IlluMOONation - model pametnog osvjetljenja: 7 koraka

2024 Autor: John Day | [email protected]. Zadnja promjena: 2024-01-30 09:32

Jeste li ikada pogledali u noćno nebo i niste mogli vidjeti zvijezde?

Milijuni djece širom svijeta nikada neće doživjeti Mliječni put gdje žive zbog povećane i raširene uporabe umjetne svjetlosti noću koja ne samo da narušava naš pogled na svemir, već i negativno utječe na naš okoliš, sigurnost, potrošnju energije i zdravlje.

Tri milijarde godina život na Zemlji postojao je u ritmu svjetla i mraka koji je nastao isključivo osvjetljavanjem Sunca, Mjeseca i zvijezda. Umjetna svjetla nadvladavaju tamu, a naši gradovi sjaje noću, narušavajući prirodni obrazac dan-noć i mijenjajući osjetljivu ravnotežu našeg okoliša. Jedna vrsta kojoj ovaj fenomen posebno nanosi štetu su morske kornjače.

Kad se rode morske kornjače, gledaju u Mjesec kao izvor svjetla koji ih vodi do oceana radi sigurnosti. No, ovih su dana ulične svjetiljke uz plaže postale toliko svijetle da ih kornjače često slijede na ulice, umirući od dehidracije, predatora ili su ih pregazila vozila na cesti. Ove noćne svjetlosti oštećuju i druge noćne životinje, iako ne u istoj mjeri kao kornjače. Povećana upotreba ovih svjetala hladnog tona noću može ih natjerati da se odmaknu od normalnog cirkadijalnog ritma i poremete njihovu biološku funkciju, ponekad čak i do smrti.

Za ljude, plavo svjetlo utječe na našu razinu melatonina, što dovodi do manje sna i mnoštva drugih problema koji nastaju kao posljedica. Istraživanja sugeriraju da umjetno svjetlo noću može povećati rizik od pretilosti, depresije, poremećaja spavanja, dijabetesa, raka dojke i drugih.

Ako ste do sada pročitali, možda ćete se pitati, čime možemo pomoći? Pa, jednostavno isključite svjetla kad nisu potrebna i promijenite boju svjetla u crveno i žuto dobar je početak. Međutim, potreban nam je sustav koji se može implementirati u gradovima diljem svijeta kako bi doista utjecali i preokrenuli razorne žrtve koje je svjetlosno zagađenje ponijelo na našu Zemlju.

Mi ovdje u tvrtki SEAside Lighting Co. došli smo do savršenog rješenja. Predstavljamo vam: illuMOONation -naš vlastiti pametni sustav osvjetljenja koji se sastoji od ekološki prihvatljivih uličnih svjetiljki napravljenih s osnovnim senzorima i LED diodama. illuMOONation nije samo objekt aktiviran i kontroliran okolišem, već i nešto što MOŽETE napraviti kod kuće! Zaintrigirano? Pa, čitajte dalje kako biste saznali kako stvoriti vlastitu verziju ovog modela pametnog osvjetljenja … i možda ga jednog dana pretvorite u stvarnost u punoj veličini!

Glavne značajke:

