IlluMOONation - älykäs valaistusmalli: 7 vaihetta

2024 Kirjoittaja: John Day | [email protected]. Viimeksi muokattu: 2024-01-30 08:59

Oletko koskaan katsonut ylös yötaivaalle etkä ole nähnyt tähtiä?

Miljoonat lapset ympäri maailmaa eivät koskaan koe Linnunrataa siellä, missä he elävät, koska keinotekoinen valo lisääntyy yöllä, mikä ei vain heikennä näkemystämme maailmankaikkeudesta vaan vaikuttaa haitallisesti ympäristöön, turvallisuuteen, energiankulutukseen ja terveyteen.

Kolmen miljardin vuoden ajan elämä maan päällä oli valon ja pimeyden rytmissä, joka syntyi yksinomaan auringon, kuun ja tähtien valaistuksesta. Nyt keinotekoiset valot voittavat pimeyden ja kaupungimme loistavat yöllä, häiritseen päivän ja yön luonnollista mallia ja muuttamalla ympäristön herkkää tasapainoa. Yksi laji, joka kärsii erityisesti tästä ilmiöstä, on merikilpikonnat.

Kun merikilpikonnat syntyvät, he katsovat kuun olevan valonlähde ohjaamaan heitä merelle turvallisuuden vuoksi. Mutta nykyään rantojen katuvalot ovat tulleet niin kirkkaiksi, että kilpikonnavauvot päätyvät usein seuraamaan heitä kaduille, kuollessaan joko nestehukasta, saalistajista tai tiellä olevista ajoneuvoista. Nämä häikäisevät valot vahingoittavat myös muita yöeläimiä, vaikkakaan eivät siinä määrin kuin kilpikonnat. Näiden viileän sävyisten valojen lisääntynyt käyttö yöllä voi saada heidät eksymään normaalista vuorokausirytmistä ja kompensoimaan biologista toimintaansa, joskus jopa kuolemaan asti.

Ihmisille sininen valo vaikuttaa melatoniinitasoihimme, mikä johtaa vähemmän nukkumiseen ja lukuisiin muihin ongelmiin. Tutkimukset viittaavat siihen, että keinotekoinen valo yöllä voi lisätä liikalihavuuden, masennuksen, unihäiriöiden, diabeteksen, rintasyövän ja muiden riskejä.

Jos olet lukenut niin pitkälle, saatat kysyä, mitä voimme tehdä auttaaksemme? Valojen sammuttaminen, kun niitä ei tarvita, ja valojen värin muuttaminen punaisiksi ja keltaisiksi on hyvä alku. Tarvitsemme kuitenkin järjestelmän, joka voidaan ottaa käyttöön kaupungeissa ympäri maailmaa, jotta se todella vaikuttaisi ja kääntäisi tuhoisan veron, jonka valosaaste on aiheuttanut maapallollemme.

Me täällä SEAside Lighting Co. -yhtiössä olemme keksineet täydellisen ratkaisun. Esittelemme sinulle: illuMOONation -oma älykäs valaistusjärjestelmä, joka koostuu ympäristöystävällisistä katuvaloista, jotka on valmistettu perusantureista ja LED -valoista. illuMOONation ei ole pelkästään esineaktivoitu ja ympäristöystävällinen, vaan myös jotain, jonka voit tehdä kotona! Kiinnostaako? Lue, miten voit luoda oman version tästä älyvalaistusmallista… ja ehkä jonain päivänä tehdä siitä täysimittainen todellisuus!

Avainominaisuudet:

