IlluMOONation - en smart belysningsmodell: 7 steg

2024 Författare: John Day | [email protected]. Senast ändrad: 2024-01-30 12:37

Har du någonsin tittat upp på natthimlen och inte kunnat se några stjärnor?

Miljoner barn över hela världen kommer aldrig att uppleva Vintergatan där de bor på grund av den ökade och utbredda användningen av artificiellt ljus på natten som inte bara försämrar vår syn på universum utan påverkar vår miljö, säkerhet, energiförbrukning och hälsa negativt..

Under tre miljarder år existerade livet på jorden i en rytm av ljus och mörker som skapades enbart genom belysning av solen, månen och stjärnorna. Nu överväldigar konstgjorda ljus mörkret och våra städer lyser på natten, stör det naturliga dag-natt-mönstret och förskjuter den känsliga balansen i vår miljö. En art som särskilt skadas av detta fenomen är havssköldpaddor.

När havssköldpaddor föds ser de på månen som en ljuskälla för att leda dem till havet för säkerhet. Men nuförtiden har gatlyktor vid stränder blivit så ljusa att sköldpaddor ofta hamnar på gatan och dör av antingen uttorkning, rovdjur eller blir överkörda av fordon på vägen. Andra nattliga djur skadas också av dessa skarpa ljus, men inte i samma utsträckning som sköldpaddor. Den ökade användningen av dessa svala tonade lampor på natten kan få dem att avvika från sin normala dygnsrytm och kompensera deras biologiska funktion, ibland till och med dödens omfattning.

För människor påverkar blått ljus våra melatoninnivåer, vilket leder till mindre sömn och en mängd andra problem som kommer som ett resultat. Forskning tyder på att artificiellt ljus på natten kan öka riskerna för fetma, depression, sömnstörningar, diabetes, bröstcancer och mer.

Om du har läst så här långt kanske du frågar, vad kan vi göra för att hjälpa? Tja, helt enkelt släcka dina lampor när de inte behövs och ändra färgen på dina lampor till röda och gula är en bra början. Men vi behöver ett system som kan implementeras i städer runt om i världen för att verkligen påverka och vända den förödande vägtull som ljusföroreningar har tagit på vår jord.

Vi här på SEAside Lighting Co. har kommit fram till den perfekta lösningen. Vi presenterar för dig: belysning -vårt alldeles egna smarta belysningssystem bestående av miljövänliga gatlyktor gjorda med grundläggande sensorer och lysdioder. illuMOONation är inte bara objektaktiverad och miljöstyrd, utan också något DU kan göra hemma! Fascinerad? Tja, läs vidare för att ta reda på hur du skapar din egen version av denna Smart Lighting Model … och kanske en dag gör det till en fullskalig verklighet!

Nyckelfunktioner:

• Rörliga lampor - Ultraljudssensor detekterar var ett föremål befinner sig och tänder respektive ljus, medan resten förblir släckt
• Ensidig-På havssidan och peka bort från stranden så att djur som kommer till stranden på natten inte distraheras av bländningen, samtidigt som de ger fordon och fotgängare fullgata täckning
• Rödtonade ljus - Nattdjur har förbättrade förmågor att se kortare våglängder, så varmare toner påverkar dem inte lika mycket, också bättre för människor på grund av skadliga effekter av blått ljus på natten som nämns ovan
• Reflekterande skärmning och nedåtgående vinkel - Ljuset riktas med hjälp av det reflekterande materialet inuti avskärmningsmodulen och vinklas nedåt så att det täcker ett större område utan att öka ljusspridningen
• Ljus/mörkt läge - Ljus och sensorer som inte behövs avaktiveras när det är ljust för att spara energi
• Väderkänslig - Tar temperatur- och luftfuktighetsavläsningar och minskar intensiteten när den är benägen för mer ljusspridning
• Miljövänligt - Smart energisystem som använder solpanel för att ladda batteri med lättillgängligt solljus för att minska tillsatsen av fossila bränslen till atmosfären
• Central display - OLED -skärm visar sensorvärden och belysningssystemläge, mer tillgängligt för både allmänna användare och administratörer
• Dataloggning - Sensordata lagras på ett SD -kort så att det kan analyseras för att ytterligare förbättra modellen och kalibrera till miljön

