IlluMOONation - model inteligentného osvetlenia: 7 krokov

2024 Autor: John Day | [email protected]. Naposledy zmenené: 2024-01-30 11:55

Pozreli ste sa niekedy na nočnú oblohu a nevideli ste žiadne hviezdy?

Milióny detí na celom svete nikdy nezažijú Mliečnu cestu, kde žijú, kvôli zvýšenému a rozšírenému využívaniu umelého svetla v noci, ktoré nielenže zhoršuje náš pohľad na vesmír, ale nepriaznivo ovplyvňuje aj naše prostredie, bezpečnosť, spotrebu energie a zdravie..

Tri miliardy rokov žil život na Zemi v rytme svetla a tmy, ktorý bol vytvorený výlučne osvetlením Slnka, Mesiaca a hviezd. Teraz umelé svetlá premáhajú temnotu a naše mestá v noci žiaria, narušujú prirodzený režim deň-noc a presúvajú delikátnu rovnováhu nášho prostredia. Jedným z druhov, ktorým tento jav obzvlášť škodí, sú morské korytnačky.

Keď sa narodia morské korytnačky, pozerajú sa na mesiac ako na zdroj svetla, ktorý ich má kvôli bezpečnosti viesť k oceánu. Ale v dnešnej dobe sa pouličné osvetlenie pri plážach stalo takým jasným, že korytnačky často končia za nimi do ulíc, pričom zomierajú buď na dehydratáciu, na dravce, alebo ich prejdú autá na ceste. Tieto žiarivé svetlá poškodzujú aj iné nočné zvieratá, aj keď nie v takej miere ako korytnačky. Zvýšené používanie týchto chladných svetiel v noci môže spôsobiť, že sa odchýlia od svojho normálneho cirkadiánneho rytmu a vykompenzujú svoje biologické funkcie, niekedy dokonca až do miery smrti.

U ľudí modré svetlo ovplyvňuje hladinu melatonínu, čo vedie k menšiemu spánku a množstvu ďalších problémov, ktoré sú dôsledkom toho. Výskum naznačuje, že umelé svetlo v noci môže zvýšiť riziko obezity, depresie, porúch spánku, cukrovky, rakoviny prsníka a ďalších.

Ak ste sa dočítali až sem, možno sa pýtate, v čom vám môžeme pomôcť? Začnite tým, že jednoducho vypnete svetlá, keď ich nepotrebujete, a zmeníte farbu svetiel na červenú a žltú. Potrebujeme však systém, ktorý by bolo možné implementovať v mestách po celom svete, aby skutočne priniesol vplyv a zvrátil ničivú daň, ktorú na našu Zem prinieslo svetelné znečistenie.

My tu v SEAside Lighting Co. sme prišli s dokonalým riešením. Predstavujeme vám: illuMOONation -náš vlastný inteligentný svetelný systém pozostávajúci z ekologických pouličných svetiel vyrobených zo základných senzorov a diód LED. illuMOONation nie je len aktivovaný objektom a je riadený životným prostredím, ale je to niečo, čo si môžete VYROBIŤ doma! Zaujalo vás to? Pokračujte v čítaní, aby ste zistili, ako si vytvoriť vlastnú verziu tohto modelu inteligentného osvetlenia … a možno z neho jedného dňa urobíte realitu v plnom rozsahu!

Kľúčové vlastnosti:

