IlluMOONation - модель умного освещения: 7 шагов

2024 Автор: John Day | [email protected]. Последнее изменение: 2024-01-30 11:48

Вы когда-нибудь смотрели на ночное небо и не видели звезд?

Миллионы детей во всем мире никогда не увидят Млечный Путь там, где они живут, из-за все более широкого использования искусственного света в ночное время, которое не только ухудшает наш взгляд на Вселенную, но и отрицательно влияет на окружающую среду, безопасность, потребление энергии и здоровье..

В течение трех миллиардов лет жизнь на Земле существовала в ритме света и тьмы, который был создан исключительно освещением Солнца, Луны и звезд. Теперь искусственное освещение преобладает над темнотой, и наши города светятся ночью, нарушая естественный режим дня и ночи и нарушая хрупкий баланс нашей окружающей среды. Один из видов, который особенно страдает от этого явления, - морские черепахи.

Когда морские черепахи рождаются, они смотрят на Луну как на источник света, который ведет их к океану в поисках безопасности. Но в наши дни уличные фонари на пляжах стали настолько яркими, что черепахи часто в конечном итоге следуют за ними на улицу, умирая либо от обезвоживания, либо от хищников, либо от столкновения с транспортными средствами на дороге. Другие ночные животные также страдают от этих ярких огней, хотя и не в такой степени, как черепахи. Более частое использование этого холодного света ночью может заставить их отклониться от своего нормального циркадного ритма и нарушить их биологическую функцию, иногда даже до смерти.

У людей синий свет влияет на уровень мелатонина, что приводит к недосыпанию и множеству других проблем, которые возникают в результате. Исследования показывают, что искусственный свет в ночное время может увеличить риск ожирения, депрессии, нарушений сна, диабета, рака груди и многого другого.

Если вы дочитали до этого места, вы можете спросить, что мы можем сделать, чтобы помочь? Что ж, просто выключите свет, когда он не нужен, и измените цвет света на красный и желтый - хорошее начало. Однако нам нужна система, которая может быть внедрена в городах по всему миру, чтобы действительно оказать влияние и обратить вспять разрушительные последствия, которые световое загрязнение нанесло нашей Земле.

Мы в SEAside Lighting Co. придумали идеальное решение. Мы представляем вам: illuMOONation - нашу собственную интеллектуальную систему освещения, состоящую из экологически чистых уличных фонарей с базовыми датчиками и светодиодами. IlluMOONation - это не только объектная активация и управление окружающей средой, но и то, что ВЫ можете сделать дома! Заинтригованы? Что ж, читайте дальше, чтобы узнать, как создать свою собственную версию этой модели интеллектуального освещения… и, возможно, однажды превратить ее в полномасштабную реальность!

Ключевая особенность:

• Движущиеся огни - ультразвуковой датчик определяет, где находится объект, и включает соответствующий свет, в то время как остальные остаются выключенными
• Односторонний - со стороны океана и направлен в сторону от пляжа, чтобы животные, которые выходят на берег ночью, не отвлекались на яркий свет, при этом обеспечивая полное покрытие улицы для транспортных средств и пешеходов.
• Красный свет - Ночные животные обладают улучшенными способностями видеть более короткие волны, поэтому более теплые тона не влияют на них так сильно, что также лучше для людей из-за пагубного воздействия синего света ночью, упомянутого выше.
• Отражающее экранирование и угол вниз - свет направляется с помощью отражающего материала внутри модуля экранирования под углом вниз, поэтому он покрывает большую площадь без увеличения светорассеяния.
• Светлый / Темный режим - освещение и датчики, которые не нужны, отключаются, когда ярко, для экономии энергии
• Чувствительность к погодным условиям - считывает температуру и влажность и снижает интенсивность, когда склонен к большему рассеянию света
• Экологичность - Интеллектуальная энергетическая система, использующая солнечную панель для зарядки аккумулятора легко доступным солнечным светом, чтобы уменьшить добавление ископаемого топлива в атмосферу
• Центральный дисплей - OLED-экран показывает значения датчиков и режим системы освещения, более доступный как для обычного пользователя, так и для администраторов
• Регистрация данных - данные датчика хранятся на SD-карте, поэтому их можно анализировать для дальнейшего улучшения модели и калибровки в соответствии с окружающей средой.