Tillbehör

Struktur -

• 2 11 "x 14" skumbrädor
• 2 Popsicle Pinnar
• 6 "x 6" kvadrat av aluminiumfolie
• 3 Green Pipe Cleaners
• 1 stångstång (1/2 "diameter)
• 3 breda sugrör
• Sand
• Gult, grönt, blått, brunt och svart konstruktionspapper

Elektronik -

• 3 RGB -lysdioder
• Ultraljudssensor
• DHT temperatur-/fuktighetssensor
• Fotoresistor (Snap Circuits Kit, eller från Arduino Kit)
• Mini solpanel
• Mini OLED -skärm
• Micro SD -kortläsare
• Micro SD -kort
• 2 Arduinos
• 2 DC-till-9 volt strömkontakter
• 2 9 volts batterier
• Bakbord
• 100 kOhm motstånd
• 6 100 Ohm motstånd
• Diodlikriktare
• Arduino IDE (installerat för att köra kod)
• Alligator Clip-to-Male, Male-to-Female och Male-to-Male Wires

(Klicka för att HÄR köpa Arduino UNO Starter Kit med sensorer, ledningar, etc)

Utrustning -

• Lim pistol
• X-Acto Kniv
• Sax
• Lim stift
• Flytande lim
• Pensel
• Avbitartång

Steg 1: Bygg miljön

1. Ta skumbrädorna och hetlimma dem tillsammans med de längre sidorna, spola med varandra för att skapa en större bas för din modell.
2. Bryt popsicle -pinnarna på mitten och varmlim dem med lika avstånd och vinkelrätt längs linjen där de två brädorna möts. Detta för att förstärka leden.
3. Markera stången i 4 2-tums bitar och skär dem med X-Acto-kniven.
4. Gör hål i 4 hörn av brädet cirka 1,5”från kanterna och hetlimma in pluggbitarna i. Se till att pluggarna är vinkelräta mot brädet från alla vinklar.
5. Vänd på brädet och kontrollera om det är plant (det ska vara som ett minibord). Klipp ut bitar av byggpapper för att bilda vägen, gräset, trottoaren och avdelaren.
6. Lim dessa bitar på brädet med hjälp av limpinnen för att visa miljön för belysningssystemet.
7. Använd penseln för att sprida flytande lim på den tomma sidan av brädet. Innan det torkar, tillsätt sand och klappa jämnt i limmet tills det fastnar. Använd sedan blått papper för att simulera vatten på denna "strand".
8. Vrid rörrensarna i form av två havssköldpaddor för att representera djuren som lever i målmiljön.

Steg 2: Lägg till lamporna

1. Skär sugrören i halva för att bilda stolparna för dina lampor.
2. Gör 3 lika stora hål genom brädan i avdelaren som löper mellan stranden och trottoaren. Testa om halmen passar, om inte göra dem större.
3. Lim aluminiumfolien på en bit svart konstruktionspapper av samma storlek med hjälp av en limpinne. Spåra den bifogade mallen på papperet 3 gånger och klipp ut formerna för att bilda skärmen för ljuset.
4. Gör ett hål i mitten av varje skärmning för lysdioden. Börja smått och öka bara i små steg tills lysdioden passar men inte faller igenom.
5. Vik in de fyra sidorna av skärmen (med folien uppåt). Använd små tejpremsor för att ansluta sidorna och göra det till 3D.
6. Böj ned ljusdelen av lysdioderna så att de bildar en 60º vinkel när ledningarna är vertikala.
7. Fäst 3 man-till-hon-ledningar till sina respektive ledningar: svart för mark, grönt för det gröna värdet och rött för det röda värdet. Den blå nålen är oanvänd för detta projekt. Trä trådarna genom halmljusstolparna.
8. Varma lim skärmen på varje LED från baksidan, var noga med att inte röra komponenterna eller metallledningarna direkt.
9. Stick trådarna och botten av sugrörena genom hålen i brädet. Använd varmt lim för att fästa stolparna vinkelrätt mot basen från alla håll.

