna być jak ministolik). Wytnij kawałki papieru budowlanego, aby uformować drogę, trawę, chodnik i przegrodę.
6. Przyklej te elementy do tablicy za pomocą kleju w sztyfcie, aby pokazać otoczenie systemu oświetleniowego.
7. Za pomocą pędzla rozprowadź płynny klej na pustej stronie deski. Zanim wyschnie, dodaj piasek i równomiernie wklep w klej, aż się sklei. Następnie użyj niebieskiego papieru, aby zasymulować wodę na tej „plaży”.
8. Przekręć czyściki do rur w kształt 2 żółwi morskich, aby przedstawić zwierzęta żyjące w docelowym środowisku.

Krok 2: Dodaj światła

1. Przetnij słomki na pół, aby uformować słupki do lampek.
2. Wykonaj 3 równomiernie rozmieszczone otwory w desce w przegrodzie, która biegnie między plażą a chodnikiem. Sprawdź, czy słomka pasuje, jeśli nie, zwiększ je.
3. Przyklej folię aluminiową do kawałka czarnego papieru budowlanego o tym samym rozmiarze za pomocą kleju w sztyfcie. Odrysuj załączony szablon na papierze 3 razy i wytnij kształty, aby utworzyć osłonę dla światła.
4. Zrób otwór w środku każdego ekranu na diodę LED. Zacznij od małego i zwiększaj tylko małe przyrosty, aż dioda LED będzie pasować, ale nie spadnie.
5. Złóż 4 strony osłony (folią skierowaną do góry). Użyj małych pasków taśmy, aby połączyć boki i zrobić to 3D.
6. Zegnij część świetlną diod LED w dół, aby tworzyły kąt 60º, gdy przewody są ustawione pionowo.
7. Podłącz 3 przewody męsko-żeńskie do odpowiednich wyprowadzeń: czarny dla uziemienia, zielony dla zielonej wartości i czerwony dla czerwonej wartości. Niebieska szpilka nie jest używana w tym projekcie. Przeciągnij przewody przez słomkowe słupy oświetleniowe.
8. Przyklej ekranowanie na gorąco do każdej diody LED od tyłu, uważając, aby nie dotykać bezpośrednio elementów lub metalowych wyprowadzeń.
9. Przełóż druty i spód słomek przez otwory w desce. Użyj gorącego kleju, aby przymocować słupki prostopadle do podstawy ze wszystkich kierunków.

Krok 3: Dodaj czujniki

1. Wytnij szczelinę na czujnik ultradźwiękowy na końcu drogi, około 0,5 cala od krawędzi deski. Wsuń czujnik tak, aby był prostopadły do podstawy w widoku z boku i zabezpiecz go gorącym klejem. Jest to niezwykle ważne, aby odczyty były dokładne, a sygnały odbijały się od obiektu, a nie od tablicy.
2. W rogu po przeciwnej stronie drogi wytnij otwory na kołki OLED i DHT. Ponownie zabezpieczyć gorącym klejem bez narażania żadnego z elementów elektrycznych.
3. Użyj taśmy, aby przymocować fotorezystor na barierze i przed pierwszym światłem. Ten moduł fotorezystora jest prezentem uprzejmie przekazanym przez Elenco, twórcę Snap Circuits, jako darowiznę dla programu.
4. Na koniec podłącz czujniki do Arduino za pomocą płytki stykowej i dostarczonych schematów obwodów. Upewnij się, że łączysz 2 Arduino razem i masz tylko obwód karty SD na drugim Arduino, który jest znany jako „pracownik”. Drugi, ze wszystkimi czujnikami, jest „szefem”.

Krok 4: Dodaj kod

1. Zanim przejdziesz dalej, przejrzyj schematy blokowe, aby zrozumieć zasady dostarczonego kodu i sposób jego funkcjonowania w modelu.
2. Zainstaluj oprogramowanie Arduino IDE na komputerze. Pobierz kod z dołączonego folderu Dysku Google. Zainstaluj i dołącz biblioteki SPI, Wire i DHT, Adafruit_GFX i Adafruit_SSD1306 z Menedżera bibliotek, jeśli kompilator o to poprosi.
3. W razie potrzeby zmień numery pinów, aby pasowały do obwodu. Zignoruj ten krok, jeśli użyłeś tych samych styków, co na dostarczonych schematach obwodów.