Запасы

Состав -

• 2 пенопласта размером 11 x 14 дюймов
• 2 палочки для мороженого
• 6 дюймов на 6 дюймов из алюминиевой фольги
• 3 чистящих средства для зеленых труб
• 1 дюбель (диаметр 1/2 дюйма)
• 3 широких соломинки
• Песок
• Желтая, зеленая, синяя, коричневая и черная строительная бумага

Электроника -

• 3 светодиода RGB
• Ультразвуковой датчик
• Датчик температуры / влажности DHT
• Фоторезистор (комплект Snap Circuits или из комплекта Arduino)
• Мини-солнечная панель
• Мини-OLED-дисплей
• Устройство чтения карт Micro SD
• Карта Micro SD
• 2 Ардуино
• 2 разъема питания постоянного тока на 9 В
• 2 9-вольтовые батареи
• Макетная плата
• Резистор 100 кОм
• 6 резисторов 100 Ом
• Диодный выпрямитель
• Arduino IDE (устанавливается для запуска кода)
• Зажимы типа «крокодил» к мужчине, от мужчины к женщине и от мужчины к мужчине

(Нажмите, чтобы ЗДЕСЬ купить стартовый комплект Arduino UNO с датчиками, проводами и т. Д.)

Оборудование -

• Пистолет для горячего клея
• X-Acto нож
• Ножницы
• Клей-карандаш
• Жидкий клей
• Кисть
• Кусачки

Шаг 1. Создайте среду

1. Возьмите пенопласт и склейте их горячим клеем, чтобы более длинные стороны были заподлицо друг с другом, чтобы создать большую основу для вашей модели.
2. Разломите палочки для мороженого пополам и приклейте их горячим клеем на равном расстоянии и перпендикулярно по линии, где встречаются две доски. Это делается для усиления сустава.
3. Разметьте дюбель на 4 части по 2 дюйма и разрежьте их с помощью ножа X-Acto.
4. Сделайте отверстия в 4 углах доски на расстоянии примерно 1,5 дюйма от краев и приклейте их горячим клеем. Убедитесь, что дюбели перпендикулярны доске со всех углов.
5. Переверните доску и проверьте, выровнена ли она (он должен быть похож на мини-стол). Вырежьте из плотного картона дорогу, траву, тротуар и разделитель.
6. Приклейте эти детали на доску с помощью клея, чтобы показать окружающую среду для системы освещения.
7. Используйте кисть, чтобы нанести жидкий клей на пустую сторону доски. Прежде чем он высохнет, добавьте песок и равномерно втирайте в клей, пока он не прилипнет. Затем используйте синюю бумагу, чтобы смоделировать воду на этом «пляже».
8. Скрутите ершики в форме двух морских черепах, чтобы изобразить животных, обитающих в целевой среде.

Шаг 2: добавляем огни

1. Разрежьте соломку пополам, чтобы сформировать столбы для ваших светильников.
2. Сделайте 3 отверстия на одинаковом расстоянии друг от друга в доске в перегородке, которая проходит между пляжем и тротуаром. Проверьте, подходит ли соломинка, если не увеличьте ее.
3. Приклейте алюминиевую фольгу к листу черной плотной бумаги того же размера с помощью клея. Обведите прикрепленный шаблон на бумаге 3 раза и вырежьте формы, которые будут экранировать свет.
4. Сделайте отверстие в середине каждого экрана для светодиода. Начните с малого и увеличивайте только небольшими приращениями, пока светодиод не встанет, но не провалится.
5. Сложите экран с 4 сторон (фольгой вверх). Используйте небольшие полоски ленты, чтобы соединить стороны и сделать его объемным.
6. Согните световую часть светодиодов вниз так, чтобы они образовывали угол 60º, когда выводы расположены вертикально.
7. Подключите 3 провода типа «папа-мама» к соответствующим проводам: черный для заземления, зеленый для зеленого значения и красный для красного значения. Синяя булавка не используется в этом проекте. Проденьте провода через соломенные опоры.
8. Приклейте экран к каждому светодиоду с обратной стороны горячим способом, стараясь не прикасаться напрямую к компонентам или металлическим выводам.
9. Проденьте проволоку и дно соломки через отверстия в доске. Горячим клеем закрепите столбы перпендикулярно основанию со всех сторон.