Steg 3: Lägg till sensorerna

1. Klipp en slits för ultraljudssensorn i slutet av vägen, cirka 0,5”från brädans kant. Skjut in sensorn så att den är vinkelrätt mot basen från en sidovy och säkra med varmt lim. Detta är extremt viktigt så att avläsningarna är korrekta och signalerna studsar från objektet, inte kortet.
2. I hörnet på motsatt sida av vägen, skär hål för att passa OLED- och DHT -stiften. En igen säkra med varmt lim utan att äventyra någon av de elektriska komponenterna.
3. Använd tejp för att fästa fotoresistorn på barriären och före det första ljuset. Denna fotoresistormodul är en gåva som vänligen tillhandahålls av Elenco, skaparen av Snap Circuits, som en donation till programmet.
4. Slutligen, anslut sensorerna till Arduino med hjälp av brödbrädan och de medföljande kretsscheman. Se till att ansluta de två Arduinos tillsammans och bara ha SD -kortkretsen på den andra Arduino, som är känd som "anställd". Den andra, med alla sensorer, är”chefen”.

Steg 4: Lägg till koden

1. Innan du fortsätter, gå igenom flödesscheman för att förstå principerna för den angivna koden och hur den fungerar i modellen.
2. Installera Arduino IDE -programvara på datorn. Ladda ner koden från den bifogade mappen Google Drive. Installera och inkludera SPI-, Wire- och DHT-, Adafruit_GFX- och Adafruit_SSD1306 -biblioteken från Library Manager om kompilatorn uppmanar till.
3. Ändra stiftnumren för att matcha din krets, om det behövs. Ignorera detta steg om du använde samma stift som de medföljande kretsscheman.

Steg 5: Testa modellen

1. Ladda upp respektive kod till varje Arduino och anslut till batterier för ström.
2. Kör programmet så länge som det behövs för att samla in data, SD -transkriptionen startar automatiskt.

Bifogad information som vi samlat in genom en inomhusprovning av vår modell. Tyvärr på grund av väderförhållanden och säkerhetsproblem kunde vi inte testa det utomhus, men det ger fortfarande bevis på koncept och information om testmiljön.

Under testperioden förblev temperatur- och luftfuktighetsavläsningarna relativt desamma på grund av den interna tillståndsregleringen i testmiljön (ett hus). Det finns några periodiska toppar, men de uppgår sannolikt till fel med tanke på deras sällsynta och bristande korrelation. Avståndet ändras inte heller utanför felmarginalen eftersom det inte fanns några riktiga bilar av människor som rörde sig i miljön. Men om detta var en fullskalig modell, skulle avståndet troligen vara den mest variabla faktorn på grund av de ständigt föränderliga aktivitetsnivåerna i området och bristen på förutsägbarhet för dessa mönster. Eftersom modellen var stationerad nära ett fönster fluktuerar dock fotoresistorvärdena drastiskt. När modellen först startas på natten läser de i sub 50 -serien. Men när solen går upp och den omgivande belysningen blir ljusare, stiger fotoresistorvärdena i enlighet därmed. Därefter sjunker diagrammet igen när persiennerna stängs i testområdet, men de skjuter upp igen när den artificiella rumsbelysningen slås på. Sammanfattningsvis är det genom dessa insamlade data tydligt bevisat att vår modell i själva verket exakt rapporterar data om sin omgivning, och att den informationen kan användas för att ändra systeminställningarna för att återspegla de förhållanden den befinner sig i och bidra till att minska ljusföroreningar som en hel.

Steg 6: Felsök

Inget händer? Prova dessa steg för att åtgärda problemet:

Innan du börjar -

• Se till att koden kompileras och laddas upp korrekt till båda Arduinos. Om kompilatorn visar ett felmeddelande, gör ändringar beroende på vad den säger. Några vanliga problem är felaktiga/brist på bibliotek, saknat semikolon eller felaktig port vald för USB -anslutningen.
• Kontrollera om det finns ledningar och batteriladdning. Se till att ström- och jordskenorna på panelen är anslutna till Arduino.

Lyser inte lamporna? -

• Se till att OLED säger "Dark Mode Activated". Det smarta systemet inaktiverar lysdioderna under "ljusläge" för att spara energi och förhindra onödig användning.
• Se om dina lysdioder är utbrända med en enkel kod för att slå dem på och av. Glöm inte att inkludera ett motstånd när du testar.

OLED slås inte på? -

• Anslut "anställd" Arduino till datorn och öppna den seriella bildskärmen för att säkerställa att värdena läses.
• Försök ta bort den befintliga filen på SD -kortet och kör koden igen.

