IlluMOONation - интелигентен модел осветление: 7 стъпки

2024 Автор: John Day | [email protected]. Последно модифициран: 2024-01-30 07:50

Поглеждали ли сте някога към нощното небе и не сте виждали звезди?

Милиони деца по целия свят никога няма да изпитат Млечния път, където живеят, поради увеличеното и широко разпространено използване на изкуствена светлина през нощта, която не само влошава нашия възглед за Вселената, но и се отразява неблагоприятно на нашата околна среда, безопасност, консумация на енергия и здраве.

В продължение на три милиарда години животът на Земята е съществувал в ритъм на светлина и тъмнина, създаден единствено от осветяването на Слънцето, Луната и звездите. Сега изкуствените светлини надделяват над тъмнината и градовете ни сияят през нощта, нарушавайки естествения модел ден-нощ и променяйки деликатния баланс на нашата среда. Един вид, който е особено засегнат от това явление, са морските костенурки.

Когато се раждат морски костенурки, те гледат към Луната като източник на светлина, която да ги води към океана за безопасност. Но тези дни уличните лампи край плажовете станаха толкова ярки, че малките костенурки често ги следват по улиците, умирайки от дехидратация, хищници или прегазени от превозни средства по пътя. Други нощни животни също са пострадали от тези ярки светлини, макар и не в същата степен като костенурките. Повишеното използване на тези хладни тонове през нощта може да ги накара да се отклонят от нормалния си циркаден ритъм и да компенсират биологичната им функция, понякога дори до степен на смърт.

За хората синята светлина влияе върху нивата на мелатонин, което води до по -малко сън и множество други проблеми, които възникват в резултат на това. Изследванията показват, че изкуствената светлина през нощта може да увеличи риска от затлъстяване, депресия, нарушения на съня, диабет, рак на гърдата и др.

Ако сте чели дотук, може би се питате с какво можем да помогнем? Е, просто изключване на светлините, когато те не са необходими и промяната на цвета на светлините ви в червени и жълти е добро начало. Нуждаем се обаче от система, която може да бъде внедрена в градове по целия свят, за да окаже истинско въздействие и да обърне опустошителната такса, която светлинното замърсяване е взело на нашата Земя.

Ние тук в SEAside Lighting Co. сме измислили перфектното решение. Представяме ви: illuMOONation -нашата собствена интелигентна система за осветление, състояща се от екологични улични лампи, направени с основни сензори и светодиоди. illuMOONation е не само обектно активиран и контролиран от околната среда, но и нещо, което ВИ можете да направите у дома! Заинтригуван? Е, прочетете, за да разберете как да създадете своя собствена версия на този Модел на интелигентно осветление … и може би един ден ще го превърнете в пълномащабна реалност!

Основни функции:

• Подвижни светлини - Ултразвуков сензор открива къде се намира обект и включва съответната светлина, докато останалите остават изключени
• Едностранно-откъм океана и насочете далеч от плажа, така че животните, които идват на брега през нощта, не се разсейват от отблясъците, като същевременно осигуряват пълно покритие на улиците за превозни средства и пешеходци
• Светлини с червени тонове - нощните животни имат подобрени способности да виждат по -къси дължини на вълните, така че по -топлите тонове не им влияят толкова, също и по -добре за хората поради пагубното въздействие на синя светлина през нощта, което е споменато по -горе
• Отразяващо екраниране и ъгъл надолу - Светлината се насочва с помощта на отразяващия материал вътре в защитния модул и е под ъгъл надолу, така че да обхваща по -голяма площ, без да увеличава разсейването на светлината
• Светъл/тъмен режим - Светлините и сензорите, които не са необходими, се деактивират, когато е ярко, за да се пести енергия
• Weather Responsive - Отчита показанията за температура и влажност и намалява интензивността, когато е предразположен към по -голямо разсейване на светлината
• Екологично - Интелигентна енергийна система, използваща слънчев панел за зареждане на батерията с лесно достъпна слънчева светлина, за да се намали добавянето на изкопаеми горива в атмосферата
• Централен дисплей - OLED екранът показва стойностите на сензора и режима на осветителната система, по -достъпен както за обикновените потребители, така и за администраторите
• Регистриране на данни - Данните от сензора се съхраняват на SD карта, така че могат да бъдат анализирани за по -нататъшно подобряване на модела и калибриране към околната среда