• Liikkuvat valot - Ultraäänianturi tunnistaa kohteen sijainnin ja sytyttää vastaavan valon, kun taas muut jäävät pois päältä
• Yksipuolinen-meren puolella ja osoita pois rannalta, joten yöllä rannalle tulevat eläimet eivät häiritse häikäisyä, mutta tarjoavat silti katun kattavuuden ajoneuvoille ja jalankulkijoille
• Punaisen sävyiset valot - Yöeläimillä on paremmat kyvyt nähdä lyhyempiä aallonpituuksia, joten lämpimät sävyt eivät vaikuta niihin niin paljon, myös ihmisille paremmin, koska yllä mainitut haitalliset sinisen valon vaikutukset
• Heijastava suoja ja alaspäin suuntautuva kulma - Valo ohjataan käyttämällä suojamoduulin sisällä olevaa heijastavaa materiaalia ja se on käännetty alaspäin niin, että se kattaa suuremman alueen lisäämättä valon sirontaa
• Vaalea/tumma tila - Valot ja anturit, joita ei tarvita, poistetaan käytöstä, kun valo on kirkas energian säästämiseksi
• Sää reagoi - Ottaa lämpötila- ja kosteuslukemat ja vähentää voimakkuutta altistuessaan enemmän valon hajaantumista
• Ympäristöystävällinen - älykäs energiajärjestelmä aurinkopaneelilla akun lataamiseen helposti saatavilla olevalla auringonvalolla, mikä vähentää fossiilisten polttoaineiden lisäämistä ilmakehään
• Keskusnäyttö - OLED -näyttö näyttää anturien arvot ja valaistusjärjestelmän tilan, joka on helpommin tavallisille käyttäjille ja järjestelmänvalvojille
• Tiedonkeruu - Anturitiedot tallennetaan SD -kortille, jotta ne voidaan analysoida mallin parantamiseksi ja kalibroimiseksi ympäristöön

Tarvikkeet

Rakenne -

• 2 11 "x 14" vaahtolevyä
• 2 Popsicle tikkuja
• 6 "x 6" neliö alumiinifoliota
• 3 Vihreän putken puhdistusaine
• 1 vaarnatanko (halkaisija 1/2 ")
• 3 leveää olkea
• Hiekka
• Keltainen, vihreä, sininen, ruskea ja musta rakennuspaperi

Elektroniikka -

• 3 RGB -LEDiä
• Ultraääni -anturi
• DHT lämpötila-/kosteusanturi
• Valoresistori (Snap Circuits Kit tai Arduino Kit)
• Mini aurinkopaneeli
• Mini OLED -näyttö
• Micro SD -kortinlukija
• Micro SD -kortti
• 2 Arduinoa
• 2 DC-9 voltin virtaliitintä
• 2 9 voltin akut
• Leipälauta
• 100 kOhm: n vastus
• 6 100 ohmin vastukset
• Diodin tasasuuntaaja
• Arduino IDE (asennettu koodin suorittamiseen)
• Alligaattoripidike uros-, uros-naaras- ja uros-urosjohdot

(Napsauta TÄSTÄ ja osta Arduino UNO Starter Kit, jossa on antureita, johtoja jne.)

Laitteet -

• Kuuma liimapistooli
• X-Acto-veitsi
• Sakset
• Liimapuikko
• Nestemäinen liima
• Pensseli
• Lankaleikkurit

Vaihe 1: Rakenna ympäristö

1. Ota vaahtolevyt ja liimaa ne kuumalla liimalla yhteen siten, että pidemmät sivut ovat keskenään tasaisia, jotta saat mallillesi suuremman pohjan.
2. Katkaise popsicle -tikut puoliksi ja liimaa ne kuumalla liimalla tasaisin välein ja kohtisuoraan linjaa pitkin, jossa kaksi lautaa kohtaavat. Tämän tarkoituksena on vahvistaa liitosta.
3. Merkitse tappitanko 4 2 tuuman palasiksi ja leikkaa ne X-Acto-veitsellä.
4. Tee reiät levyn neljään kulmaan noin 1,5 tuuman päästä reunoista ja liimaa neulakappaleet kuumalla liimalla. Varmista, että tapit ovat kohtisuorassa levyyn nähden kaikista kulmista.
5. Käännä lauta ympäri ja tarkista, onko se vaakasuorassa (sen pitäisi olla kuin minipöytä). Leikkaa rakennuspaperista palasia tien, ruohon, jalkakäytävän ja jakajan muodostamiseksi.
6. Liimaa nämä palat levylle liimapuikolla valaistusjärjestelmän ympäristön osoittamiseksi.
7. Levitä siveltimellä nestemäistä liimaa levyn tyhjälle puolelle. Ennen kuin se kuivuu, lisää hiekkaa ja taputtele tasaisesti liimaan, kunnes se tarttuu. Käytä sitten sinistä paperia veden simulointiin tällä "rannalla".
8. Kierrä putkenpuhdistusaineet kahden merikilpikonnan muotoon edustamaan kohdeympäristössä eläviä eläimiä.

