IlluMOONation - en Smart Lighting Model: 7 trin

2024 Forfatter: John Day | [email protected]. Sidst ændret: 2024-01-30 08:25

Har du nogensinde set op på nattehimlen og ikke kunnet se nogen stjerner?

Millioner af børn over hele kloden vil aldrig opleve Mælkevejen, hvor de bor på grund af den øgede og udbredte brug af kunstigt lys om natten, der ikke kun forringer vores syn på universet, men påvirker vores miljø, sikkerhed, energiforbrug og sundhed negativt..

I tre milliarder år eksisterede livet på Jorden i en rytme af lys og mørke, der udelukkende blev skabt ved belysning af Solen, Månen og stjernerne. Nu overvælder kunstige lys mørket, og vores byer lyser om natten, forstyrrer det naturlige dag-nat-mønster og ændrer den sarte balance i vores miljø. En art, der især er skadet af dette fænomen, er havskildpadder.

Når havskildpadder fødes, ser de på månen som en lyskilde for at guide dem til havet for sikkerhed. Men i disse dage er gadelys ved strande blevet så lyse, at babyskildpadder ofte ender med at følge dem på gaden og dør enten af dehydrering, rovdyr eller bliver kørt over af køretøjer på vejen. Andre natdyr bliver også skadet af disse lysende lys, dog ikke i samme omfang som skildpadder. Den øgede brug af disse køligt tonede lys om natten kan få dem til at afvige fra deres normale døgnrytme og opveje deres biologiske funktion, nogle gange endda i dødsfald.

For mennesker påvirker blåt lys vores melatoninniveauer, hvilket fører til mindre søvn og en overflod af andre problemer, der kommer som følge heraf. Forskning tyder på, at kunstigt lys om natten kan øge risikoen for fedme, depression, søvnforstyrrelser, diabetes, brystkræft og mere.

Hvis du har læst så langt, spørger du måske, hvad kan vi gøre for at hjælpe? Nå, bare sluk dine lys, når de ikke er nødvendige, og skift farven på dine lys til rød og gul er en god start. Vi har dog brug for et system, der kan implementeres i byer over hele verden for virkelig at få indflydelse og vende den ødelæggende vejafgift, som lysforurening har påført vores jord.

Vi her hos SEAside Lighting Co. er kommet frem til den perfekte løsning. Vi præsenterer for dig: belysning -vores helt eget Smart Lighting System bestående af miljøvenlige gadelamper fremstillet med basale sensorer og lysdioder. illuMOONation er ikke kun objektaktiveret og miljøstyret, men også noget DU kan lave derhjemme! Interesseret? Godt, læs videre for at finde ud af, hvordan du opretter din egen version af denne Smart Lighting Model … og måske en dag gør det til en realitet i fuld skala!

Nøglefunktioner:

• Moving Lights - Ultralydssensor registrerer, hvor et objekt er placeret, og tænder det respektive lys, mens resten forbliver slukket
• Ensidig-På havsiden og peg væk fra stranden, så dyr, der kommer til land om natten, ikke bliver distraheret af blændingen, mens de stadig giver fuld gade-dækning til køretøjer og fodgængere
• Rødtonede lys - Natdyr har forbedrede evner til at se kortere bølgelængder, så varmere toner påvirker dem ikke så meget, også bedre for mennesker på grund af skadelige påvirkninger af blåt lys om natten, der er nævnt ovenfor
• Reflekterende afskærmning og nedadgående vinkel - Lyset rettes ved hjælp af det reflekterende materiale inde i afskærmningsmodulet og vinkles nedad, så det dækker et større område uden at øge lysspredningen
• Lys/mørk tilstand - Lys og sensorer, der ikke er nødvendige, deaktiveres, når det er lyst for at spare energi
• Vejrfølsom - Tager temperatur- og fugtighedsmålinger og reducerer intensiteten, når den er tilbøjelig til mere lysspredning
• Miljøvenligt - Smart energisystem, der bruger solpanel til at oplade batteri med let tilgængeligt sollys for at reducere tilsætning af fossile brændstoffer til atmosfæren
• Central display - OLED -skærm viser sensorværdier og belysningssystemtilstand, mere tilgængelig for både almindelige brugere og administratorer
• Datalogning - Sensordata gemmes på et SD -kort, så det kan analyseres for yderligere at forbedre modellen og kalibrere til miljøet