Krok 5: Przetestuj model

1. Prześlij odpowiedni kod do każdego Arduino i podłącz do akumulatorów w celu zasilania.
2. Uruchom program tak długo, jak jest to konieczne do zbierania danych, transkrypcja na karcie SD rozpocznie się automatycznie.

W załączniku znajdują się dane, które zebraliśmy podczas próby naszego modelu w pomieszczeniach. Niestety ze względu na warunki pogodowe i kwestie bezpieczeństwa nie byliśmy w stanie przetestować go na zewnątrz, jednak nadal oferuje dowód koncepcji i informacje o środowisku testowym.

Przez cały okres próbny odczyty temperatury i wilgotności pozostały względnie takie same ze względu na wewnętrzną regulację warunków w środowisku testowym (dom). Istnieje kilka okresowych skoków, ale prawdopodobnie są one błędami, biorąc pod uwagę ich rzadkość i brak korelacji. Odległość również nie zmienia się poza margines błędu, ponieważ w otoczeniu nie było prawdziwych samochodów ludzi poruszających się. Gdyby jednak był to model w pełnej skali, odległość byłaby prawdopodobnie najbardziej zmiennym czynnikiem ze względu na stale zmieniające się poziomy aktywności w okolicy i brak przewidywalności tych wzorców. Ponieważ jednak model znajdował się w pobliżu okna, wartości fotorezystora w rzeczywistości ulegają drastycznym wahaniom. Kiedy model jest uruchamiany po raz pierwszy w nocy, odczytuje zakres poniżej 50. Jednak wraz ze wschodem słońca i jaśniejszym oświetleniem otoczenia, wartości fotorezystorów odpowiednio rosną. Następnie wykres ponownie spada, gdy żaluzje są zamknięte w obszarze testowym, ale podnoszą się, gdy włączone jest sztuczne oświetlenie w pomieszczeniu. Podsumowując, dzięki zebranym danym wyraźnie udowodniono, że nasz model w rzeczywistości dokładnie raportuje dane o swoim otoczeniu i że informacje te mogą być wykorzystane do zmiany ustawień systemu w celu odzwierciedlenia warunków, w których się znajduje, i przyczynienia się do zmniejszenia zanieczyszczenia światłem, ponieważ cały.

Krok 6: Rozwiąż problem

Nic się nie dzieje? Wypróbuj te kroki, aby rozwiązać problem:

Zanim zaczniesz -

• Upewnij się, że kod kompiluje się i jest poprawnie przesłany do obu Arduino. Jeśli kompilator wyświetli komunikat o błędzie, wprowadź zmiany w zależności od tego, co mówi. Niektóre typowe problemy to niepoprawność/brak bibliotek, brak średnika lub nieprawidłowy port wybrany do połączenia USB.
• Sprawdź okablowanie i stan naładowania akumulatora. Upewnij się, że szyny zasilające i uziemiające na płytce stykowej są podłączone do Arduino.

Światła się nie włączają? -

• Upewnij się, że OLED mówi „Włączony tryb ciemny”. Inteligentny system wyłącza diody LED w „trybie oświetlenia”, aby oszczędzać energię i zapobiegać niepotrzebnemu zużyciu.
• Sprawdź, czy twoje diody LED są wypalone za pomocą prostego kodu, aby je włączyć i wyłączyć. Nie zapomnij dołączyć rezystora podczas testowania.

OLED się nie włącza? -

• Podłącz Arduino „pracownika” do komputera i otwórz monitor szeregowy, aby upewnić się, że wartości są odczytywane.
• Spróbuj usunąć istniejący plik na karcie SD i ponownie uruchomić kod.

Karta SD nie odczytuje danych? -

• Upewnij się, że karta SD jest prawidłowo włożona do czytnika.
• Upewnij się, że dostępna jest wystarczająca ilość miejsca na dane na karcie.

Coś jeszcze? -

Skontaktuj się z nami, a pomożemy rozwiązać problem

Krok 7: Wniosek

Podsumowując, illuMOONation to idealne, kompleksowe rozwiązanie oświetleniowe do oświetlania nabrzeży na całym świecie. Jego unikalne cechy nigdy wcześniej nie były widoczne na rynku oświetleniowym, a wpływ, jaki ma na zmniejszenie zanieczyszczenia światłem, a jednocześnie jest świadomy ekologicznie i korzystny zarówno dla ludzi, jak i gatunków zwierząt, jest niezrównany. Wiemy jednak, że iluminacja nie jest idealna. Ze względu na ograniczone ramy czasowe i materiały dostarczone do projektu nie byliśmy w stanie wykonać modelu w pełnej skali i przetestować go w prawdziwym środowisku zewnętrznym. Ale z TWOJĄ pomocą możemy przenieść iluminację na wyższy poziom i osadzić ją w naszym codziennym życiu, dla lepszego świata dla całego życia na Ziemi.

