IlluMOONation - een slim verlichtingsmodel - Ajarnpa

2024 Auteur: John Day | [email protected]. Laatst gewijzigd: 2024-01-30 11:14

Heb je ooit naar de nachtelijke hemel gekeken en geen sterren kunnen zien?

Miljoenen kinderen over de hele wereld zullen de Melkweg waar ze wonen nooit ervaren vanwege het toegenomen en wijdverbreide gebruik van kunstlicht 's nachts, dat niet alleen ons zicht op het universum schaadt, maar ook een nadelige invloed heeft op ons milieu, onze veiligheid, energieverbruik en gezondheid.

Drie miljard jaar lang bestond het leven op aarde in een ritme van licht en donker dat uitsluitend werd gecreëerd door de verlichting van de zon, de maan en de sterren. Nu overheersen kunstlicht de duisternis en gloeien onze steden 's nachts, waardoor het natuurlijke dag-nachtpatroon wordt verstoord en de delicate balans van onze omgeving verschuift. Een soort die vooral door dit fenomeen wordt geschaad, zijn zeeschildpadden.

Wanneer zeeschildpadden worden geboren, kijken ze naar de maan als een lichtbron om hen voor veiligheid naar de oceaan te leiden. Maar tegenwoordig zijn straatlantaarns bij stranden zo helder geworden dat babyschildpadden ze vaak de straat op volgen, stervend door uitdroging, roofdieren of overreden worden door voertuigen op de weg. Andere nachtdieren worden ook geschaad door deze felle lichten, zij het niet in dezelfde mate als schildpadden. Het toegenomen gebruik van deze koele tinten 's nachts kan ertoe leiden dat ze afwijken van hun normale circadiane ritme en hun biologische functie ongedaan maken, soms zelfs tot de dood toe.

Voor mensen beïnvloedt blauw licht onze melatoninespiegels, wat leidt tot minder slaap en een overvloed aan andere problemen die het gevolg zijn. Onderzoek suggereert dat kunstlicht 's nachts het risico op obesitas, depressie, slaapstoornissen, diabetes, borstkanker en meer kan verhogen.

Als je tot hier hebt gelezen, vraag je je misschien af: wat kunnen we doen om te helpen? Nou, gewoon je lichten uitdoen als ze niet nodig zijn en de kleur van je lichten veranderen in rood en geel is een goed begin. We hebben echter een systeem nodig dat in steden over de hele wereld kan worden geïmplementeerd om echt impact te maken en de verwoestende tol die lichtvervuiling op onze aarde heeft geëist, terug te draaien.

Wij van SEAside Lighting Co. hebben de perfecte oplossing bedacht. We presenteren u: illuMOONation - ons eigen Smart Lighting System bestaande uit milieuvriendelijke straatverlichting gemaakt met basissensoren en LED's. illuMOONation is niet alleen object-geactiveerd en omgevingsgestuurd, maar ook iets dat JIJ thuis kunt maken! Gefascineerd? Nou, lees verder om erachter te komen hoe je je eigen versie van dit slimme verlichtingsmodel kunt maken … en misschien maak het ooit een volledige realiteit!

Belangrijkste kenmerken:

• Moving Lights - Ultrasone sensor detecteert waar een object zich bevindt en schakelt het betreffende licht in, terwijl de rest uit blijft
• Eenzijdig - Aan de oceaanzijde en weg van het strand, zodat dieren die 's nachts naar de kust komen niet worden afgeleid door de schittering, terwijl ze toch volledige dekking bieden voor voertuigen en voetgangers
• Roodgekleurde lichten - Nachtdieren hebben een verbeterd vermogen om kortere golflengten te zien, dus warmere tinten hebben niet zoveel invloed op hen, ook beter voor mensen vanwege de hierboven genoemde nadelige effecten van blauw licht 's nachts
• Reflecterende afscherming en neerwaartse hoek - Licht wordt gericht met behulp van het reflecterende materiaal in de afschermingsmodule en is naar beneden gericht zodat het een groter gebied bedekt zonder de lichtverstrooiing te vergroten
• Licht-/donkermodus - Verlichting en sensoren die niet nodig zijn, worden uitgeschakeld wanneer het helder is om energie te besparen
• Responsief voor het weer - Neemt temperatuur- en vochtigheidsmetingen en verlaagt de intensiteit wanneer gevoelig voor meer lichtverstrooiing
• Milieuvriendelijk - Slim energiesysteem dat zonnepaneel gebruikt om de batterij op te laden met direct beschikbaar zonlicht om de toevoeging van fossiele brandstoffen aan de atmosfeer te verminderen
• Centraal display - OLED-scherm toont sensorwaarden en verlichtingssysteemmodus, beter toegankelijk voor algemene gebruiker en beheerders
• Datalogging - Sensorgegevens worden opgeslagen op een SD-kaart zodat ze kunnen worden geanalyseerd om het model verder te verbeteren en te kalibreren voor de omgeving

Benodigdheden

Structuur -

• 2 11 "x 14" schuimplaten
• 2 ijslollystokjes
• 6 "x 6" vierkant van aluminiumfolie
• 3 groene pijpreinigers
• 1 deuvelstang (1/2" diameter)
• 3 brede rietjes
• Zand
• Geel, groen, blauw, bruin en zwart bouwpapier

Elektronica -

• 3 RGB-LED's
• Ultrasoon sensor
• DHT temperatuur-/vochtigheidssensor
• Fotoweerstand (Snap Circuits Kit, of van Arduino Kit)
• Mini-zonnepaneel
• Mini OLED-scherm
• Micro SD-kaartlezer
• Micro SD kaart
• 2 Arduino's
• 2 DC-naar-9 volt voedingsconnectoren
• 2 9 Volt-batterijen
• Breadboard
• 100 kOhm Weerstand
• 6 100 Ohm Weerstanden
• Diode gelijkrichter
• Arduino IDE (geïnstalleerd om code uit te voeren)
• Krokodillenklem-naar-mannelijk, mannelijk-naar-vrouwelijk en mannelijk-naar-mannelijk draden

(Klik om HIER de Arduino UNO Starter Kit te kopen met sensoren, draden, enz.)

Apparatuur -

• Heet lijmpistool
• X-Acto-mes
• Schaar
• Lijmstift
• Vloeibare lijm
• Penseel
• Draadsnijders

Stap 1: Bouw de omgeving

1. Neem de foamboards en lijm ze samen met de langere zijden gelijk met elkaar om een grotere basis voor uw model te creëren.
2. Breek de ijslollystokjes doormidden en lijm ze op gelijke afstand en loodrecht op de lijn waar de 2 planken samenkomen. Dit is ter versteviging van het gewricht.
3. Markeer de deuvelstang in 4 stukken van 2 inch en snijd ze met het X-Acto-mes.
4. Maak gaten in 4 hoeken van het bord op ongeveer 1,5 "van de randen en lijm de deuvelstukken erin. Zorg ervoor dat de deuvels vanuit alle hoeken loodrecht op het bord staan.
5. Draai het bord om en controleer of het waterpas staat (het zou als een minitafel moeten zijn). Knip stukjes bouwpapier uit om de weg, het gras, het trottoir en de scheidingswand te vormen.
6. Lijm deze stukken op het bord met behulp van de lijmstift om de omgeving voor het verlichtingssysteem te laten zien.
7. Gebruik het penseel om vloeibare lijm op de lege kant van het bord te verspreiden. Voeg zand toe voordat het droogt en dep het gelijkmatig in de lijm totdat het plakt. Gebruik dan blauw papier om water op dit “strand” te simuleren.
8. Draai de pijpreinigers in de vorm van 2 zeeschildpadden om de dieren te vertegenwoordigen die in de doelomgeving leven.