Vaihe 2: Lisää valot

1. Leikkaa oljet puoliksi muodostaaksesi pylväät valollesi.
2. Tee 3 tasavälein olevaa reikää laudan läpi jakajaan, joka kulkee rannan ja jalkakäytävän välissä. Testaa, sopivatko oljet, jos et tee niistä suurempia.
3. Liimaa alumiinifolio liimapuikolla samankokoiseen mustaan rakennuspaperiin. Piirrä liitteenä oleva malli paperille 3 kertaa ja leikkaa muodot valon suojaksi.
4. Tee jokaisen LED -suojauksen keskelle reikä. Aloita pienestä ja lisää vain pienin askelin, kunnes LED sopii, mutta ei putoa läpi.
5. Taita suojan neljä sivua sisään (kalvo ylöspäin). Liitä sivut pieniksi teippauksiksi ja tee siitä 3D.
6. Taivuta LED -valojen osa alaspäin niin, että ne muodostavat 60 asteen kulman, kun johdot ovat pystysuorassa.
7. Kiinnitä 3 uros-naarasjohtoa vastaaviin johtimiin: musta maa, vihreä vihreä arvo ja punainen punainen arvo. Sininen nasta on käyttämätön tähän projektiin. Pujota johdot oljen valopylväiden läpi.
8. Kuumaa liimaa suoja jokaiseen LED -valoon takaa, varmista, ettet kosketa suoraan osiin tai metallijohtoihin.
9. Työnnä johdot ja pillien pohja levyn reikien läpi. Kiinnitä pylväät kohtisuoraan alustaan joka suunnasta kuumaliimalla.

Vaihe 3: Lisää anturit

1. Leikkaa ultraäänianturiin rako tien päähän, noin 0,5 tuumaa levyn reunasta. Työnnä anturi sisään niin, että se on kohtisuorassa alustaan nähden sivulta katsottuna ja kiinnitä kuumalla liimalla. Tämä on erittäin tärkeää, jotta lukemat ovat tarkkoja ja signaalit pomppivat pois esineestä, ei taulusta.
2. Leikkaa tien vastakkaisessa kulmassa olevat reiät sopimaan OLED- ja DHT -nastoihin. Kiinnitä jälleen kuumalla liimalla vaarantamatta mitään sähköosia.
3. Kiinnitä valoresistori teipillä esteeseen ja ennen ensimmäistä valoa. Tämä Photoresistor -moduuli on lahja, jonka Elenco, Snap Circuitsin luoja, antoi lahjoituksena ohjelmalle.
4. Kytke lopuksi anturit Arduinoon leipälevyn ja mukana toimitettujen piirikaavioiden avulla. Varmista, että liität 2 Arduinoa yhteen ja että SD -korttipiiri on vain toisessa Arduinossa, joka tunnetaan nimellä "työntekijä". Toinen, kaikkien antureiden kanssa, on”pomo”.

Vaihe 4: Lisää koodi

1. Ennen kuin jatkat, käy läpi vuokaaviot ymmärtääksesi annetun koodin periaatteet ja miten se toimii mallissa.
2. Asenna Arduino IDE -ohjelmisto tietokoneeseen. Lataa koodi liitteenä olevasta Google Drive -kansiosta. Asenna ja sisällytä SPI-, Wire- ja DHT-, Adafruit_GFX- ja Adafruit_SSD1306 -kirjastot kirjastonhallinnasta, jos kääntäjä pyytää.
3. Muuta tarvittaessa nastan numeroita vastaamaan piiriäsi. Ohita tämä vaihe, jos käytit samoja tappeja kuin mukana toimitetut piirikaaviot.

Vaihe 5: Testaa malli

1. Lataa vastaava koodi jokaiseen Arduinoon ja liitä akut virtalähteeseen.
2. Suorita ohjelma niin kauan kuin tarvitaan tietojen keräämiseen, SD -kortin transkriptio käynnistyy automaattisesti.

Liitteenä on tiedot, jotka olemme keränneet mallimme sisäkokeessa. Valitettavasti sääolosuhteiden ja turvallisuusongelmien vuoksi emme voineet testata sitä ulkona, mutta se tarjoaa silti todisteita konseptista ja tietoa testausympäristöstä.