• Pohyblivé svetlá - Ultrazvukový senzor detekuje, kde sa nachádza predmet, a zapne príslušné svetlo, zatiaľ čo ostatné zostanú vypnuté
• Jednostranné-na strane oceánu a smerujúce od pláže, aby zvieratá, ktoré v noci prídu na breh, neboli rozptýlené oslnením, a pritom stále poskytovali celodenné pokrytie vozidlám a chodcom
• Červené svetlá - Nočné zvieratá majú lepšiu schopnosť vidieť kratšie vlnové dĺžky, takže teplejšie tóny ich až tak neovplyvňujú, lepšie aj pre ľudí kvôli škodlivým vplyvom modrého svetla v noci, ktoré sú uvedené vyššie.
• Reflexné tienenie a uhol nadol - svetlo je nasmerované pomocou reflexného materiálu vnútri tieniaceho modulu a je naklonené nadol, takže pokrýva väčšiu plochu bez zvýšenia rozptylu svetla.
• Svetlý/tmavý režim - Svetlá a senzory, ktoré nie sú potrebné, sú deaktivované, keď je svetlo, aby šetrilo energiou
• Reaguje na počasie - meria teplotu a vlhkosť a znižuje intenzitu, keď je náchylný k väčšiemu rozptylu svetla
• Šetrné k životnému prostrediu - Inteligentný energetický systém využívajúci solárny panel na nabíjanie batérie ľahko dostupným slnečným žiarením na zníženie prísunu fosílnych palív do atmosféry
• Centrálny displej - OLED obrazovka zobrazuje hodnoty senzorov a režim svetelného systému, prístupnejšie pre bežných používateľov aj správcov
• Protokolovanie údajov - údaje senzora sú uložené na SD karte, aby ich bolo možné analyzovať za účelom ďalšieho vylepšenia modelu a kalibrácie podľa prostredia

Zásoby

Štruktúra -

• 2 penové dosky 11 x 14 palcov
• 2 paličky na nanuk
• Štvorec 6 x 6 palcov z hliníkovej fólie
• 3 zelené čističe potrubí
• 1 kolíková tyč (priemer 1/2 ")
• 3 široké slamky
• Piesok
• Stavebný papier žltý, zelený, modrý, hnedý a čierny

Elektronika -

• 3 RGB LED diódy
• Ultrazvukový senzor
• Snímač teploty/vlhkosti DHT
• Fotorezistor (súprava Snap Circuits Kit alebo zo sady Arduino Kit)
• Mini solárny panel
• Mini OLED displej
• Čítačka kariet Micro SD
• Micro SD karta
• 2 Arduino
• 2 napájacie konektory DC až 9 voltov
• 2 9 voltové batérie
• Breadboard
• Rezistor 100 kOhm
• 6 100 ohmových rezistorov
• Usmerňovač diódy
• Arduino IDE (nainštalované na spustenie kódu)
• Aligátorové spony typu Clip-to-Male, Male-to-Female a Male-to-Male

(Kliknutím TU kúpite štartovaciu sadu Arduino UNO so snímačmi, vodičmi atď.)

Vybavenie -

• Horúca lepiaca pištoľ
• Nôž X-Acto
• Nožnice
• Lepidlo
• Tekuté lepidlo
• Štetec
• Strihač káblov

Krok 1: Budujte životné prostredie

1. Vezmite penové dosky a za horúca ich prilepte k sebe dlhšími stranami tak, aby vytvorili väčší základ pre váš model.
2. Nanuky rozlomte na polovicu a za horúca ich prilepte rovnomerne rozmiestnené a kolmé pozdĺž čiary, kde sa stretávajú 2 dosky. Toto má spevniť kĺb.
3. Označte hmoždinku na 4 2-palcové kusy a nakrájajte ich pomocou noža X-Acto.
4. Vytvorte otvory v 4 rohoch dosky asi 1,5 palca od okrajov a za tepla prilepte kúsky hmoždiniek. Uistite sa, že hmoždinky sú zo všetkých uhlov kolmé na dosku.
5. Otočte dosku a skontrolujte, či je rovná (mala by byť ako mini stolík). Vystrihnite kúsky stavebného papiera a vytvorte cestu, trávu, chodník a rozdeľovač.
6. Prilepte tieto kúsky na dosku pomocou lepiacej tyčinky, aby ste ukázali prostredie pre osvetľovací systém.
7. Štetcom rozotrite tekuté lepidlo na prázdnu stranu dosky. Pred zaschnutím pridajte piesok a rovnomerne vlepte do lepidla, až kým sa nelepí. Potom pomocou modrého papiera simulujte vodu na tejto „pláži“.
8. Otočte čističe rúrok do tvaru 2 morských korytnačiek, aby predstavovali zvieratá, ktoré žijú v cieľovom prostredí.