Stap 2: Voeg de lichten toe

1. Snijd de rietjes doormidden om de palen voor je lichten te vormen.
2. Maak 3 gaten op gelijke afstand van elkaar door het bord in de scheidingswand die tussen het strand en het trottoir loopt. Test of het rietje past, zo niet, maak ze groter.
3. Lijm de aluminiumfolie met een lijmstift op een stuk zwart bouwpapier van hetzelfde formaat. Trek de bijgevoegde sjabloon 3 keer op het papier en knip de vormen uit om de afscherming voor het licht te vormen.
4. Maak een gat in het midden van elke afscherming voor de LED. Begin klein en verhoog alleen in kleine stappen totdat de LED past maar er niet doorheen valt.
5. Vouw de 4 zijden van de afscherming naar binnen (met de folie naar boven). Gebruik kleine stroken tape om de zijkanten samen te voegen en maak het 3D.
6. Buig het lichte gedeelte van de LED's naar beneden zodat ze een hoek van 60º vormen wanneer de draden verticaal zijn.
7. Bevestig 3 man-naar-vrouw draden aan hun respectievelijke draden: zwart voor aarde, groen voor de groene waarde en rood voor de rode waarde. De blauwe pin is ongebruikt voor dit project. Rijg de draden door de stro-lichtmasten.
8. Heetlijm de afscherming op elke LED vanaf de achterkant en zorg ervoor dat u de componenten of metalen draden niet rechtstreeks aanraakt.
9. Steek de draden en de onderkant van de rietjes door de gaatjes in het bord. Gebruik hete lijm om de palen vanuit alle richtingen loodrecht op de basis te bevestigen.

Stap 3: Voeg de sensoren toe

1. Snijd een spleet voor de ultrasone sensor aan het einde van de weg, ongeveer 0,5 "van de rand van het bord. Duw de sensor naar binnen zodat deze vanuit een zijaanzicht loodrecht op de basis staat en zet vast met hete lijm. Dit is uiterst belangrijk, dus de metingen zijn nauwkeurig en de signalen kaatsen terug op het object, niet op het bord.
2. Snijd in de hoek aan de andere kant van de weg gaten voor de OLED- en DHT-pinnen. Eentje weer vastzetten met hete lijm zonder de elektrische componenten in gevaar te brengen.
3. Gebruik tape om de fotoresistor op de barrière en vóór het eerste licht te bevestigen. Deze Photoresistor-module is een geschenk dat vriendelijk is verstrekt door Elenco, de maker van Snap Circuits, als donatie aan het programma.
4. Sluit ten slotte de sensoren aan op de Arduino met behulp van het breadboard en de meegeleverde schakelschema's. Zorg ervoor dat u de 2 Arduino's met elkaar verbindt en alleen het SD-kaartcircuit op de tweede Arduino heeft, die bekend staat als de "werknemer". De andere, met alle sensoren, is de "baas".

Stap 4: voeg de code toe

1. Loop voordat u verder gaat de stroomdiagrammen door om de principes van de verstrekte code te begrijpen en hoe deze in het model functioneert.
2. Installeer Arduino IDE-software op de computer. Download de code uit de bijgevoegde Google Drive-map. Installeer en voeg de SPI-, Wire- en DHT-, Adafruit_GFX- en Adafruit_SSD1306-bibliotheken toe vanuit Bibliotheekbeheer als de compiler daarom vraagt.
3. Wijzig indien nodig de pinnummers zodat ze overeenkomen met uw circuit. Negeer deze stap als u dezelfde pinnen hebt gebruikt als de meegeleverde schakelschema's.

Stap 5: Test het model

1. Upload de respectieve code naar elke Arduino en sluit deze aan op batterijpakketten voor stroom.
2. Voer het programma zo lang uit als nodig is om gegevens te verzamelen, de SD-kaarttranscriptie start automatisch.

Bijgevoegd zijn de gegevens die we hebben verzameld via een binnenproef van ons model. Helaas konden we het vanwege weersomstandigheden en veiligheidsproblemen niet buiten testen, maar het biedt nog steeds een proof of concept en informatie over de testomgeving.