Консумативи

Структура -

• 2 11 "x 14" пяна дъски
• 2 пръчици за сладкиши
• 6 "x 6" квадрат от алуминиево фолио
• 3 почистващи средства за зелени тръби
• 1 дюбел (1/2 "диаметър)
• 3 широки сламки
• Пясък
• Жълта, зелена, синя, кафява и черна строителна хартия

Електроника -

• 3 RGB светодиода
• Ултразвуков сензор
• DHT сензор за температура/влажност
• Фоторезистор (комплект Snap Circuits или от Arduino Kit)
• Мини слънчев панел
• Мини OLED дисплей
• Четец за Micro SD карти
• Micro SD карта
• 2 Arduinos
• 2 конектора за захранване DC-to-9 Volt
• 2 9 -волтови батерии
• Платка
• Резистор 100 kOhm
• 6 100 ома резистори
• Диоден токоизправител
• Arduino IDE (инсталиран за стартиране на код)
• Алигаторни кабели за свързване към мъжки, мъжки към женски и мъжки към мъжки

(Щракнете, за да закупите ТУК стартовия комплект Arduino UNO със сензори, проводници и т.н.)

Оборудване -

• Пистолет за горещо лепило
• X-Acto нож
• Ножици
• Лепило
• Течно лепило
• Четка за рисуване
• Резачки за тел

Стъпка 1: Изградете околната среда

1. Вземете дъските от пяна и ги залепете горещо заедно с по -дългите страни, изравнени една с друга, за да създадете по -голяма основа за вашия модел.
2. Счупете пръчките за сладкиши наполовина и ги залепете с горещо равни разстояния и перпендикулярно по линията, където се срещат двете дъски. Това е за укрепване на ставата.
3. Маркирайте пръта на дюбела на 4 2-инчови парчета и ги изрежете с помощта на ножа X-Acto.
4. Направете дупки в 4 ъгъла на дъската на около 1,5”от ръбовете и залепете горещо парчетата дюбели. Уверете се, че дюбелите са перпендикулярни на дъската от всички ъгли.
5. Обърнете дъската и проверете дали е равна (трябва да е като мини маса). Изрежете парчета строителна хартия, за да оформите пътя, тревата, тротоара и разделителя.
6. Залепете тези парчета върху дъската, като използвате лепилото, за да покажете околната среда за осветителната система.
7. Използвайте четката, за да разнесете течно лепило върху празната страна на дъската. Преди да изсъхне, добавете пясък и нанесете равномерно в лепилото, докато залепне. След това използвайте синя хартия, за да симулирате водата на този „плаж“.
8. Завъртете почистващите препарати за тръби във формата на 2 морски костенурки, за да представите животните, които живеят в целевата среда.

Стъпка 2: Добавете светлините

1. Нарежете сламките наполовина, за да оформите стълбовете за вашите светлини.
2. Направете 3 еднакво разположени дупки през дъската в разделителя, който минава между плажа и тротоара. Тествайте дали сламката се побира, ако не ги увеличете.
3. Залепете алуминиевото фолио към парче черна строителна хартия със същия размер с помощта на лепилна пръчка. Проследете прикрепения шаблон върху хартията 3 пъти и изрежете фигурите, за да образувате екраниране за светлината.
4. Направете дупка в средата на всяко екраниране за светодиода. Започнете с малки и само увеличавайте на малки стъпки, докато светодиодът се побере, но не падне.
5. Сгънете четирите страни на екранирането (с фолиото нагоре). Използвайте малки ленти лента, за да съедините страните и да я направите 3D.
6. Огънете светлинната част на светодиодите надолу, така че да образуват ъгъл от 60º, когато проводниците са вертикални.
7. Прикрепете 3 проводника от мъжки към женски към съответните им проводници: черен за маса, зелен за зелена стойност и червен за червена стойност. Синият щифт не се използва за този проект. Прокарайте проводниците през стълбовете за сламена светлина.
8. Горещо залепете екранирането върху всеки светодиод отзад, като внимавате да не докоснете директно компонентите или металните проводници.
9. Прокарайте проводниците и долната част на сламките през отворите на дъската. Използвайте горещо лепило, за да фиксирате полюсите перпендикулярно на основата от всички посоки.