• Pokretna svjetla - Ultrazvučni senzor detektira gdje se objekt nalazi i uključuje odgovarajuće svjetlo, dok ostatak ostaje isključen
• Jednostrano-Na obali oceana i usmjereno od plaže, tako da životinje koje dolaze na obalu noću ne ometaju odsjaj, dok i dalje pružaju potpunu pokrivenost vozila i pješake
• Svjetla crvenih tonova - noćne životinje imaju poboljšane sposobnosti da vide kraće valne duljine, pa topliji tonovi ne utječu na njih toliko, također bolje za ljude zbog štetnih utjecaja plavog svjetla noću koji su gore spomenuti
• Reflektirajuća zaštita i kut prema dolje - Svjetlost se usmjerava pomoću reflektirajućeg materijala unutar zaštitnog modula i nagnuta je prema dolje tako da pokriva veće područje bez povećanja rasipanja svjetlosti
• Svjetlo/Tamni način rada - Svjetla i senzori koji nisu potrebni isključuju se ako je svijetlo radi uštede energije
• Otporan na vremenske uvjete - Uzima očitanja temperature i vlažnosti i smanjuje intenzitet kada je sklon većem rasipanju svjetlosti
• Ekološki prihvatljiv - Pametni energetski sustav koji koristi solarnu ploču za punjenje baterija sa lako dostupnom sunčevom svjetlošću za smanjenje dodavanja fosilnih goriva u atmosferu
• Središnji zaslon - OLED zaslon prikazuje vrijednosti senzora i način rada svjetlosnog sustava, pristupačniji i općim korisnicima i administratorima
• Zapisivanje podataka - Podaci senzora pohranjeni su na SD kartici tako da se mogu analizirati radi daljnjeg poboljšanja modela i kalibrirati u okruženje

Pribor

Struktura -

• 2 Pločice od pjene 11 "x 14"
• 2 štapića za sladoled
• 6 "x 6" kvadrat aluminijske folije
• 3 sredstva za čišćenje zelenih cijevi
• 1 šipka za tiple (promjera 1/2 ")
• 3 široke slamke
• Pijesak
• Građevinski papir žute, zelene, plave, smeđe i crne boje

Elektronika -

• 3 RGB LED diode
• Ultrazvučni senzor
• DHT osjetnik temperature/vlažnosti
• Fotootpornik (Snap Circuits Kit ili Arduino Kit)
• Mini solarna ploča
• Mini OLED zaslon
• Čitač mikro SD kartica
• Micro SD kartica
• 2 Arduinosa
• 2 priključka za napajanje istosmjernim naponom do 9 volti
• 2 9 voltne baterije
• Oglasna ploča
• Otpornik od 100 kOhm
• 6 otpornika od 100 ohma
• Diodni ispravljač
• Arduino IDE (instaliran za pokretanje koda)
• Aligatorske žice za spajanje na muško, muško na žensko i muško na muško

(Kliknite OVDJE da biste kupili Arduino UNO Starter Kit sa senzorima, žicama itd.)

Oprema -

• Pištolj za vruće ljepilo
• X-Acto nož
• Škare
• Ljepilo
• Tekuće ljepilo
• Kist za bojanje
• Rezači žice

Korak 1: Izgradite okoliš

1. Uzmite pjenaste ploče i vruće ih zalijepite zajedno s duljim stranicama u ravnini jedna s drugom kako biste stvorili veću podlogu za svoj model.
2. Prelomite štapiće od sladoleda na pola i vruće ih zalijepite jednako udaljene i okomite duž linije gdje se spajaju dvije ploče. Ovo služi za jačanje spoja.
3. Označite šipku za tiple u 4 komada od 2 inča i izrežite ih nožem X-Acto.
4. Napravite rupe u 4 kuta ploče približno 1,5”od rubova i vruće zalijepite komade tipla. Provjerite jesu li tiple okomite na ploču iz svih kutova.
5. Preokrenite ploču i provjerite je li ravna (trebala bi biti poput mini stola). Izrežite komade građevinskog papira kako biste oblikovali cestu, travu, pločnik i razdjelnik.
6. Zalijepite ove komade na ploču pomoću ljepila kako biste prikazali okruženje za sustav rasvjete.
7. Kist za premazivanje nanesite tekuće ljepilo na praznu stranu ploče. Prije nego se osuši, dodajte pijesak i ravnomjerno utrljajte u ljepilo dok se ne zalijepi. Zatim upotrijebite plavi papir za simuliranje vode na ovoj "plaži".
8. Uvrnite čistače cijevi u oblik 2 morske kornjače kako biste predstavili životinje koje žive u ciljnom okruženju.

