IlluMOONation - en smart belysningsmodell: 7 trinn

2024 Forfatter: John Day | [email protected]. Sist endret: 2024-01-30 11:20

Har du noen gang sett opp på nattehimmelen og ikke kunnet se noen stjerner?

Millioner av barn over hele verden vil aldri oppleve Melkeveien der de bor på grunn av økt og utbredt bruk av kunstig lys om natten som ikke bare svekker vårt syn på universet, men påvirker miljøet, sikkerheten, energiforbruket og helsen negativt..

I tre milliarder år eksisterte livet på jorden i en rytme av lys og mørke som ble skapt utelukkende ved belysning av solen, månen og stjernene. Nå overstyrer kunstige lys mørket og byene våre lyser om natten, forstyrrer det naturlige dag-natt-mønsteret og forandrer den delikate balansen i miljøet vårt. En art som er spesielt skadet av dette fenomenet er havskilpadder.

Når havskilpadder blir født, ser de på månen som en lyskilde for å veilede dem til havet for sikkerhet. Men i disse dager har gatelys ved strender blitt så lyse at skilpadder ofte ender opp med å følge dem ut på gatene, dør av enten dehydrering, rovdyr eller blir overkjørt av kjøretøyer på veien. Andre nattdyr blir også skadet av disse skarpe lysene, men ikke i samme grad som skilpadder. Den økte bruken av disse kjøligfargede lysene om natten kan få dem til å avvike fra sin normale døgnrytme og kompensere for deres biologiske funksjon, noen ganger til og med til døden.

For mennesker påvirker blått lys melatoninnivåene våre, noe som fører til mindre søvn og en mengde andre problemer som kommer som et resultat. Forskning tyder på at kunstig lys om natten kan øke risikoen for fedme, depresjon, søvnforstyrrelser, diabetes, brystkreft og mer.

Hvis du har lest så langt, kan du spørre: Hva kan vi gjøre for å hjelpe? Vel, bare å slå av lysene dine når de ikke trengs, og å endre fargen på lysene dine til røde og gule er en god start. Vi trenger imidlertid et system som kan implementeres i byer over hele verden for å virkelig påvirke og reversere den ødeleggende tollen som lysforurensning har påført jorden vår.

Vi her på SEAside Lighting Co. har funnet den perfekte løsningen. Vi presenterer for deg: belysning -vårt helt eget Smart Lighting System som består av miljøvennlige gatelys laget med grunnleggende sensorer og lysdioder. illuMOONation er ikke bare objektaktivert og miljøkontrollert, men også noe DU kan lage hjemme! Interessert? Vel, les videre for å finne ut hvordan du lager din egen versjon av denne Smart Lighting-modellen … og kanskje en dag gjøre det til en realitet i full skala!

Nøkkelegenskaper:

• Moving Lights - Ultrasonic sensor oppdager hvor et objekt er plassert og slår på det respektive lyset, mens resten forblir slukket
• Ensidig-På havsiden og pek vekk fra stranden, slik at dyr som kommer til land om natten ikke blir distrahert av gjenskinnet, mens de fortsatt gir full gate-dekning for kjøretøyer og fotgjengere
• Rødtonede lys - Nattdyr har forbedrede evner til å se kortere bølgelengder, så varmere toner påvirker dem ikke så mye, også bedre for mennesker på grunn av skadelige påvirkninger av blått lys om natten som er nevnt ovenfor
• Reflekterende skjerming og nedadgående vinkel - Lyset rettes ved hjelp av det reflekterende materialet inne i skjermingsmodulen og vinkles ned slik at det dekker et større område uten å øke lysspredningen
• Lys/mørk modus - Lys og sensorer som ikke trengs deaktiveres når det er lyst for å spare energi
• Værresponsiv - Tar temperatur- og fuktighetsavlesninger og reduserer intensiteten når den er utsatt for mer lysspredning
• Miljøvennlig - Smart energisystem som bruker solcellepanel til å lade batteri med lett tilgjengelig sollys for å redusere tilførsel av fossilt brensel til atmosfæren
• Sentral skjerm - OLED -skjerm viser sensorverdier og belysningssystemmodus, mer tilgjengelig for både generelle brukere og administratorer
• Datalogging - Sensordata lagres på et SD -kort, slik at de kan analyseres for å forbedre modellen ytterligere og kalibrere til miljøet