Krok 2: Pridajte svetlá

1. Slamky prekrojte na polovicu, aby vytvorili póly pre vaše svetlá.
2. Doskou v rozdeľovači, ktorý prebieha medzi plážou a chodníkom, vytvorte 3 rovnomerne rozmiestnené otvory. Vyskúšajte, či slama sedí, ak nie, je väčšia.
3. Prilepte hliníkovú fóliu na kus čierneho stavebného papiera rovnakej veľkosti pomocou lepiacej tyčinky. Priloženú šablónu na papieri obkreslite 3 -krát a vystrihnite tvary tak, aby vytvorili štít pre svetlo.
4. V strede každého tienenia vytvorte diódu pre diódu LED. Začnite malými krokmi a zvyšujte iba v malých krokoch, kým LED dióda nezapadne, ale neprepadne.
5. Zložte 4 strany tienenia (fóliou nahor). Pomocou malých pások pásky spojte boky a urobte ich 3D.
6. Ohnite svetelnú časť diód LED tak, aby zvierali uhol 60 °, keď sú zvody zvislé.
7. Pripojte 3 vodiče samec-samica k príslušným vodičom: čierny pre uzemnenie, zelený pre zelenú hodnotu a červený pre červenú hodnotu. Modrý kolík je pre tento projekt nepoužitý. Prevlečte drôty cez stĺpiky slameného svetla.
8. Za horúca prilepte tienenie na každú LED zozadu, pričom sa nedotýkajte priamo súčiastok ani kovových káblov.
9. Drôty a spodok slamiek prevlečte cez otvory v doske. Horúcim lepidlom zaistite póly kolmo na základňu zo všetkých smerov.

Krok 3: Pridajte senzory

1. Vyrežte štrbinu pre ultrazvukový senzor na konci cesty, asi 0,5 palca od okraja dosky. Zatlačte snímač tak, aby bol kolmý na základňu z bočného pohľadu, a zaistite ho horúcim lepidlom. Je to veľmi dôležité, aby boli údaje presné a signály sa odrážali od objektu, nie od dosky.
2. V rohu na opačnej strane cesty vyrežte otvory tak, aby zodpovedali kolíkom OLED a DHT. Jeden opäť zaistite horúcim lepidlom bez ohrozenia akýchkoľvek elektrických komponentov.
3. Pomocou pásky pripevnite fotorezistor na závoru a pred prvým svetlom. Tento modul fotorezistora je dar, ktorý láskavo poskytol Elenco, tvorca Snap Circuits, ako dar pre program.
4. Nakoniec pripojte senzory k Arduinu pomocou nepájivej dosky a dodaných schém zapojenia. Uistite sa, že spojíte 2 Arduino dohromady a v druhom Arduino, ktoré je známe ako „zamestnanec“, budete mať iba obvod karty SD. Ten druhý so všetkými senzormi je „šéf“.

Krok 4: Pridajte kód

1. Predtým, ako budete pokračovať, si prečítajte vývojové diagramy, aby ste pochopili princípy poskytovaného kódu a jeho fungovanie v modeli.
2. Nainštalujte softvér Arduino IDE do počítača. Stiahnite si kód z priloženého priečinka Disku Google. Ak to kompilátor vyzve, nainštalujte a zahrňte knižnice SPI, Wire a DHT, Adafruit_GFX a Adafruit_SSD1306 zo Správcu knižníc.
3. V prípade potreby zmeňte čísla pinov tak, aby zodpovedali vášmu obvodu. Tento krok ignorujte, ak ste použili rovnaké kolíky ako dodané schémy zapojenia.

Krok 5: Otestujte model

1. Nahrajte príslušný kód do každého Arduina a pripojte sa k batériám na napájanie.
2. Spustite program tak dlho, ako je potrebné na zhromažďovanie údajov, automaticky sa spustí prepis karty SD.

V prílohe sú údaje, ktoré sme zhromaždili prostredníctvom izbovej skúšky nášho modelu. Vzhľadom na poveternostné podmienky a problémy s bezpečnosťou sa nám ho bohužiaľ nepodarilo otestovať vonku, napriek tomu však ponúka dôkaz o koncepcii a informácie o testovacom prostredí.