Шаг 3: Добавьте датчики

1. Вырежьте прорезь для ультразвукового датчика в конце дороги на расстоянии примерно 0,5 дюйма от края доски. Вдавите датчик внутрь так, чтобы он располагался перпендикулярно основанию сбоку, и закрепите горячим клеем. Это чрезвычайно важно, чтобы показания были точными, а сигналы отражались от объекта, а не от доски.
2. В углу на противоположной стороне дороги вырежьте отверстия под контакты OLED и DHT. Один снова закрепите горячим клеем, не подвергая опасности электрические компоненты.
3. Используйте скотч, чтобы прикрепить фоторезистор к шлагбауму и перед первым светом. Этот модуль фоторезистора - подарок, любезно предоставленный Elenco, создателем Snap Circuits, в качестве пожертвования программе.
4. Наконец, подключите датчики к Arduino, используя макетную плату и прилагаемые принципиальные схемы. Убедитесь, что вы подключили 2 Arduino вместе, и на втором Arduino, который известен как «сотрудник», есть только схема SD-карты. Другой, со всеми датчиками, является «боссом».

Шаг 4: Добавьте код

1. Прежде чем продолжить, просмотрите блок-схемы, чтобы понять принципы предоставленного кода и то, как он функционирует в модели.
2. Установите программное обеспечение Arduino IDE на компьютер. Загрузите код из прикрепленной папки Google Диска. Установите и включите библиотеки SPI, Wire и DHT, Adafruit_GFX и Adafruit_SSD1306 из диспетчера библиотек, если компилятор предложит.
3. При необходимости измените номера контактов в соответствии с вашей схемой. Игнорируйте этот шаг, если вы использовали те же контакты, что и на схемах.

Шаг 5: Протестируйте модель

1. Загрузите соответствующий код в каждый Arduino и подключитесь к аккумуляторным блокам для питания.
2. Запустите программу столько, сколько необходимо для сбора данных, транскрипция SD-карты начнется автоматически.

Прилагаются данные, которые мы собрали в ходе внутреннего тестирования нашей модели. К сожалению, из-за погодных условий и проблем с безопасностью мы не смогли протестировать его на открытом воздухе, однако он по-прежнему предлагает подтверждение концепции и информацию о тестовой среде.

На протяжении всего испытательного периода показания температуры и влажности оставались относительно неизменными из-за регулирования внутренних условий в испытательной среде (в доме). Есть несколько периодических всплесков, но они, скорее всего, приводят к ошибкам, учитывая их нечастость и отсутствие корреляции. Расстояние также не меняется за пределами погрешности, потому что в окружающей среде не было реальных автомобилей с людьми. Однако, если бы это была полномасштабная модель, расстояние, вероятно, было бы наиболее изменчивым фактором из-за постоянно меняющихся уровней активности в районе и отсутствия предсказуемости этих закономерностей. Однако, поскольку модель была размещена рядом с окном, значения фоторезистора действительно сильно колеблются. Когда модель впервые запускается ночью, они читают в диапазоне менее 50. Однако по мере того, как солнце встает и окружающее освещение становится ярче, значения фоторезистора соответственно возрастают. После этого график снова падает, когда жалюзи закрываются в зоне тестирования, но они снова выстреливают, когда включается искусственное освещение комнаты. В заключение, благодаря собранным данным ясно доказано, что наша модель действительно точно сообщает данные о своем окружении и что эту информацию можно использовать для изменения настроек системы, чтобы отразить условия, в которых она находится, и внести свой вклад в снижение светового загрязнения. целое.

Шаг 6. Устранение неполадок

Ничего не происходит? Попробуйте выполнить следующие действия, чтобы решить проблему:

Прежде чем вы начнете -

• Убедитесь, что код компилируется и правильно загружен на оба Arduinos. Если компилятор отображает сообщение об ошибке, внесите изменения в зависимости от того, что он говорит. Некоторые распространенные проблемы - это неправильные / отсутствие библиотек, отсутствие точки с запятой или неправильный порт, выбранный для USB-соединения.
• Проверить проводку и заряд аккумулятора. Убедитесь, что шины питания и заземления на макетной плате подключены к Arduino.

Свет не включается? -

• Убедитесь, что на OLED-экране указано «Темный режим активирован». Интеллектуальная система отключает светодиоды в «световом режиме» для экономии энергии и предотвращения ненужного использования.
• Посмотрите, не перегорели ли ваши светодиоды, используя простой код для их включения и выключения. Не забудьте включить резистор при тестировании.

OLED не включается? -

• Подключите «служащий» Arduino к компьютеру и откройте монитор последовательного порта, чтобы убедиться, что значения считываются.
• Попробуйте удалить существующий файл на SD-карте и снова запустить код.

