IlluMOONation - Model Pencahayaan Pintar: 7 Langkah

2024 Pengarang: John Day | [email protected]. Diubah suai terakhir: 2024-01-30 11:07

Adakah anda pernah melihat langit malam dan tidak dapat melihat bintang?

Berjuta-juta kanak-kanak di seluruh dunia tidak akan pernah mengalami Bima Sakti di mana mereka tinggal kerana penggunaan cahaya buatan yang meningkat dan meluas pada waktu malam yang tidak hanya mengganggu pandangan kita tentang alam semesta tetapi juga mempengaruhi persekitaran, keselamatan, penggunaan tenaga, dan kesihatan kita.

Selama tiga bilion tahun, kehidupan di Bumi wujud dalam irama cahaya dan gelap yang diciptakan semata-mata oleh pencahayaan Matahari, Bulan, dan bintang. Sekarang, lampu buatan mengatasi kegelapan dan bandar-bandar kita bersinar pada waktu malam, mengganggu corak siang-malam semula jadi dan mengubah keseimbangan persekitaran kita yang halus. Salah satu spesies yang sangat dirugikan oleh fenomena ini adalah penyu laut.

Ketika kura-kura laut dilahirkan, mereka memandang ke bulan sebagai sumber cahaya untuk membimbing mereka ke laut untuk keselamatan. Tetapi hari ini, lampu jalan di tepi pantai menjadi sangat terang sehingga kura-kura bayi sering mengikutinya ke jalanan, mati akibat dehidrasi, pemangsa, atau dilanggar oleh kenderaan di jalan raya. Haiwan nokturnal lain juga dirugikan oleh cahaya yang menyilaukan ini, walaupun tidak sama dengan penyu. Peningkatan penggunaan lampu yang sejuk ini pada waktu malam dapat menyebabkan mereka menyimpang dari irama sirkadian normal mereka dan mengimbangi fungsi biologi mereka, kadang-kadang bahkan hingga kematian.

Bagi manusia, cahaya biru mempengaruhi tahap melatonin kita, menyebabkan kurang tidur dan banyak masalah lain yang timbul akibatnya. Penyelidikan menunjukkan bahawa cahaya buatan pada waktu malam dapat meningkatkan risiko kegemukan, kemurungan, gangguan tidur, diabetes, barah payudara, dan banyak lagi.

Sekiranya anda telah membaca sejauh ini, anda mungkin bertanya, apa yang boleh kita lakukan untuk membantu? Baiklah, matikan lampu anda apabila tidak diperlukan dan ubah warna lampu anda menjadi merah dan kuning adalah permulaan yang baik. Namun, kita memerlukan sistem yang dapat dilaksanakan di kota-kota di seluruh dunia untuk benar-benar memberi kesan dan membalikkan jumlah buruk yang telah ditanggung oleh pencemaran cahaya di Bumi kita.

Kami di sini di SEAside Lighting Co. telah menemui penyelesaian yang tepat. Kami mempersembahkan kepada anda: illuMOONation - Sistem Pencahayaan Pintar kami sendiri yang terdiri daripada lampu jalan mesra alam yang dibuat dengan sensor asas dan LED. illuMOONation bukan sahaja diaktifkan objek dan dikawal oleh persekitaran, tetapi juga sesuatu yang ANDA boleh buat di rumah! Penasaran? Nah, baca terus untuk mengetahui cara membuat versi Model Pencahayaan Pintar anda sendiri … dan mungkin suatu hari menjadikannya kenyataan berskala penuh!