Počas skúšobného obdobia zostali hodnoty teploty a vlhkosti relatívne rovnaké kvôli vnútornej regulácii podmienok v testovacom prostredí (dom). Existuje niekoľko periodických skokov, ale tieto sú pravdepodobne chybami vzhľadom na ich zriedkavosť a nedostatok korelácie. Vzdialenosť sa tiež nemení mimo hranicu chyby, pretože v okolí sa nepohybovali žiadne skutočné autá ľudí. Ak by však išlo o model v plnom rozsahu, vzdialenosť by bola pravdepodobne naj variabilnejším faktorom kvôli neustále sa meniacim úrovniam aktivity v oblasti a nedostatku predvídateľnosti týchto vzorcov. Pretože však bol model umiestnený blízko okna, hodnoty fotoodporu v skutočnosti drasticky kolíšu. Keď je model prvýkrát spustený v noci, čítajú v rozsahu pod 50. Keď však slnko vychádza a okolité osvetlenie je jasnejšie, hodnoty fotorezistora zodpovedajúcim spôsobom stúpajú. Potom graf opäť klesne, keď sú žalúzie zatiahnuté v testovacej oblasti, ale vystrelia späť hore, keď je zapnuté umelé osvetlenie miestnosti. Na záver, prostredníctvom týchto zozbieraných údajov je jasne dokázané, že náš model v skutočnosti presne hlási údaje o svojom okolí a že tieto informácie je možné použiť na zmenu nastavení systému tak, aby odrážali podmienky, v ktorých sa nachádza, a prispievali k zníženiu svetelného znečistenia, pretože celý.

Krok 6: Riešenie problémov

Nič sa nedeje? Na vyriešenie problému vyskúšajte tieto kroky:

Predtým ako začneš -

• Uistite sa, že kód sa kompiluje a je správne nahraný do oboch Arduinos. Ak kompilátor zobrazí chybové hlásenie, vykonajte zmeny podľa toho, čo hovorí. Niektoré bežné problémy sú nesprávny/nedostatok knižníc, chýbajúca bodkočiarka alebo nesprávny port vybratý pre pripojenie USB.
• Skontrolujte zapojenie a nabitie batérie. Uistite sa, že napájacie a uzemňovacie koľajnice na doske sú pripojené k Arduinu.

Nesvietia svetlá? -

• Uistite sa, že OLED zobrazuje „Tmavý režim aktivovaný“. Inteligentný systém deaktivuje LED diódy počas „svetelného režimu“, aby šetril energiou a zabránil zbytočnému používaniu.
• Zistite, či sú vaše LED diódy vypálené, pomocou jednoduchého kódu na ich zapnutie a vypnutie. Pri testovaní nezabudnite zahrnúť odpor.

OLED sa nezapne? -

• Pripojte „zamestnanca“Arduino k počítaču a otvorte sériový monitor, aby ste sa uistili, že sa čítajú hodnoty.
• Skúste odstrániť existujúci súbor z karty SD a znova spustite kód.

Karta SD nečíta údaje? -

• Uistite sa, že je karta SD vložená do čítačky a správne.
• Zaistite, aby bolo pre údaje na karte k dispozícii dostatočné úložisko.

Čokoľvek iné? -

Kontaktujte nás a my vám pomôžeme problém vyriešiť

Krok 7: Záver

Celkovo je illuMOONation ideálnym komplexným riešením osvetlenia pre nábrežné osvetlenie na celom svete. Jeho jedinečné vlastnosti neboli na trhu s osvetlením nikdy predtým vidieť a vplyv, ktorý má na zníženie svetelného znečistenia a súčasne šetrnosť k životnému prostrediu a prospešný pre ľudí i živočíšne druhy, nemá obdoby. Vieme však, že illuMOONation nie je dokonalá. Vzhľadom na obmedzený časový rámec a materiály poskytnuté pre projekt sme neboli schopní vytvoriť plnohodnotný model a otestovať ho v skutočnom vonkajšom prostredí. Ale s VÁŠOU pomocou môžeme posunúť ilumináciu na ďalšiu úroveň a začleniť ju do našich každodenných životov, aby bol lepší svet pre všetok život na Zemi.