Rekvisita

Struktur -

• 2 11 "x 14" skumplater
• 2 Popsicle Pinner
• 6 "x 6" firkant av aluminiumsfolie
• 3 Green Pipe Cleaners
• 1 dyvelstang (1/2 "diameter)
• 3 brede sugerør
• Sand
• Gul, grønn, blå, brun og sort konstruksjonspapir

Elektronikk -

• 3 RGB lysdioder
• Ultralydsensor
• DHT temperatur-/fuktighetssensor
• Fotoresistor (Snap Circuits Kit, eller fra Arduino Kit)
• Mini solcellepanel
• Mini OLED -skjerm
• Micro SD -kortleser
• Micro SD -kort
• 2 Arduinos
• 2 DC-til-9 volt strømkontakter
• 2 9 volt batterier
• Brødbrett
• 100 kOhm motstand
• 6 100 Ohm motstander
• Diode likeretter
• Arduino IDE (installert for å kjøre kode)
• Alligator Clip-to-Male, Male-to-Female og Male-to-Male Wires

(Klikk her for å kjøpe Arduino UNO Starter Kit med sensorer, ledninger, osv.)

Utstyr -

• Varm limpistol
• X-Acto kniv
• Saks
• Limpinne
• Flytende lim
• Pensel
• Avbitertang

Trinn 1: Bygg miljøet

1. Ta skumplatene og lim dem sammen med de lengre sidene i skyll med hverandre for å skape en større base for modellen din.
2. Bryt ispinnene i to og varm lim dem med jevne mellomrom og vinkelrett langs linjen der de to brettene møtes. Dette er for å forsterke leddet.
3. Merk dowel-stangen i 4 2-tommers stykker og skjær dem med X-Acto-kniven.
4. Lag hull i 4 hjørner av brettet omtrent 1,5”fra kantene og varm lim pluggene i. Sørg for at dyvlene er vinkelrett på brettet fra alle vinkler.
5. Snu brettet og sjekk om det er nivå (det skal være som et mini-bord). Klipp ut stykker byggepapir for å danne veien, gresset, fortauet og skillelinjen.
6. Lim disse bitene på brettet med limpinnen for å vise miljøet for belysningssystemet.
7. Bruk pensel til å spre flytende lim på den tomme siden av brettet. Før det tørker, tilsett sand og klapp jevnt i limet til det fester seg. Bruk deretter blått papir for å simulere vann på denne "stranden".
8. Vri rørrenserne i form av to havskilpadder for å representere dyrene som lever i målmiljøet.

Trinn 2: Legg til lysene

1. Skjær sugerørene i to for å danne stolpene til lysene dine.
2. Lag 3 hull med like mellomrom gjennom brettet i skillet som går mellom stranden og fortauet. Test for å se om halmen passer, hvis ikke gjør de større.
3. Lim aluminiumsfolien til et stykke svart konstruksjonspapir av samme størrelse med en limpinne. Spor den vedlagte malen på papiret 3 ganger og skjær ut figurene for å danne skjermen for lyset.
4. Lag et hull i midten av hver skjerming for LED -en. Start i det små og øk bare i små trinn til LED -en passer, men ikke faller gjennom.
5. Brett inn de 4 sidene av skjermen (med folien opp). Bruk små tape -bånd for å feste sidene og gjøre det til 3D.
6. Bøy lysdelen av lysdiodene ned slik at de danner en vinkel på 60º når ledningene er vertikale.
7. Fest 3 mannlige til kvinnelige ledninger til sine respektive ledninger: svart for bakken, grønt for den grønne verdien og rødt for den røde verdien. Den blå pinnen er ubrukt til dette prosjektet. Tre ledningene gjennom halmlysstolpene.
8. Varm lim skjermen på hver LED bakfra, pass på at du ikke berører komponentene eller metallledningene direkte.
9. Stikk ledningene og bunnen av sugerørene gjennom hullene i brettet. Bruk varmt lim for å feste polene vinkelrett på basen fra alle retninger.