Korak 2: Dodajte svjetla

1. Prerežite slamke na pola kako biste oblikovali stupove za vaša svjetla.
2. Napravite 3 jednake rupe kroz ploču u razdjelniku koji se proteže između plaže i nogostupa. Testirajte da li slama odgovara, ako ne i povećajte je.
3. Aluminijsku foliju zalijepite štapićem za ljepilo na komad crnog građevinskog papira iste veličine. 3 puta ocrtajte priloženi predložak na papiru i izrežite oblike kako biste stvorili zaklon za svjetlo.
4. Napravite rupu u sredini svakog oklopa za LED diodu. Počnite s malim i povećavajte se samo u malim koracima sve dok LED ne stane, ali ne padne.
5. Presavijte 4 strane ekrana (s folijom prema gore). Upotrijebite male trake kako biste spojili stranice i učinili ih 3D.
6. Savijte svjetlosni dio LED dioda prema dolje tako da tvore kut od 60º kada su vodovi okomiti.
7. Priključite 3 žice muško-žensko na odgovarajuće vodiče: crna za masu, zelena za zelenu vrijednost i crvena za crvenu vrijednost. Plavi pin se ne koristi za ovaj projekt. Provucite žice kroz stupove slamnatog svjetla.
8. Vruće zalijepite oklop na svaku LED sa stražnje strane, pazeći da ne dotaknete izravno komponente ili metalne vodiče.
9. Provucite žice i dno slamki kroz rupe na ploči. Vrućim ljepilom učvrstite stupove okomito na bazu iz svih smjerova.

Korak 3: Dodajte senzore

1. Izrežite prorez za ultrazvučni senzor na kraju ceste, otprilike 0,5”od ruba ploče. Gurnite senzor unutra tako da bude okomit na podnožje sa strane i učvrstite ga vrućim ljepilom. To je iznimno važno kako bi očitanja bila točna i signali se odbijaju od objekta, a ne od ploče.
2. U kutu na suprotnoj strani ceste izrežite rupe tako da odgovaraju OLED i DHT iglama. Ponovno učvrstite vrućim ljepilom bez ugrožavanja bilo koje električne komponente.
3. Pomoću trake pričvrstite fotootpornik na barijeru i prije prvog svjetla. Ovaj fotootporni modul dar je koji je Elenco, tvorac Snap Circuits -a, ljubazno pružio kao donaciju programu.
4. Konačno, spojite senzore na Arduino pomoću matične ploče i priloženih dijagrama kruga. Obavezno spojite 2 Arduina i imajte krug SD kartice samo na drugom Arduinu, koji je poznat kao "zaposlenik". Drugi, sa svim senzorima, je "šef".

Korak 4: Dodajte kôd

1. Prije nego što nastavite, prođite kroz dijagrame toka kako biste razumjeli načela ponuđenog koda i kako on funkcionira u modelu.
2. Instalirajte Arduino IDE softver na računalo. Preuzmite kôd iz priložene mape Google pogona. Instalirajte i uključite biblioteke SPI, Wire i DHT, Adafruit_GFX i Adafruit_SSD1306 iz Upravitelja knjižnica ako prevoditelj to zatraži.
3. Ako je potrebno, promijenite brojeve pinova tako da odgovaraju vašem krugu. Zanemarite ovaj korak ako ste koristili iste pinove kao i priložene sheme spojeva.

Korak 5: Testirajte model

1. Prenesite odgovarajući kôd na svaki Arduino i spojite ga na baterije za napajanje.
2. Pokrenite program onoliko dugo koliko je potrebno za prikupljanje podataka, transkripcija SD kartice automatski će se pokrenuti.

U privitku se nalaze podaci koje smo prikupili unutarnjim ispitivanjem našeg modela. Nažalost, zbog vremenskih uvjeta i sigurnosnih problema nismo ga mogli testirati na otvorenom, no i dalje nudi dokaz koncepta i informacije o okruženju za testiranje.