Ciri-ciri utama:

• Lampu Bergerak - Sensor ultrasonik mengesan di mana objek berada dan menghidupkan lampu masing-masing, sementara selebihnya tetap mati
• Satu sisi - Di sisi laut dan menjauh dari pantai sehingga haiwan yang datang ke pantai pada waktu malam tidak terganggu oleh silau, sementara masih memberikan liputan jalanan penuh untuk kenderaan dan pejalan kaki
• Lampu dengan warna merah - Haiwan nokturnal meningkatkan kemampuannya untuk melihat panjang gelombang yang lebih pendek, jadi nada yang lebih panas tidak terlalu mempengaruhi mereka, juga lebih baik bagi manusia kerana kesan buruk cahaya biru pada waktu malam yang disebutkan di atas
• Reflektif Shielding dan Downward Angle - Cahaya diarahkan menggunakan bahan reflektif di dalam modul pelindung dan miring ke bawah sehingga meliputi kawasan yang lebih besar tanpa meningkatkan penyebaran cahaya
• Mod Cahaya / Gelap - Lampu dan sensor yang tidak diperlukan akan dimatikan ketika cahaya untuk menjimatkan tenaga
• Cuaca Responsif - Mengambil bacaan suhu dan kelembapan dan mengurangkan intensiti apabila terdedah kepada penyerakan cahaya yang lebih banyak
• Mesra Alam - Sistem tenaga pintar menggunakan panel solar untuk mengecas bateri dengan cahaya matahari yang tersedia untuk mengurangkan penambahan bahan bakar fosil ke atmosfera
• Paparan Tengah - Skrin OLED menunjukkan nilai sensor dan mod sistem pencahayaan, lebih mudah diakses oleh pengguna umum dan pentadbir
• Data Logging - Data sensor disimpan pada kad SD sehingga dapat dianalisis untuk meningkatkan model dan menentukur ke persekitaran

Bekalan

Struktur -

• Papan Buih 2 11 "x 14"
• 2 Tongkat Popsicle
• Aluminium Foil berukuran 6 "x 6" persegi
• 3 Pembersih Paip Hijau
• 1 batang Dowel (diameter 1/2 ")
• 3 Straw Lebar
• Pasir
• Kertas Pembinaan Kuning, Hijau, Biru, Coklat, dan Hitam

Elektronik -

• 3 LED RGB
• Sensor Ultrasonik
• Sensor Suhu / Kelembapan DHT
• Photoresistor (Kit Litar Snap, atau dari Kit Arduino)
• Panel Suria Mini
• Paparan OLED Mini
• Pembaca Kad Micro SD
• Kad SD Mikro
• 2 Arduino
• 2 Penyambung Daya DC-ke-9 Volt
• 2 Bateri 9 Volt
• Papan roti
• Perintang 100 kOhm
• 6 100 Ohm Perintang
• Penyusun Diod
• Arduino IDE (dipasang untuk menjalankan kod)
• Alligator Clip-to-Male, Male-to-Female, dan Male-to-Male Wires

(Klik di SINI membeli Kit Permulaan Arduino UNO dengan sensor, wayar, dll)

Peralatan -

• Senapang Gam Panas
• Pisau X-Acto
• Gunting
• Gam pelekat
• Gam Cecair
• Berus cat
• Pemotong Kawat

Langkah 1: Bina Alam Sekitar

1. Ambil papan busa dan lem panas bersama-sama dengan sisi yang lebih panjang dengan satu sama lain untuk membuat asas yang lebih besar untuk model anda.
2. Pecahkan batang popsicle menjadi separuh dan lem panas dengan jarak yang sama dan tegak lurus sepanjang garis di mana 2 papan bertemu. Ini untuk menguatkan sendi.
3. Tandakan batang dowel dalam 4 kepingan 2 inci dan potong menggunakan pisau X-Acto.
4. Buat lubang di 4 sudut papan kira-kira 1.5 "dari tepi dan tempelkan kepingan dowel ke dalamnya. Pastikan dowel tegak lurus ke papan dari semua sudut.
5. Balikkan papan dan periksa untuk melihat apakah itu rata (semestinya seperti meja mini). Potonglah kertas pembinaan untuk membentuk jalan, rumput, trotoar, dan pembahagi.
6. Lekatkan kepingan ini ke papan dengan menggunakan gam gam untuk menunjukkan persekitaran sistem pencahayaan.
7. Gunakan berus cat untuk menyebarkan gam cecair di bahagian kosong papan. Sebelum mengering, tambahkan pasir dan tepuk rata ke gam sehingga melekat. Kemudian gunakan kertas biru untuk mensimulasikan air di "pantai" ini.
8. Putar pembersih paip ke dalam bentuk 2 kura-kura laut untuk mewakili haiwan yang tinggal di persekitaran sasaran.