Trinn 3: Legg til sensorene

1. Klipp en spalte for ultralydsensoren ved enden av veien, omtrent 0,5”fra kanten av brettet. Skyv sensoren inn slik at den er vinkelrett på basen sett fra siden og fest med varmt lim. Dette er ekstremt viktig, så avlesningene er nøyaktige og signalene spretter av objektet, ikke brettet.
2. I hjørnet på motsatt side av veien skjærer du hull som passer til OLED- og DHT -pinnene. En igjen festes med varmt lim uten å sette noen av de elektriske komponentene i fare.
3. Bruk tape for å feste fotoresistoren på barrieren og før det første lyset. Denne Photoresistor -modulen er en gave som Elenco, skaperen av Snap Circuits, gir som en donasjon til programmet.
4. Til slutt kobler du sensorene til Arduino ved å bruke brødbrettet og de medfølgende kretsdiagrammene. Sørg for å koble de 2 Arduinoene sammen, og bare ha SD -kortkretsen på den andre Arduinoen, som er kjent som "ansatt". Den andre, med alle sensorene, er "sjefen".

Trinn 4: Legg til koden

1. Før du fortsetter, gå gjennom flytskjemaene for å forstå prinsippene for koden som er gitt og hvordan den fungerer i modellen.
2. Installer Arduino IDE -programvare på datamaskinen. Last ned koden fra den vedlagte Google Disk -mappen. Installer og inkluder SPI-, Wire- og DHT-, Adafruit_GFX- og Adafruit_SSD1306 -bibliotekene fra Library Manager hvis kompilatoren ber om det.
3. Endre pin -numrene for å matche kretsen din, om nødvendig. Ignorer dette trinnet hvis du brukte de samme pinnene som de medfølgende kretsdiagrammene.

Trinn 5: Test modellen

1. Last opp den respektive koden til hver Arduino og koble til batteripakker for strøm.
2. Kjør programmet så lenge som nødvendig for å samle inn data, SD -transkripsjonen starter automatisk.

Vedlagt er dataene vi samlet inn gjennom en innendørs prøveversjon av modellen vår. På grunn av værforhold og sikkerhetsproblemer kunne vi dessverre ikke teste det utendørs, men det gir fortsatt bevis på konsept og informasjon om testmiljøet.

Gjennom prøveperioden forble temperatur- og fuktighetsavlesningene relativt de samme på grunn av den interne tilstandsreguleringen i testmiljøet (et hus). Det er noen periodiske pigger, men de utgjør sannsynligvis feil på grunn av deres sjeldne og manglende korrelasjon. Avstanden endres heller ikke utenfor feilmargin fordi det ikke var noen virkelige biler av mennesker som beveget seg i miljøet. Men hvis dette var en modell i full skala, ville avstanden trolig være den mest variable faktoren på grunn av de stadig skiftende aktivitetsnivåene i området og mangel på forutsigbarhet for disse mønstrene. Siden modellen ble stasjonert nær et vindu, svinger imidlertid fotoresistorverdiene faktisk drastisk. Når modellen først ble startet om natten, leste de i sub 50 -serien. Etter hvert som solen går opp og omgivelsesbelysningen blir lysere, stiger fotoresistorverdiene tilsvarende. Etter det synker grafen igjen når persiennene lukkes i testområdet, men de skyter opp igjen når den kunstige rombelysningen slås på. Avslutningsvis er det gjennom disse innsamlede dataene klart bevist at modellen vår faktisk nøyaktig rapporterer data om omgivelsene, og at denne informasjonen kan brukes til å endre systeminnstillingene for å gjenspeile forholdene den er i og bidra til å redusere lysforurensning som en hel.

Trinn 6: Feilsøk

Ingenting skjer? Prøv disse trinnene for å fikse problemet:

Før du begynner -

• Sørg for at koden kompileres og lastes opp riktig til begge Arduinos. Hvis kompilatoren viser en feilmelding, må du gjøre endringer avhengig av hva den sier. Noen vanlige problemer er feil/mangel på biblioteker, manglende semikolon eller feil port valgt for USB -tilkoblingen.
• Se etter ledninger og batterilading. Kontroller at strøm- og bakkeskinnene på brødbrettet er koblet til Arduino.

Lyser ikke lyset? -

• Sørg for at OLED sier "Mørk modus aktivert". Det smarte systemet deaktiverer lysdiodene under "lysmodus" for å spare energi og forhindre unødvendig bruk.
• Se om lysdiodene dine er utbrent med en enkel kode for å slå dem på og av. Ikke glem å inkludere en motstand når du tester.

OLED slås ikke på? -

• Koble den "ansatte" Arduino til datamaskinen og åpne den serielle skjermen for å sikre at verdiene leses.
• Prøv å slette den eksisterende filen på SD -kortet og kjør koden igjen.