Tijekom čitavog probnog razdoblja očitanja temperature i vlažnosti ostala su relativno ista zbog unutarnjih regulacija stanja u ispitnom okruženju (kuća). Postoji nekoliko povremenih skokova, ali oni vjerojatno predstavljaju greške s obzirom na njihovu rijetkost i nedostatak korelacije. Udaljenost se također ne mijenja izvan granica pogreške jer nije bilo pravih automobila ljudi koji su se kretali u okruženju. Međutim, da se radi o modelu punog opsega, udaljenost bi vjerojatno bila najpromjenjiviji faktor zbog stalno mijenjajućih razina aktivnosti u području i nedostatka predvidljivosti tih obrazaca. No, budući da je model bio postavljen blizu prozora, vrijednosti fotootpornika uistinu drastično variraju. Kada se model prvi put pokrene noću, čitaju se u rasponu ispod 50. Međutim, kako sunce izlazi i ambijentalno osvjetljenje postaje jače, vrijednosti foto otpornika rastu u skladu s tim. Nakon toga, grafikon se ponovno spušta kada se rolete zatvore u području ispitivanja, ali oni ponovno pucaju kad se uključi umjetno osvjetljenje prostorije. Zaključno, kroz ove prikupljene podatke jasno je dokazano da naš model zapravo točno izvješćuje podatke o svojoj okolici te da se te informacije mogu koristiti za promjenu postavki sustava tako da odražavaju uvjete u kojima se nalazi i pridonose smanjenju svjetlosnog zagađenja kao cijelo.

Korak 6: Rješavanje problema

Ništa se ne događa? Pokušajte riješiti problem pomoću ovih koraka:

Prije nego što počneš -

• Provjerite je li kod kompiliran i ispravno učitan na oba Arduinosa. Ako prevoditelj prikaže poruku o pogrešci, unesite promjene ovisno o tome što kaže. Neki uobičajeni problemi su netočni/nedostatak biblioteka, točka sa zarezom koja nedostaje ili pogrešan port odabran za USB vezu.
• Provjerite ožičenje i napunjenost baterije. Provjerite jesu li vodilice za napajanje i uzemljenje na matičnoj ploči spojene na Arduino.

Svjetla se ne pale? -

• Uvjerite se da na OLED -u piše "Tamni način rada aktiviran". Pametni sustav onemogućuje LED diode tijekom "svjetlosnog načina rada" radi uštede energije i sprječavanja nepotrebne upotrebe.
• Provjerite jesu li LED diode izgorjele pomoću jednostavnog koda za njihovo uključivanje i isključivanje. Prilikom testiranja ne zaboravite uključiti otpornik.

OLED se ne uključuje? -

• Spojite Arduino "zaposlenika" na računalo i otvorite serijski monitor kako biste bili sigurni da se vrijednosti čitaju.
• Pokušajte izbrisati postojeću datoteku na SD kartici i ponovo pokrenite kôd.

SD kartica ne čita podatke? -

• Provjerite je li SD kartica umetnuta u čitač i ispravno.
• Provjerite ima li na raspolaganju dovoljno prostora za pohranu podataka na kartici.

Još nešto? -

Kontaktirajte nas i mi ćemo vam pomoći riješiti problem

Korak 7: Zaključak

Sve u svemu, illuMOONation je idealno sveobuhvatno rješenje za osvjetljenje rive u cijelom svijetu. Njegove jedinstvene značajke nikada se prije nisu vidjele na tržištu rasvjete, a utjecaj koji ima na smanjenje svjetlosnog zagađenja istodobno je ekološki osviješten i koristan i za ljude i za životinjske vrste. Međutim, znamo da illuMOONation nije savršen. Zbog ograničenog vremenskog okvira i materijala predviđenih za projekt, nismo uspjeli izraditi cjeloviti model i testirati ga u stvarnom vanjskom okruženju. No, uz VAŠU pomoć, možemo osvijetliti novu razinu i ugraditi je u svoj svakodnevni život, za bolji svijet za sav život na Zemlji.