Langkah 2: Tambahkan Lampu

1. Potong jerami menjadi separuh untuk membentuk tiang lampu anda.
2. Buat 3 lubang yang sama jarak melalui papan di pembahagi yang membentang antara pantai dan trotoar. Uji untuk melihat apakah jerami sesuai, jika tidak menjadikannya lebih besar.
3. Tempelkan aluminium foil ke sehelai kertas pembinaan hitam dengan ukuran yang sama menggunakan gam gam. Jejak templat yang dilampirkan di atas kertas sebanyak 3 kali dan potong bentuknya untuk membentuk pelindung cahaya.
4. Buat lubang di tengah setiap pelindung untuk LED. Mulakan secara kecil-kecilan dan pertambahan kenaikan kecil sehingga LED sesuai tetapi tidak jatuh.
5. Lipat di 4 sisi pelindung (dengan kerajang menghadap ke atas). Gunakan pita kecil untuk bergabung ke sisi dan buat 3D.
6. Bengkokkan bahagian cahaya LED ke bawah sehingga membentuk sudut 60º apabila plag menegak.
7. Pasang 3 wayar lelaki-ke-wanita ke petunjuk masing-masing: hitam untuk tanah, hijau untuk nilai hijau, dan merah untuk nilai merah. Pin biru tidak digunakan untuk projek ini. Jalurkan wayar melalui tiang lampu jerami.
8. Panaskan pelindung pada setiap LED dari belakang, pastikan tidak menyentuh komponen atau plumbum logam secara langsung.
9. Pasangkan wayar dan bahagian bawah jerami melalui lubang di papan. Gunakan lem panas untuk menahan tiang tegak lurus ke pangkal dari semua arah.

Langkah 3: Tambahkan Sensor

1. Potong celah untuk sensor Ultrasonik di hujung jalan, kira-kira 0.5 "dari pinggir papan. Tekan sensor ke dalam sehingga tegak lurus ke dasar dari pandangan sisi dan selamatkan dengan gam panas. Ini sangat penting supaya bacaannya tepat dan isyarat memantul dari objek, bukan papan.
2. Di sudut di seberang jalan, potong lubang agar sesuai dengan pin OLED dan DHT. Sekali lagi selamat dengan gam panas tanpa membahayakan komponen elektrik.
3. Gunakan pita untuk memasang Photoresistor pada penghalang dan sebelum lampu pertama. Modul Photoresistor ini adalah hadiah yang diberikan oleh Elenco, pencipta Snap Circuits, sebagai sumbangan untuk program ini.
4. Akhirnya, sambungkan sensor ke Arduino menggunakan papan roti dan gambarajah litar yang disediakan. Pastikan untuk menghubungkan 2 Arduino bersama-sama, dan hanya mempunyai litar Kad SD pada Arduino kedua, yang dikenali sebagai "pekerja". Yang lain, dengan semua sensor, adalah "bos".

Langkah 4: Tambahkan Kod

1. Sebelum meneruskan, ikuti carta alir untuk memahami prinsip kod yang disediakan dan bagaimana ia berfungsi dalam model.
2. Pasang perisian Arduino IDE di komputer. Muat turun kod dari folder Google Drive yang dilampirkan. Pasang dan sertakan perpustakaan SPI, Wire, dan DHT, Adafruit_GFX, dan Adafruit_SSD1306 dari Pengurus Perpustakaan jika penyusun meminta untuk.
3. Tukar nombor pin agar sesuai dengan litar anda, jika perlu. Abaikan langkah ini jika anda menggunakan pin yang sama dengan gambarajah litar yang disediakan.