SD -kort leser ikke data? -

• Kontroller at SD -kortet er satt i leseren og at det er riktig.
• Sørg for at det er tilstrekkelig lagringsplass tilgjengelig for dataene på kortet.

Noe annet? -

Ta kontakt med oss, så kan vi hjelpe deg med å løse problemet

Trinn 7: Konklusjon

Alt i alt er illuMOONation den ideelle omfattende belysningsløsningen for vannbelysning over hele verden. Dens unike egenskaper har aldri blitt sett før i belysningsmarkedet, og virkningen det har på å redusere lysforurensning, samtidig som det er miljøbevisst og gunstig for både mennesker og dyrearter, er uten sidestykke. Vi vet imidlertid at belysning ikke er perfekt. På grunn av den begrensede tidsrammen og materialene som er gitt for prosjektet, klarte vi ikke å lage en fullskala modell og teste den i et ekte utemiljø. Men med DIN hjelp kan vi ta belysning til neste nivå og bygge det inn i vårt daglige liv, for en bedre verden for alt liv på jorden.

Fremtidsplaner -

Våre neste trinn med dette prosjektet vil være å legge til flere komponenter og programmere dem for å passe miljøet også. For eksempel vil det være fordelaktig å inkludere mer følsomme sensorer for å skille mellom dyr og kjøretøy/menneskelig aktivitet, da det ikke er nødvendig å slå på lysene for å passere dyreliv. I tillegg planlegger vi å ha en IR -sender og mottaker på hver lyspost, som danner en "usynlig vegg" foran på stranden. "Veggen" ville bare bli aktivert om natten i skilpaddenes hekkesesong, og ville høres en svak summer for å signalisere når noen har krysset inn i strandområdet. Dette er nok en påminnelse om å ta hensyn til det opprinnelige dyrelivet og forhindre at enda flere av dem blir skadet. Vi ville også elske å kunne implementere solkraftsystemet hvis vi får tilstrekkelige materialer, ettersom energieffektivitet er en annen viktig faktor for å redusere den menneskeskapte effekten på vår verden i dag. Vi vil også gjerne samarbeide med andre team og inkorporere ideene våre sammen for å lage en løsning som løser en rekke problemer angående lysforurensning og virkelig er den altomfattende belysningsløsningen.

Utfordringer og prestasjoner -

Å fullføre Astro-Science Workshop uten å faktisk komme til Adler var en endring som ingen kunne spådd. Det har vært spesielt vanskelig å samarbeide om et ingeniørprosjekt gjennom Zoom fordi vi ikke kan se hva hver enkelt gjør i sitt eget hjem, så det er vanskelig å feilsøke og fikse problemer etter hvert som de oppstår. Vi brukte imidlertid visse mekanismer for å sikre at vi holder tritt med planen vår, og alle er alltid klar over hva hver enkelt gjør. Et høydepunkt var regnearket Project Tracking der vi avgrenset hver av oppgavene, beskrivelse, status, hvem som skal fullføre dem og prosjektets generelle fremgang. Dette gjorde det mulig for oss å jobbe mer effektivt, ettersom vi kunne sjekke hverandre og hjelpe etter behov, og tillot oss å utvikle kommunikasjonsevner som vil være viktige, spesielt i de kommende månedene.

Bekreftelser -

Et stort rop til vår fantastiske instruktør Jesus Garcia for å lære oss å bruke alle de forskjellige komponentene og gi oss muligheten til å delta i dette programmet, selv i fjerntliggende omgivelser. I tillegg, tusen takk til Geza Gyuk, Chris Bresky og Ken Walczak for all hjelp gjennom hele tiden. Din innsikt har virkelig forbedret våre ferdigheter utover omfanget av våre prosjekter, og vi vil ta med oss de lærdommene vi har i fremtiden. Vi vil også uttrykke vår oppriktige takknemlighet til Kelly Borden og alle på Adler Planetarium for at de arrangerte dette programmet år etter år og lot lidenskapelige tenåringer som oss selv delta i STEM -feltet og astronomi i vår egen hjemby. Og sist, men ikke minst, takk til hver og en av våre ASW -kolleger for å være en så morsom, relatabel og støttende gruppe. De siste tre ukene med å bli kjent og bli venner har vært ulikt alt vi noen gang kunne ha forestilt oss, og det var en opplevelse som vil vare livet ut.

ZIP -fil -

Klikk HER for å få tilgang til alt materialet du trenger for å lage en modell for belysning hjemme!