Lämpötila- ja kosteuslukemat pysyivät suhteellisen samana koko koejakson ajan testausympäristön (talon) sisäisen kunnon säätelyn vuoksi. On olemassa muutamia jaksottaisia piikkejä, mutta ne ovat todennäköisesti virheitä, kun otetaan huomioon niiden harvinaisuus ja korrelaation puute. Etäisyys ei myöskään muutu virhemarginaalin ulkopuolella, koska ympäristössä ei liikkunut todellisia ihmisten autoja. Kuitenkin, jos tämä olisi täysimittainen malli, etäisyys olisi luultavasti vaihtelevin tekijä alueen jatkuvasti muuttuvien aktiivisuustasojen ja näiden mallien ennustettavuuden vuoksi. Kuitenkin, koska malli oli sijoitettu ikkunan lähelle, valovastuksen arvot vaihtelevat todella rajusti. Kun malli käynnistettiin ensimmäisen kerran yöllä, se lukee alle 50 -alueella. Kuitenkin auringon noustessa ja ympäröivän valaistuksen kirkastuessa valovastusarvot nousevat vastaavasti. Sen jälkeen kuvaaja putoaa uudelleen, kun kaihtimet suljetaan testausalueella, mutta ne nousevat takaisin ylös, kun huoneen keinotekoinen valaistus kytketään päälle. Yhteenvetona voidaan todeta, että näiden kerättyjen tietojen avulla on selvästi osoitettu, että mallimme raportoi todella tarkasti tietoja ympäristöstään ja että näitä tietoja voidaan käyttää järjestelmän asetusten muuttamiseen vastaamaan olosuhteita, joissa se on, ja auttamaan vähentämään valosaastetta kokonainen.

Vaihe 6: Vianetsintä

Mitään ei tapahdu? Kokeile näitä ohjeita ongelman korjaamiseksi:

Ennen kuin aloitat -

• Varmista, että koodi kääntyy ja on ladattu oikein kumpaankin Arduinoon. Jos kääntäjä näyttää virheilmoituksen, tee muutoksia sen mukaan, mitä se sanoo. Joitakin yleisiä ongelmia ovat virheellinen kirjastojen puute, puuttuva puolipiste tai USB -liitäntään valittu portti.
• Tarkista johdot ja akku. Varmista, että leipälaudan virta- ja maadoituskiskot on kytketty Arduinoon.

Valot eivät syty? -

• Varmista, että OLED -näytössä lukee”Dark Mode Activated”. Älyjärjestelmä poistaa LEDit käytöstä”valotilassa” energian säästämiseksi ja tarpeettoman käytön estämiseksi.
• Tarkista, ovatko LED -valosi palanut käyttämällä yksinkertaista koodia, jolla voit kytkeä ne päälle ja pois. Älä unohda sisällyttää vastusta testaukseen.

OLED ei käynnisty? -

• Liitä "työntekijä" Arduino tietokoneeseen ja avaa sarjamonitori varmistaaksesi, että arvot luetaan.
• Yritä poistaa olemassa oleva tiedosto SD -kortilta ja suorittaa koodi uudelleen.

SD -kortti ei lue tietoja? -

• Varmista, että SD -kortti on asetettu lukijaan ja oikein.
• Varmista, että kortilla oleville tiedoille on riittävästi tallennustilaa.

Mitään muuta? -

Ota yhteyttä, niin autamme ratkaisemaan ongelman

Vaihe 7: Johtopäätös

Kaiken kaikkiaan illuMOONation on ihanteellinen kattava valaistusratkaisu rantavalaistukseen kaikkialla maailmassa. Sen ainutlaatuisia ominaisuuksia ei ole koskaan nähty valaistusmarkkinoilla, ja sen vaikutus valon pilaantumisen vähentämiseen samalla kun se on ympäristötietoinen ja hyödyllinen sekä ihmisille että eläinlajeille. Tiedämme kuitenkin, että illuMOONation ei ole täydellinen. Rajoitetun aikataulun ja materiaalien vuoksi projektille ei voitu tehdä täysimittaista mallia ja testata sitä todellisessa ulkoympäristössä. Mutta SINUN avullasi voimme viedä illuMOONationin seuraavalle tasolle ja upottaa sen jokapäiväiseen elämäämme paremman maailman luomiseksi koko maapallon elämälle.