Budúce plány -

Našimi ďalšími krokmi v rámci tohto projektu by bolo pridať ďalšie komponenty a naprogramovať ich tak, aby zodpovedali aj životnému prostrediu. Bolo by napríklad prospešné zahrnúť citlivejšie senzory na rozlišovanie medzi činnosťou zvierat a vozidiel/ľudí, pretože pri prechádzaní voľne žijúcich živočíchov nie je potrebné zapínať svetlá. Okrem toho plánujeme mať na každom svetelnom stĺpci IR vysielač a prijímač, ktoré budú vpredu na pláži tvoriť „neviditeľnú stenu“. „Stena“by sa aktivovala iba v noci počas obdobia chovu korytnačiek a mala by zaznieť jemný bzučiak, ktorý by signalizoval, keď niekto vstúpil na pláž. Je to ďalšia pripomienka, aby ste boli ohľaduplní k pôvodnej zveri a zabránili škodám ešte väčšieho počtu z nich. Tiež by sme boli radi, keby sme mohli implementovať slnečný energetický systém, ak budeme mať k dispozícii primerané materiály, pretože energetická účinnosť je ďalším dôležitým faktorom znižovania antropogénneho účinku na náš dnešný svet. Radi by sme spolupracovali aj s inými tímami a spoločne začlenili naše nápady do jedného riešenia, ktoré rieši množstvo problémov týkajúcich sa svetelného znečistenia a je skutočne komplexným riešením osvetlenia.

Výzvy a úspechy -

Dokončenie astro-vedeckého workshopu bez toho, aby ste skutočne prišli do Adleru, bola zmena, ktorú nikto nemohol predpovedať. Spolupráca na inžinierskom projekte prostredníctvom programu Zoom bola obzvlášť náročná, pretože nemôžeme vidieť, čo každý z nich robí vo svojom vlastnom dome, takže je ťažké riešiť problémy a opravovať ich hneď, ako nastanú. Použili sme však určité mechanizmy, aby sme sa ubezpečili, že dodržíme náš plán a každý si je vždy vedomý toho, čo každý robí. Jedným z vrcholov bola naša tabuľka sledovania projektov, kde sme vymedzili každú z úloh, ich popis, stav, kto ich dokončí a celkový priebeh projektu. To nám umožnilo pracovať efektívnejšie, pretože sme sa mohli navzájom kontrolovať a pomáhať si podľa potreby, a umožnilo nám to rozvíjať komunikačné schopnosti, ktoré budú zásadné najmä v týchto nadchádzajúcich mesiacoch.

Poďakovanie -

Veľký výkrik nášmu úžasnému inštruktorovi Jesusovi Garciovi, že nás naučil používať všetky rôzne komponenty a poskytol nám príležitosť zúčastniť sa tohto programu, dokonca aj na diaľku. Ďalej vám veľmi pekne ďakujem Geza Gyuk, Chris Bresky a Ken Walczak za všetku vašu pomoc. Váš pohľad skutočne zvýšil naše schopnosti nad rámec rozsahu našich projektov a ponaučenia, ktoré sme si osvojili, si prinesieme aj v budúcnosti. Radi by sme tiež vyjadrili svoju úprimnú vďačnosť Kelly Bordenovej a všetkým v planetáriu Adler za to, že každoročne organizujú tento program a umožňujú vášnivým mladistvým, ako sme my, zapojiť sa do oblasti STEM a astronómie v našom vlastnom rodnom meste. A v neposlednom rade ďakujem každému jednému z našich rovesníkov z ASW za to, že je taká zábavná, vzťahová a podporná skupina. Tieto posledné 3 týždne vzájomného spoznávania a spriateľovania sa boli úplne odlišné od všetkého, čo sme si kedy dokázali predstaviť, a bol to zážitok, ktorý bude trvať celý život.

ZIP súbor -

Kliknutím SEM získate prístup k všetkým materiálom, ktoré potrebujete na výrobu modelu illuMOONation doma!