Стъпка 3: Добавете сензорите

1. Изрежете процеп за ултразвуковия сензор в края на пътя, на около 0,5”от ръба на дъската. Натиснете сензора навътре, така че да е перпендикулярен на основата от страничен изглед и закрепете с горещо лепило. Това е изключително важно, така че показанията са точни и сигналите отскачат от обекта, а не от платката.
2. В ъгъла от другата страна на пътя изрежете дупки, за да се поберат на OLED и DHT щифтовете. Отново закрепете с горещо лепило, без да застрашавате нито един от електрическите компоненти.
3. Използвайте лента, за да прикрепите фоторезистора към бариерата и преди първата светлина. Този фоторезисторен модул е подарък, любезно предоставен от Elenco, създател на Snap Circuits, като дарение за програмата.
4. И накрая, свържете сензорите към Arduino, като използвате макета и предоставените електрически схеми. Уверете се, че сте свързали двата Arduino заедно и имайте само веригата за SD карта на втория Arduino, който е известен като „служител“. Другият, с всички сензори, е „шефът“.

Стъпка 4: Добавете кода

1. Преди да продължите, преминете през блок -схемите, за да разберете принципите на предоставения код и как той функционира в модела.
2. Инсталирайте софтуера Arduino IDE на компютъра. Изтеглете кода от приложената папка на Google Диск. Инсталирайте и включете библиотеките SPI, Wire и DHT, Adafruit_GFX и Adafruit_SSD1306 от мениджъра на библиотеки, ако компилаторът поиска.
3. Променете пиновите номера, за да съответстват на вашата верига, ако е необходимо. Игнорирайте тази стъпка, ако сте използвали същите щифтове като предоставените електрически схеми.

Стъпка 5: Тествайте модела

1. Качете съответния код към всеки Arduino и се свържете с батерии за захранване.
2. Стартирайте програмата толкова дълго, колкото е необходимо за събиране на данни, транскрипцията на SD картата ще започне автоматично.

Приложени са данните, които събрахме чрез вътрешно изпитване на нашия модел. За съжаление поради метеорологичните условия и проблемите с безопасността не успяхме да го тестваме на открито, но все пак предлага доказателство за концепцията и информация за тестовата среда.

През целия пробен период показанията за температура и влажност остават относително същите поради вътрешното регулиране на условията в тестовата среда (къща). Има няколко периодични скока, но те вероятно представляват грешки предвид тяхната рядкост и липса на корелация. Разстоянието също не се променя извън границата на грешка, тъй като нямаше реални коли от хора, движещи се в околната среда. Ако обаче това беше пълномащабен модел, разстоянието вероятно би било най-променливият фактор поради непрекъснато променящите се нива на активност в района и липсата на предвидимост на тези модели. Въпреки това, тъй като моделът е бил разположен близо до прозорец, стойностите на фоторезистора всъщност се колебаят драстично. Когато моделът се стартира за първи път през нощта, те четат в диапазона под 50. Въпреки това, когато слънцето изгрява и околното осветление става по -ярко, стойностите на фоторезистора съответно се повишават. След това графиката отново пада, когато щорите са затворени в тестовата зона, но те стрелят обратно, когато изкуственото осветление на стаята е включено. В заключение, чрез тези събрани данни е ясно доказано, че нашият модел всъщност отчита точно данните за заобикалящата го среда и че тази информация може да се използва за промяна на настройките на системата, за да отразява условията, в които се намира, и да допринася за намаляване на светлинното замърсяване като дупка.

Стъпка 6: Отстраняване на неизправности

Нищо не става? Опитайте тези стъпки, за да решите проблема:

Преди да започнеш -

• Уверете се, че кодът се компилира и е качен правилно и в двата Arduinos. Ако компилаторът показва съобщение за грешка, направете промени в зависимост от това, което казва. Някои често срещани проблеми са неправилни/липса на библиотеки, липсваща точка и запетая или неправилен порт, избран за USB връзката.
• Проверете за окабеляване и заряд на батерията. Уверете се, че захранващите и заземителните релси на макета са свързани към Arduino.

Светлините не се включват? -

• Уверете се, че OLED казва „Активиран тъмен режим“. Интелигентната система изключва светодиодите по време на „светлинен режим“, за да спести енергия и да предотврати ненужно използване.
• Вижте дали вашите светодиоди са изгорели с помощта на прост код, за да ги включите и изключите. Не забравяйте да включите резистор при тестване.

OLED не се включва? -

• Свържете „служителя“Arduino към компютъра и отворете серийния монитор, за да се уверите, че стойностите се четат.
• Опитайте да изтриете съществуващия файл на SD картата и да стартирате кода отново.