Planovi za buducnost -

Sljedeći koraci s ovim projektom bili bi dodavanje dodatnih komponenti i njihovo programiranje tako da odgovaraju i okolišu. Na primjer, bilo bi korisno uključiti osjetljivije senzore za razlikovanje aktivnosti životinja i vozila/ljudi, jer nije potrebno paliti svjetla za prolazak kroz divlje životinje. Osim toga, planiramo imati IR odašiljač i prijemnik na svakom svjetlosnom stupu, koji tvori "nevidljivi zid" ispred na plaži. "Zid" bi se aktivirao samo noću tijekom sezone uzgoja kornjača, a oglašavao bi se blagim zvučnim signalom kada je netko prešao na područje plaže. Ovo je još jedan podsjetnik da morate biti pažljivi prema domaćim divljim životinjama i spriječiti da ih još više nastrada. Također bismo voljeli biti u mogućnosti implementirati solarni sustav ako dobiju odgovarajuće materijale, jer je energetska učinkovitost još jedan važan čimbenik u smanjenju antropogenog učinka na današnji svijet. Također bismo voljeli surađivati s drugim timovima i udružiti naše ideje kako bismo stvorili jedno rješenje koje rješava mnoštvo problema u vezi sa svjetlosnim zagađenjem i uistinu je sveobuhvatno rješenje za rasvjetu.

Izazovi i postignuća -

Završetak Astronaučne radionice bez dolaska u Adler bila je promjena koju nitko nije mogao predvidjeti. Posebno je bilo teško surađivati na inženjerskom projektu putem Zooma jer ne možemo vidjeti što svaka osoba radi u svom domu, pa je teško riješiti probleme i riješiti ih kako se pojave. Međutim, upotrijebili smo određene mehanizme kako bismo bili sigurni da smo u skladu sa svojim planom i svi su uvijek svjesni što svaka osoba radi. Jedan od istaknutih trenutaka bila je naša proračunska tablica za praćenje projekta u kojoj smo opisali svaki od zadataka, njihov opis, status, tko će ih dovršiti i ukupni napredak projekta. To nam je omogućilo učinkovitiji rad zajedno jer smo se mogli međusobno provjeravati i pomagati po potrebi te nam je omogućilo da razvijemo komunikacijske vještine koje će biti neophodne, osobito u ovim nadolazećim mjesecima.

Zahvalnice -

Veliki poklič našem nevjerojatnom instruktoru Isusu Garciji koji nas je naučio koristiti sve različite komponente i pružio nam priliku da sudjelujemo u ovom programu, čak i u udaljenom okruženju. Osim toga, veliko hvala Gezi Gyuku, Chrisu Breskyu i Ken Walczak -u na vašoj pomoći tijekom cijelog trajanja. Vaš uvid doista je poboljšao naše vještine izvan okvira naših projekata, a pouke koje ćemo naučiti nosit ćemo u budućnosti. Također želimo izraziti iskrenu zahvalnost Kelly Borden i svima u Adler planetariju što su iz godine u godinu ugostili ovaj program i omogućili strastvenim tinejdžerima poput nas da se bave STEM područjem i astronomijom u vlastitom rodnom gradu. I na kraju, ali ne i najmanje važno, hvala svakom od naših vršnjaka iz ASW -a što ste bili tako zabavna, povezana grupa i grupa za podršku. Ova posljednja 3 tjedna međusobnog upoznavanja i prijateljstva bili su različiti od svega što smo mogli zamisliti, a to je iskustvo koje će trajati cijeli život.

ZIP datoteka -

Kliknite OVDJE za pristup svim materijalima koji su vam potrebni za izradu modela illuMOONation kod kuće!