SD -kort läser inte data? -

• Se till att SD -kortet sitter i läsaren och att det är korrekt.
• Se till att det finns tillräckligt med lagringsutrymme för data på kortet.

Något annat? -

Kontakta oss så hjälper vi dig att lösa problemet

Steg 7: Slutsats

Sammantaget är illuMOONation den idealiska omfattande belysningslösningen för vattenbelysning över hela världen. Dess unika egenskaper har aldrig setts tidigare på belysningsmarknaden, och den påverkan den har på att minska ljusföroreningar samtidigt som den är miljömedveten och fördelaktig för både människor och djurarter är oöverträffad. Vi vet dock att belysning inte är perfekt. På grund av den begränsade tidsramen och materialet för projektet kunde vi inte göra en fullskalig modell och testa den i en verklig utomhusmiljö. Men med DIN hjälp kan vi ta belysning till nästa nivå och bädda in den i vårt dagliga liv, för en bättre värld för allt liv på jorden.

Framtida planer -

Våra nästa steg med detta projekt skulle vara att lägga till ytterligare komponenter och programmera dem så att de passar miljön också. Till exempel skulle det vara fördelaktigt att inkludera mer känsliga sensorer för att skilja mellan djur och fordon/mänsklig aktivitet, eftersom det inte är nödvändigt att tända lamporna för att passera vilda djur. Dessutom planerar vi att ha en IR -sändare och mottagare på varje ljusstolpe som bildar en "osynlig vägg" framför stranden. "Väggen" skulle bara aktiveras på natten under sköldpaddans uppfödningssäsong, och skulle låta en mjuk summer för att signalera när någon har tagit sig in i strandområdet. Detta är ännu en påminnelse om att ta hänsyn till det inhemska djurlivet och förhindra att ännu fler av dem skadas. Vi skulle också älska att kunna implementera solenergisystemet om de får tillräckliga material, eftersom energieffektivitet är en annan viktig faktor för att minska den antropogena effekten på vår värld idag. Vi vill också gärna samarbeta med andra team och införliva våra idéer tillsammans för att skapa en lösning som löser en mängd problem när det gäller ljusföroreningar och som verkligen är den allomfattande belysningslösningen.

Utmaningar och prestationer -

Att slutföra Astro-Science Workshop utan att faktiskt komma till Adler var en förändring som ingen hade kunnat förutse. Det har varit särskilt svårt att samarbeta på ett teknikprojekt genom Zoom eftersom vi inte kan se vad varje person gör i sitt eget hem, så det är svårt att felsöka och åtgärda problem när de uppstår. Vi använde dock vissa mekanismer för att se till att vi håller oss på rätt spår med vår plan och alla är alltid medvetna om vad varje person gör. En höjdpunkt var vårt kalkylblad för projektspårning där vi avgränsade var och en av uppgifterna, deras beskrivning, status, vilka som ska slutföra dem och projektets övergripande framsteg. Detta gjorde det möjligt för oss att arbeta mer effektivt eftersom vi kunde kolla upp varandra och hjälpa till vid behov, och gjorde det möjligt för oss att utveckla kommunikationskunskaper som kommer att vara viktiga, särskilt under de kommande månaderna.

Erkännanden -

Ett stort skrik till vår fantastiska instruktör Jesus Garcia för att han lärde oss att använda alla olika komponenter och gav oss möjlighet att delta i detta program, även i en avlägsen miljö. Dessutom ett stort tack till Geza Gyuk, Chris Bresky och Ken Walczak för all hjälp under hela tiden. Din insikt har verkligen förbättrat våra färdigheter utöver omfattningen av våra projekt och vi kommer att bära de lärdomar vi lärt oss i framtiden. Vi vill också uttrycka vår uppriktiga tacksamhet till Kelly Borden och alla på Adler Planetarium för att de arrangerade detta program år efter år och tillät passionerade tonåringar som oss själva att ägna sig åt STEM -fältet och astronomi i vår egen hemstad. Och sist men inte minst, tack till var och en av våra ASW -kamrater för att vara en så rolig, relaterbar och stödjande grupp. De senaste tre veckorna av att lära känna varandra och bli vänner har inte varit något annat än vi någonsin kunnat föreställa oss, och det var en upplevelse som kommer att vara livet ut.

Zip fil -

Klicka HÄR för att komma åt allt material du behöver för att göra en modell av belysning hemma!