SD картата не чете данни? -

• Уверете се, че SD картата е поставена в четеца и правилно.
• Уверете се, че има достатъчно място за съхранение на данните на картата.

Нещо друго? -

Свържете се с нас и ние можем да помогнем за решаването на проблема

Стъпка 7: Заключение

Като цяло, illuMOONation е идеалното цялостно решение за осветление за крайбрежно осветление по целия свят. Неговите уникални характеристики никога не са били виждани досега на пазара на осветление, а въздействието му върху намаляването на светлинното замърсяване, като същевременно е екологично съзнателно и полезно както за хората, така и за животинските видове, е несравнимо. Ние обаче знаем, че illuMOONation не е перфектен. Поради ограничената времева рамка и материали, предоставени за проекта, не успяхме да направим пълномащабен модел и да го тестваме в реална външна среда. Но с ВАШАТА помощ можем да изведем илюМОНАЦИЯТА на следващото ниво и да я вградим в ежедневието си, за един по -добър свят за целия живот на Земята.

Бъдещи планове -

Следващите ни стъпки с този проект биха били да добавим допълнителни компоненти и да ги програмираме, така че да отговарят и на околната среда. Например, би било полезно да се включат по -чувствителни сензори, за да се прави разлика между дейността на животните и превозните средства/човека, тъй като не е необходимо да се включват светлините за преминаване на диви животни. Освен това планираме да имаме IR излъчвател и приемник на всеки светлинен стълб, образувайки „невидима стена“отпред на плажа. „Стената“щеше да се активира само през нощта по време на размножителния сезон на костенурки и ще издава нежен зумер, за да сигнализира, когато някой е преминал в зоната на плажа. Това е още едно напомняне да бъдете внимателни към местните диви животни и да предотвратите още повече от тях да бъдат наранени. Бихме искали също така да можем да внедрим слънчевата енергийна система, ако имаме подходящи материали, тъй като енергийната ефективност е друг важен фактор за намаляване на антропогенния ефект върху нашия свят днес. Бихме искали също така да си сътрудничим с други екипи и да интегрираме идеите си заедно, за да създадем едно решение, което решава множество проблеми по отношение на светлинното замърсяване и е наистина всеобхватно решение за осветление.

Предизвикателства и постижения -

Завършването на астронаучна работилница, без всъщност да дойде в Адлер, беше промяна, която никой не можеше да предвиди. Сътрудничеството по инженерния проект чрез Zoom беше особено трудно, защото не можем да видим какво прави всеки човек в собствения си дом, така че е трудно да се отстраняват и решават проблеми, когато възникнат. Ние обаче използвахме определени механизми, за да сме сигурни, че ще спазваме плана си и всеки винаги е наясно какво прави всеки човек. Един от акцентите беше нашата електронна таблица за проследяване на проекти, където очертахме всяка от задачите, тяхното описание, състояние, кой ще ги изпълни и цялостния напредък на проекта. Това ни позволи да работим заедно по -ефективно, тъй като можем да се проверяваме и да помагаме при необходимост, и ни позволи да развием комуникационни умения, които ще бъдат от съществено значение, особено през тези предстоящи месеци.

Благодарности -

Голям вик към нашия невероятен инструктор Исус Гарсия, че ни научи как да използваме всички различни компоненти и ни даде възможност да участваме в тази програма, дори в отдалечена обстановка. Освен това, много благодаря на Geza Gyuk, Chris Bresky и Ken Walczak за цялата ви помощ през цялото време. Вашето прозрение наистина подобри нашите умения извън обхвата на нашите проекти и ние ще носим уроците, които научихме със себе си в бъдеще. Бихме искали също да изкажем най -искрената си благодарност на Кели Бордън и всички в Адлерския планетариум, че гостуваха тази програма година след година и позволиха на страстни тийнейджъри като нас да се занимават със сферата на STEM и астрономията в нашия собствен град. И не на последно място, благодаря на всеки един от нашите връстници от ASW, че сте толкова забавна, свързана и подкрепяща група. Последните 3 седмици, в които се опознахме и станахме приятели, не приличаха на нищо, което бихме могли да си представим, и това беше преживяване, което ще продължи цял живот.

ZIP файл -

Щракнете ТУК, за да получите достъп до всички материали, които ще ви трябват, за да направите модел на illuMOONation у дома!