SD-карта не читает данные? -

• Убедитесь, что SD-карта правильно вставлена в считывающее устройство.
• Убедитесь, что на карте достаточно места для хранения данных.

Что-нибудь еще? -

Свяжитесь с нами, и мы поможем решить проблему

Шаг 7: Заключение

В общем, illuMOONation - идеальное комплексное решение для освещения набережной по всему миру. Его уникальные особенности никогда ранее не применялись на рынке осветительных приборов, а влияние, которое он оказывает на снижение светового загрязнения, при этом является экологически безопасным и полезным как для людей, так и для животных, не имеет себе равных. Однако мы знаем, что иллюминация не идеальна. Из-за ограниченных временных рамок и материалов, предоставленных для проекта, мы не смогли изготовить полномасштабную модель и протестировать ее в реальных условиях на открытом воздухе. Но с ВАШЕЙ помощью мы можем поднять иллюзию на новый уровень и внедрить ее в нашу повседневную жизнь, чтобы сделать мир лучше для всей жизни на Земле.

Планы на будущее -

Нашими следующими шагами в этом проекте будет добавление дополнительных компонентов и их программирование в соответствии с окружающей средой. Например, было бы полезно включить более чувствительные датчики, чтобы различать деятельность животных и транспортных средств / людей, поскольку нет необходимости включать свет при проезде диких животных. Кроме того, мы планируем установить ИК-излучатель и приемник на каждом световом посту, образуя «невидимую стену» перед пляжем. «Стена» будет активироваться только ночью во время сезона размножения черепах и будет издавать легкий зуммер, сигнализируя о том, что кто-то перешел на пляж. Это еще одно напоминание о том, что нужно внимательно относиться к местной дикой природе и не допускать нанесения вреда еще большему числу из них. Мы также хотели бы иметь возможность реализовать солнечную энергетическую систему при условии наличия соответствующих материалов, поскольку энергоэффективность является еще одним важным фактором снижения антропогенного воздействия на наш мир сегодня. Мы также хотели бы сотрудничать с другими командами и объединять наши идеи, чтобы создать единое решение, которое решает множество проблем, связанных со световым загрязнением, и является действительно всеобъемлющим световым решением.

Проблемы и достижения -

Завершение Astro-Science Workshop без фактического приезда в Адлер было переменой, которую никто не мог предвидеть. Было особенно сложно сотрудничать в инженерном проекте с помощью Zoom, потому что мы не можем видеть, что каждый человек делает в своем собственном доме, поэтому трудно выявлять и устранять проблемы по мере их возникновения. Тем не менее, мы использовали определенные механизмы, чтобы убедиться, что мы неуклонно следуем нашему плану, и все всегда знают, что каждый человек делает. Одним из основных моментов была наша электронная таблица отслеживания проектов, в которой мы очертили каждую из задач, их описание, статус, кто их выполнит, и общий прогресс проекта. Это позволило нам работать вместе более эффективно, поскольку мы могли проверять друг друга и при необходимости помогать, а также позволило нам развить коммуникативные навыки, которые будут необходимы, особенно в предстоящие месяцы.

Благодарности -

Благодарим нашего замечательного инструктора Хесуса Гарсиа за то, что он научил нас использовать все различные компоненты и предоставил нам возможность участвовать в этой программе, даже в удаленных условиях. Кроме того, большое спасибо Гезе Гюку, Крису Брески и Кену Вальчаку за всю вашу помощь. Ваша проницательность действительно расширила наши навыки, выходящие за рамки наших проектов, и мы сохраним уроки, которые мы извлекли, с собой в будущем. Мы также хотели бы выразить нашу искреннюю благодарность Келли Борден и всем сотрудникам планетария Адлера за то, что они из года в год проводят эту программу и позволяют таким увлеченным подросткам, как мы, заниматься наукой и астрономией в нашем родном городе. И последнее, но не менее важное: спасибо каждому из наших коллег по ASW за то, что они были такой веселой, отзывчивой и поддерживающей группой. Эти последние 3 недели знакомства друг с другом и дружбы были непохожи ни на что, что мы когда-либо могли себе представить, и это был опыт, который продлится всю жизнь.

ZIP-файл -

Нажмите ЗДЕСЬ, чтобы получить доступ ко всем материалам, которые вам понадобятся для изготовления модели иллюМОНАЦИИ в домашних условиях!