Forbrugsvarer

Struktur -

• 2 11 "x 14" skumplader
• 2 Popsicle Pinde
• 6 "x 6" firkant af aluminiumsfolie
• 3 grønne rørrensere
• 1 dyvelstang (1/2 "diameter)
• 3 brede sugerør
• Sand
• Gul, grøn, blå, brun og sort byggepapir

Elektronik -

• 3 RGB lysdioder
• Ultralydssensor
• DHT temperatur/luftfugtighedssensor
• Fotoresistor (Snap Circuits Kit eller fra Arduino Kit)
• Mini solpanel
• Mini OLED -skærm
• Micro SD -kortlæser
• Micro SD -kort
• 2 Arduinos
• 2 DC-til-9 volt strømstik
• 2 9 volt batterier
• Brødbræt
• 100 kOhm modstand
• 6 100 Ohm modstande
• Diode -ensretter
• Arduino IDE (installeret til at køre kode)
• Alligator Clip-to-Male, Male-to-Female og Male-to-Male Wires

(Klik her for at købe Arduino UNO Starter Kit med sensorer, ledninger osv.)

Udstyr -

• Varm limpistol
• X-Acto kniv
• Saks
• Limstift
• Flydende lim
• Pensel
• Trådskærere

Trin 1: Byg miljøet

1. Tag skumpladerne og varmlim dem sammen med de længere sider, der flugter med hinanden for at skabe en større base til din model.
2. Bryd ispindene i halve og varm lim dem med lige store mellemrum og vinkelret langs linjen, hvor de 2 brædder mødes. Dette er for at forstærke leddet.
3. Markér dyvelstangen i 4 2-tommers stykker og skær dem ved hjælp af X-Acto-kniven.
4. Lav huller i 4 hjørner af brættet cirka 1,5”fra kanterne og varm lim stykkerne i. Sørg for, at dyvlerne er vinkelret på brættet fra alle vinkler.
5. Vend brættet om og kontroller, om det er plant (det skal være som et mini-bord). Klip stykker byggepapir ud for at danne vejen, græsset, fortovet og skillevæggen.
6. Lim disse stykker på brættet ved hjælp af limpinden for at vise miljøet for belysningssystemet.
7. Brug pensel til at sprede flydende lim på den tomme side af brættet. Inden det tørrer, tilsættes sand og klappes jævnt i limen, indtil det klistrer fast. Brug derefter blåt papir til at simulere vand på denne "strand".
8. Drej rørrenserne i form af 2 havskildpadder for at repræsentere dyrene, der lever i målmiljøet.

Trin 2: Tilføj lysene

1. Skær sugerørene i halve for at danne stængerne til dine lys.
2. Lav 3 lige store huller gennem brættet i skillevæggen, der løber mellem stranden og fortovet. Test om halmen passer, hvis ikke gør dem større.
3. Lim aluminiumsfolien til et stykke sort konstruktionspapir af samme størrelse ved hjælp af en limpind. Spor den vedhæftede skabelon på papiret 3 gange og skær formene ud for at danne skærmen til lyset.
4. Lav et hul i midten af hver afskærmning til LED'en. Start i det små og øg kun i små trin, indtil LED'en passer, men ikke falder igennem.
5. Fold de 4 sider af afskærmningen ind (med folien opad). Brug små strimler tape til at forbinde siderne og gøre det til 3D.
6. Bøj lysdelen af lysdioderne ned, så de danner en 60º vinkel, når ledningerne er lodrette.
7. Fastgør 3 mand-til-hun ledninger til deres respektive elektroder: sort for jorden, grøn for den grønne værdi og rød for den røde værdi. Den blå nål er ubrugt til dette projekt. Træk ledningerne gennem halmlysstolperne.
8. Varm lim afskærmningen på hver LED bagfra, og sørg for ikke at berøre komponenterne eller metalkablerne direkte.
9. Stik ledningerne og bunden af sugerørene igennem hullerne i brættet. Brug varm lim til at fastgøre polerne vinkelret på bunden fra alle retninger.