Tulevaisuuden suunnitelmat -

Seuraavat vaiheemme tässä projektissa olisivat lisäkomponenttien lisääminen ja ohjelmoiminen ympäristöön sopiviksi. Olisi esimerkiksi hyödyllistä sisällyttää herkempiä antureita eläinten ja ajoneuvojen/ihmisten toiminnan erottamiseksi toisistaan, koska ei ole välttämätöntä sytyttää valoja ohitettaville villieläimille. Lisäksi suunnittelemme, että jokaisessa valopylväässä on IR -lähetin ja -vastaanotin, jotka muodostavat "näkymättömän seinän" rannalla. "Seinä" aktivoituu vain yöllä kilpikonnan lisääntymiskauden aikana, ja se kuulostaa lempeältä summerilta, joka ilmoittaa, kun joku on ylittänyt ranta -alueen. Tämä on jälleen yksi muistutus siitä, että on otettava huomioon kotoperäiset villieläimet ja estettävä vielä useamman vahingoittuminen. Olisimme myös iloisia voidessamme ottaa käyttöön aurinkovoimajärjestelmän, jos sille annetaan riittävästi materiaaleja, koska energiatehokkuus on toinen tärkeä tekijä, joka vähentää ihmisen aiheuttamia vaikutuksia nykymaailmaan. Haluaisimme myös tehdä yhteistyötä muiden tiimien kanssa ja yhdistää ideamme yhdessä luodaksemme yhden ratkaisun, joka ratkaisee monet valosaastetta koskevat ongelmat ja on todella kaiken kattava valaistusratkaisu.

Haasteet ja saavutukset -

Astro-Science-työpajan suorittaminen ilman Adlerille tuloa oli muutos, jota kukaan ei olisi voinut ennustaa. On ollut erityisen vaikeaa työskennellä suunnitteluprojektissa Zoomin kautta, koska emme voi nähdä, mitä jokainen tekee omassa kodissaan, joten ongelmien vianmääritys ja korjaaminen on vaikeaa. Käytimme kuitenkin tiettyjä mekanismeja varmistaaksemme, että pysymme suunnitelmissamme ja kaikki ovat aina tietoisia siitä, mitä jokainen tekee. Yksi kohokohdista oli projektiseuranta -laskentataulukkomme, jossa määrittelimme kaikki tehtävät, niiden kuvauksen, tilan, joka suorittaa ne, ja hankkeen yleisen edistymisen. Tämän ansiosta pystyimme työskentelemään yhdessä tehokkaammin, koska pystyimme tarkistamaan toisiamme ja auttamaan tarvittaessa, ja saimme kehittää viestintätaitoja, jotka ovat välttämättömiä erityisesti tulevina kuukausina.

Kiitokset -

Suuri huuto hämmästyttävälle opettajamme Jesus Garcialle, joka opetti meitä käyttämään kaikkia eri komponentteja ja antoi meille mahdollisuuden osallistua tähän ohjelmaan, myös etäympäristössä. Lisäksi kiitos paljon Geza Gyukille, Chris Breskylle ja Ken Walczakille kaikesta avusta. Oivalluksesi on todella parantanut taitojamme vain projektiemme ulkopuolelle, ja jatkamme oppimiamme kokemuksia kanssamme tulevaisuudessa. Haluamme myös ilmaista vilpittömät kiitoksemme Kelly Bordenille ja kaikille Adler Planetariumissa oleville, jotka isännöivät tätä ohjelmaa vuodesta toiseen ja sallivat kaltaistensa intohimoisten teini -ikäisten osallistua STEM -kenttään ja tähtitieteeseen omassa kotikaupungissamme. Ja viimeisenä, mutta ei vähäisimpänä, kiitos kaikille ASW -ikäisillemme siitä, että olette niin hauska, suhteellinen ja tukeva ryhmä. Nämä viimeiset 3 viikkoa tutustumiseen ja ystävystymiseen ovat olleet toisin kuin mitä olisimme koskaan voineet kuvitella, ja se oli kokemus, joka kestää koko elämän.

ZIP-tiedosto -

Napsauta TÄSTÄ päästäksesi käsiksi kaikkiin materiaaleihin, joita tarvitset illuMOONation -mallin tekemiseen kotona!