Door de interne conditieregeling in de testomgeving (een huis) bleven de temperatuur- en vochtigheidsmetingen gedurende de proefperiode relatief gelijk. Er zijn een paar periodieke pieken, maar die komen waarschijnlijk neer op fouten gezien hun geringe frequentie en gebrek aan correlatie. De afstand verandert ook niet buiten de foutmarge omdat er geen echte auto's van mensen in de omgeving waren. Als dit echter een model op volledige schaal was, zou de afstand waarschijnlijk de meest variabele factor zijn vanwege de steeds veranderende activiteitsniveaus in het gebied en het gebrek aan voorspelbaarheid van die patronen. Omdat het model echter in de buurt van een raam was gestationeerd, fluctueren de fotoresistorwaarden in feite drastisch. Wanneer het model 's nachts voor het eerst wordt gestart, lezen ze in het sub 50-bereik. Als de zon echter opkomt en het omgevingslicht helderder wordt, stijgen de fotoweerstandswaarden dienovereenkomstig. Daarna daalt de grafiek weer wanneer de jaloezieën in de testruimte worden gesloten, maar schieten ze weer omhoog wanneer de kunstmatige kamerverlichting wordt ingeschakeld. Samenvattend, door deze verzamelde gegevens is het duidelijk bewezen dat ons model in feite nauwkeurige gegevens over zijn omgeving rapporteert, en dat die informatie kan worden gebruikt om de systeeminstellingen te wijzigen om de omstandigheden waarin het zich bevindt weer te geven en bij te dragen aan het verminderen van lichtvervuiling zoals een hele.

Stap 6: Problemen oplossen

Gebeurt er niets? Probeer deze stappen om het probleem op te lossen:

Voordat je begint -

• Zorg ervoor dat de code wordt gecompileerd en correct is geüpload naar beide Arduino's. Als de compiler een foutmelding weergeeft, breng dan wijzigingen aan afhankelijk van wat er staat. Enkele veelvoorkomende problemen zijn onjuiste/gebrek aan bibliotheken, een ontbrekende puntkomma of een onjuiste poort die is geselecteerd voor de USB-verbinding.
• Controleer de bedrading en de batterijlading. Zorg ervoor dat de stroom- en grondrails op het breadboard zijn aangesloten op de Arduino.

Lichten gaan niet aan? -

• Zorg ervoor dat op de OLED "Donkere modus geactiveerd" staat. Het slimme systeem schakelt de LED's uit tijdens de "lichtmodus" om energie te besparen en onnodig gebruik te voorkomen.
• Kijk of uw LED's zijn doorgebrand met een eenvoudige code om ze aan en uit te zetten. Vergeet bij het testen niet een weerstand mee te nemen.

OLED gaat niet aan? -

• Sluit de Arduino van de "werknemer" aan op de computer en open de seriële monitor om ervoor te zorgen dat de waarden worden gelezen.
• Probeer het bestaande bestand op de SD-kaart te verwijderen en voer de code opnieuw uit.

SD-kaart leest geen gegevens? -

• Zorg ervoor dat de SD-kaart correct in de lezer is geplaatst.
• Zorg ervoor dat er voldoende opslagruimte beschikbaar is voor de gegevens op de kaart.

Nog iets anders? -

Neem contact met ons op en wij kunnen u helpen het probleem op te lossen

Stap 7: Conclusie

Al met al is illuMOONation de ideale allesomvattende verlichtingsoplossing voor waterfrontverlichting over de hele wereld. De unieke eigenschappen zijn nog nooit eerder gezien in de verlichtingsmarkt en de impact die het heeft op het verminderen van lichtvervuiling, terwijl het ook milieubewust is en gunstig is voor zowel mens als diersoort, is ongeëvenaard. We weten echter dat illuMOONation niet perfect is. Vanwege het beperkte tijdsbestek en de beschikbare materialen voor het project, waren we niet in staat om een model op ware grootte te maken en te testen in een echte buitenomgeving. Maar met JOUW hulp kunnen we illuMOONation naar een hoger niveau tillen en het in ons dagelijks leven inbedden, voor een betere wereld voor al het leven op aarde.