Trin 3: Tilføj sensorerne

1. Skær en slids til ultralydssensoren for enden af vejen, cirka 0,5”fra kanten af brættet. Skub sensoren ind, så den er vinkelret på basen set fra siden og fastgør med varm lim. Dette er ekstremt vigtigt, så målingerne er nøjagtige, og signalerne hopper af objektet, ikke brættet.
2. Skær huller i hjørnet på den modsatte side af vejen, så de passer til OLED- og DHT -benene. En igen sikres med varm lim uden at bringe nogen af de elektriske komponenter i fare.
3. Brug tape til at fastgøre fotoresistoren på barrieren og før det første lys. Dette fotoresistormodul er en gave, der venligst leveres af Elenco, skaberen af Snap Circuits, som en donation til programmet.
4. Til sidst tilsluttes sensorerne til Arduino ved hjælp af brødbrættet og de medfølgende kredsløbsdiagrammer. Sørg for at forbinde de 2 Arduinos sammen, og kun have SD -kort kredsløb på den anden Arduino, som er kendt som "medarbejderen". Den anden, med alle sensorerne, er "chefen".

Trin 4: Tilføj koden

1. Inden du fortsætter, gå gennem flowdiagrammerne for at forstå principperne for den leverede kode, og hvordan den fungerer i modellen.
2. Installer Arduino IDE -software på computeren. Download koden fra den vedhæftede Google Drive -mappe. Installer og inkluder SPI-, Wire- og DHT-, Adafruit_GFX- og Adafruit_SSD1306 -bibliotekerne fra Library Manager, hvis kompilatoren beder om det.
3. Skift om nødvendigt pin -numrene for at matche dit kredsløb. Ignorer dette trin, hvis du brugte de samme ben som de medfølgende kredsløbsdiagrammer.

Trin 5: Test modellen

1. Upload den respektive kode til hver Arduino og tilslut til batteripakker for strøm.
2. Kør programmet så længe det er nødvendigt for at indsamle data, SD -transkriptionen starter automatisk.

Vedhæftet er de data, vi indsamlede gennem et indendørs forsøg med vores model. På grund af vejrforhold og sikkerhedsproblemer kunne vi desværre ikke teste det udendørs, men det giver stadig bevis på koncept og oplysninger om testmiljøet.

I hele prøveperioden forblev temperatur- og luftfugtighedsmålingerne relativt de samme på grund af den interne tilstandsregulering i testmiljøet (et hus). Der er et par periodiske stigninger, men de svarer sandsynligvis til fejl på grund af deres hyppighed og mangel på sammenhæng. Afstanden ændres heller ikke uden for fejlmargenen, fordi der ikke var rigtige biler af mennesker, der bevægede sig i miljøet. Men hvis dette var en model i fuld skala, ville afstanden sandsynligvis være den mest variable faktor på grund af de stadigt skiftende aktivitetsniveauer i området og mangel på forudsigelighed for disse mønstre. Men da modellen var stationeret i nærheden af et vindue, svinger fotoresistorværdierne faktisk drastisk. Når modellen først startes om natten, læser de i sub 50 -området. Når solen står op, og den omgivende belysning bliver lysere, stiger fotoresistorværdierne tilsvarende. Derefter falder grafen igen, når persiennerne lukkes i testområdet, men de skyder tilbage, når den kunstige rumbelysning tændes. Afslutningsvis er det gennem disse indsamlede data klart bevist, at vores model i virkeligheden præcist rapporterer data om sine omgivelser, og at disse oplysninger kan bruges til at ændre systemindstillingerne for at afspejle de forhold, den er i og bidrage til at reducere lysforurening som et hele.

Trin 6: Fejlfinding

Intet sker? Prøv disse trin for at hjælpe med at løse problemet:

Før du begynder -

• Sørg for, at koden kompileres og uploades korrekt til begge Arduinos. Hvis kompilatoren viser en fejlmeddelelse, skal du foretage ændringer afhængigt af, hvad den siger. Nogle almindelige problemer er forkerte/manglende biblioteker, manglende semikolon eller forkert port valgt til USB -forbindelsen.
• Kontroller for ledninger og batteriopladning. Sørg for, at strøm- og jordskinnerne på brødbrættet er tilsluttet Arduino.

Lys tænder ikke? -

• Sørg for, at OLED'en siger "Dark Mode Activated". Det smarte system deaktiverer lysdioderne under "lystilstand" for at spare energi og forhindre unødvendig brug.
• Se om dine lysdioder er brændt ud ved hjælp af en simpel kode til at tænde og slukke dem. Glem ikke at inkludere en modstand, når du tester.

OLED tænder ikke? -

• Tilslut "medarbejderen" Arduino til computeren, og åbn den serielle skærm for at sikre, at værdierne læses.
• Prøv at slette den eksisterende fil på SD -kortet og køre koden igen.