Przyszłe plany -

Naszym kolejnym krokiem w tym projekcie byłoby dodanie dodatkowych komponentów i zaprogramowanie ich, aby pasowały do środowiska. Na przykład korzystne byłoby włączenie bardziej czułych czujników do rozróżniania aktywności zwierząt i pojazdów/ludzi, ponieważ nie jest konieczne włączanie świateł podczas przechodzenia dzikiej zwierzyny. Dodatkowo planujemy mieć nadajnik i odbiornik IR na każdym słupie świetlnym, tworząc „niewidzialną ścianę” przed plażą. „Ściana” byłaby aktywowana tylko w nocy podczas sezonu lęgowego żółwi i emitowałaby delikatny dźwięk, aby zasygnalizować, że ktoś wszedł na plażę. To kolejne przypomnienie, aby zwracać uwagę na rodzimą przyrodę i zapobiegać krzywdzie jeszcze większej ich liczby. Chcielibyśmy również móc wdrożyć system energii słonecznej, gdyby dysponować odpowiednimi materiałami, ponieważ efektywność energetyczna jest kolejnym ważnym czynnikiem zmniejszającym antropogeniczny wpływ na nasz dzisiejszy świat. Chcielibyśmy również współpracować z innymi zespołami i łączyć nasze pomysły, aby stworzyć jedno rozwiązanie, które rozwiązuje wiele problemów związanych z zanieczyszczeniem światłem i jest naprawdę wszechstronnym rozwiązaniem oświetleniowym.

Wyzwania i osiągnięcia -

Ukończenie Warsztatu Astronaukowego bez faktycznego przybycia do Adlera było zmianą, której nikt nie mógł przewidzieć. Współpraca przy projekcie inżynieryjnym za pośrednictwem Zoom była szczególnie trudna, ponieważ nie widzimy, co każda osoba robi we własnym domu, więc trudno jest rozwiązywać problemy i naprawiać je w miarę ich pojawiania się. Zastosowaliśmy jednak pewne mechanizmy, aby upewnić się, że jesteśmy na dobrej drodze z naszym planem, a każdy jest zawsze świadomy tego, co robi każda osoba. Jedną z najważniejszych atrakcji był nasz arkusz kalkulacyjny śledzenia projektów, w którym nakreśliliśmy każde z zadań, ich opis, status, kto je wykona i ogólny postęp projektu. Umożliwiło nam to bardziej efektywną współpracę, ponieważ mogliśmy się nawzajem sprawdzać i pomagać w razie potrzeby, a także pozwoliło nam rozwinąć umiejętności komunikacyjne, które będą niezbędne, szczególnie w nadchodzących miesiącach.

Podziękowania -

Wielkie podziękowania dla naszego niesamowitego instruktora Jesusa Garcii za nauczenie nas, jak korzystać z różnych komponentów i umożliwienie nam uczestniczenia w tym programie, nawet w odległym otoczeniu. Dodatkowo bardzo dziękuję Gezie Gyuk, Chrisowi Bresky i Kenowi Walczakowi za całą pomoc. Twój wgląd naprawdę poprawił nasze umiejętności, wykraczając poza zakres naszych projektów, a lekcje, których się nauczyliśmy, przekażemy z nami w przyszłości. Chcielibyśmy również wyrazić naszą szczerą wdzięczność Kelly Borden i wszystkim w Planetarium Adler za coroczne prowadzenie tego programu i umożliwienie nastolatkom z pasją, takim jak my, angażowania się w dziedzinę STEM i astronomię w naszym rodzinnym mieście. I na koniec, dziękuję wszystkim naszym kolegom z ASW za bycie tak zabawną, bliską i wspierającą grupą. Te ostatnie 3 tygodnie wzajemnego poznawania się i zostawania przyjaciółmi były niepodobne do niczego, co moglibyśmy sobie wyobrazić, i było to doświadczenie, które będzie trwać przez całe życie.

Plik zip -

Kliknij TUTAJ, aby uzyskać dostęp do wszystkich materiałów potrzebnych do wykonania modelu iluminacji w domu!