Plannen voor de toekomst -

Onze volgende stappen met dit project zouden zijn om extra componenten toe te voegen en ze te programmeren om ook in de omgeving te passen. Het zou bijvoorbeeld gunstig zijn om gevoeligere sensoren op te nemen om onderscheid te maken tussen dierlijke en voertuig/menselijke activiteit, aangezien het niet nodig is om de lichten aan te doen voor passerende dieren in het wild. Bovendien zijn we van plan om op elke lichtpaal een IR-zender en -ontvanger te hebben, die een "onzichtbare muur" vormen aan de voorkant op het strand. De "muur" zou alleen 's nachts worden geactiveerd tijdens het broedseizoen van schildpadden, en zou een zachte zoemer laten klinken om aan te geven wanneer iemand het strand is overgestoken. Dit is nog een andere herinnering om rekening te houden met de inheemse flora en fauna en te voorkomen dat nog meer van hen worden geschaad. We zouden ook graag het zonne-energiesysteem kunnen implementeren als we de juiste materialen krijgen, aangezien energie-efficiëntie een andere belangrijke factor is bij het verminderen van het antropogene effect op onze wereld van vandaag. We zouden ook graag samenwerken met andere teams en onze ideeën samen integreren om één oplossing te creëren die een groot aantal problemen met betrekking tot lichtvervuiling oplost en echt de allesomvattende verlichtingsoplossing is.

Uitdagingen en prestaties -

Het voltooien van de Astro-Science Workshop zonder daadwerkelijk naar de Adler te komen, was een verandering die niemand had kunnen voorspellen. Het was bijzonder moeilijk om via Zoom samen te werken aan een technisch project, omdat we niet kunnen zien wat elke persoon in zijn eigen huis doet, dus het is moeilijk om problemen op te lossen en op te lossen als ze zich voordoen. We hebben echter bepaalde mechanismen gebruikt om ervoor te zorgen dat we op schema blijven met ons plan en dat iedereen altijd op de hoogte is van wat elke persoon doet. Een hoogtepunt was onze Project Tracking-spreadsheet waarin we elk van de taken, hun beschrijving, status, wie ze zal voltooien en de algehele voortgang van het project hebben afgebakend. Dit stelde ons in staat om efficiënter samen te werken omdat we elkaar konden controleren en helpen waar nodig, en stelde ons in staat om communicatieve vaardigheden te ontwikkelen die essentieel zullen zijn, vooral in de komende maanden.

Dankbetuigingen -

Een dikke pluim voor onze geweldige instructeur Jesus Garcia, omdat hij ons heeft geleerd hoe we alle verschillende componenten moeten gebruiken en ons de mogelijkheid heeft gegeven om deel te nemen aan dit programma, zelfs in een afgelegen omgeving. Daarnaast heel erg bedankt aan Geza Gyuk, Chris Bresky en Ken Walczak voor al je hulp. Uw inzicht heeft onze vaardigheden echt verbeterd buiten de reikwijdte van onze projecten en we zullen de lessen die we hebben geleerd in de toekomst met ons meenemen. We willen ook onze oprechte dank betuigen aan Kelly Borden en iedereen bij het Adler Planetarium voor het jaar na jaar organiseren van dit programma en voor het toestaan van gepassioneerde tieners zoals wij om deel te nemen aan het STEM-veld en de astronomie in onze eigen woonplaats. En last but not least, bedankt aan al onze ASW-collega's omdat ze zo'n leuke, herkenbare en ondersteunende groep zijn. Deze laatste 3 weken waarin we elkaar hebben leren kennen en vrienden zijn geworden, waren anders dan we ons ooit hadden kunnen voorstellen, en het was een ervaring die een leven lang meegaat.

Zip bestand -

Klik HIER om toegang te krijgen tot alle materialen die je nodig hebt om thuis een model van illuMOONation te maken!