SD -kort læser ikke data? -

• Sørg for, at SD -kortet er sat i læseren og korrekt.
• Sørg for, at der er tilstrækkelig lagerplads til rådighed for dataene på kortet.

Ellers andet? -

Kontakt os, så kan vi hjælpe med at løse problemet

Trin 7: Konklusion

Alt i alt er illuMOONation den ideelle omfattende belysningsløsning til havbelysning over hele verden. Dens unikke egenskaber er aldrig set før på belysningsmarkedet, og den indvirkning, det har på at reducere lysforurening, samtidig med at det er miljøbevidst og gavnligt for både mennesker og dyrearter, er uovertruffen. Vi ved imidlertid, at belysning ikke er perfekt. På grund af den begrænsede tidsramme og materialer, der blev leveret til projektet, var vi ikke i stand til at lave en model i fuld skala og teste den i et rigtigt udendørs miljø. Men med DIN hjælp kan vi tage belysning til det næste niveau og integrere det i vores daglige liv for en bedre verden for alt liv på Jorden.

Fremtidsplaner -

Vores næste trin med dette projekt ville være at tilføje yderligere komponenter og programmere dem, så de også passer til miljøet. For eksempel ville det være fordelagtigt at inkludere mere følsomme sensorer for at skelne mellem dyr og køretøjer/menneskelig aktivitet, da det ikke er nødvendigt at tænde lyset for at passere dyreliv. Derudover planlægger vi at have en IR -sender og modtager på hver lysstolpe, der danner en "usynlig væg" foran på stranden. "Væggen" ville kun blive aktiveret om natten i skildpaddens ynglesæson, og ville lyde en blid summer for at signalere, når nogen er krydset ind i strandområdet. Dette er endnu en påmindelse om at være hensynsfuld over for det oprindelige dyreliv og forhindre endnu flere af dem i at blive skadet. Vi ville også elske at være i stand til at implementere solenergisystemet, hvis vi får de passende materialer, da energieffektivitet er en anden vigtig faktor for at reducere den menneskeskabte effekt på vores verden i dag. Vi ville også elske at samarbejde med andre teams og inkorporere vores ideer sammen for at skabe en løsning, der løser en lang række problemer vedrørende lysforurening og virkelig er den altomfattende belysningsløsning.

Udfordringer og præstationer -

At gennemføre Astro-Science Workshop uden egentlig at komme til Adler var en ændring, som ingen kunne have forudsagt. Det har været særligt svært at samarbejde om et ingeniørprojekt gennem Zoom, fordi vi ikke kan se, hvad hver person gør i deres eget hjem, så det er svært at fejlfinde og løse problemer, når de opstår. Vi brugte imidlertid visse mekanismer til at sikre, at vi var på sporet med vores plan, og alle er altid klar over, hvad hver person gør. Et højdepunkt var vores Project Tracking -regneark, hvor vi afgrænsede hver af opgaverne, deres beskrivelse, status, hvem der skal fuldføre dem og projektets samlede fremskridt. Dette gjorde det muligt for os at arbejde mere effektivt sammen, da vi kunne tjekke hinanden op og hjælpe efter behov og gav os mulighed for at udvikle kommunikationsevner, der vil være afgørende, især i de kommende måneder.

Anerkendelser -

Et stort råb til vores fantastiske instruktør Jesus Garcia for at lære os at bruge alle de forskellige komponenter og give os mulighed for at deltage i dette program, selv i fjerntliggende omgivelser. Derudover mange tak til Geza Gyuk, Chris Bresky og Ken Walczak for al din hjælp igennem. Din indsigt har virkelig forbedret vores færdigheder ud over omfanget af vores projekter, og vi vil tage de erfaringer med os i fremtiden. Vi vil også gerne udtrykke vores oprigtige taknemmelighed over for Kelly Borden og alle på Adler Planetarium for at være vært for dette program år efter år og lade passionerede teenagere som os selv deltage i STEM -feltet og astronomi i vores helt egen hjemby. Og sidst men ikke mindst, tak til hver enkelt af vores ASW -kammerater for at være en så sjov, relatabel og støttende gruppe. De sidste 3 uger med at lære hinanden at kende og blive venner har været anderledes end noget, vi nogensinde kunne forestille os, og det var en oplevelse, der vil vare livet ud.

ZIP -fil -

Klik HER for at få adgang til alle de materialer, du skal bruge til at lave en model til belysning derhjemme!