Langkah 5: Uji Model

1. Muat naik kod masing-masing ke setiap Arduino dan sambungkan ke pek bateri untuk mendapatkan kuasa.
2. Jalankan program selama yang diperlukan untuk mengumpulkan data, transkripsi Kad SD akan bermula secara automatik.

Terlampir adalah data yang kami kumpulkan melalui percubaan dalaman model kami. Malangnya kerana keadaan cuaca dan masalah keselamatan, kami tidak dapat mengujinya di luar rumah, namun ia tetap menawarkan bukti konsep dan maklumat mengenai persekitaran ujian.

Sepanjang tempoh percubaan, bacaan Suhu dan Kelembapan tetap sama kerana peraturan kondisi dalaman di lingkungan pengujian (sebuah rumah). Terdapat beberapa lonjakan berkala, tetapi kemungkinan kesalahan tersebut disebabkan oleh kekurangan dan kekurangan korelasi. Jarak juga tidak berubah di luar margin kesalahan kerana tidak ada kereta sebenar orang yang bergerak di persekitaran. Walau bagaimanapun, jika ini adalah model skala penuh, jarak mungkin merupakan faktor yang paling berubah-ubah kerana tahap aktiviti yang selalu berubah di kawasan itu dan kurangnya ramalan corak tersebut. Namun, kerana model ini dipasang di dekat tingkap, nilai fotoresistor sebenarnya berubah secara drastik. Ketika model pertama kali dimulakan pada waktu malam, mereka membaca dalam lingkungan sub 50. Walau bagaimanapun, ketika matahari terbit dan pencahayaan sekeliling menjadi lebih terang, nilai fotoresistor meningkat dengan sewajarnya. Selepas itu, grafik turun lagi apabila tirai ditutup di kawasan ujian, tetapi gambar kembali naik apabila lampu bilik tiruan dihidupkan. Kesimpulannya, melalui data yang dikumpulkan ini terbukti dengan jelas bahawa model kita sebenarnya melaporkan data tentang persekitarannya dengan tepat, dan bahawa maklumat tersebut dapat digunakan untuk mengubah pengaturan sistem untuk mencerminkan keadaan di dalamnya dan menyumbang untuk mengurangkan pencemaran cahaya sebagai keseluruhan.

Langkah 6: Selesaikan masalah

Tidak ada yang berlaku? Cubalah langkah-langkah berikut untuk menyelesaikan masalah:

Sebelum awak bermula -

• Pastikan kod menyusun dan dimuat dengan betul ke kedua Arduino. Sekiranya penyusun memaparkan mesej ralat, buat perubahan bergantung pada apa yang dinyatakan. Beberapa masalah umum adalah salah / kekurangan perpustakaan, titik koma yang hilang, atau port yang salah dipilih untuk sambungan USB.
• Periksa kabel dan cas bateri. Pastikan rel elektrik dan landasan di papan roti disambungkan ke Arduino.

Lampu tidak menyala? -

• Pastikan OLED mengatakan "Mode Gelap Diaktifkan". Sistem pintar mematikan LED semasa "mod cahaya" untuk menjimatkan tenaga dan mencegah penggunaan yang tidak perlu.
• Lihat apakah LED anda habis menggunakan kod mudah untuk menghidupkan dan mematikannya. Jangan lupa memasukkan perintang semasa menguji.

OLED tidak dihidupkan? -

• Sambungkan "pekerja" Arduino ke komputer dan buka monitor bersiri untuk memastikan bahawa nilainya dibaca.
• Cuba hapuskan fail yang ada pada kad SD dan jalankan kodnya lagi.

Kad SD tidak membaca data? -

• Pastikan kad SD dimasukkan ke dalam pembaca, dan dengan betul.
• Pastikan terdapat simpanan yang mencukupi untuk data pada kad.

Apa-apa lagi? -

Hubungi kami dan kami dapat membantu menyelesaikan masalah

Langkah 7: Kesimpulannya

Secara keseluruhan, illuMOONation adalah penyelesaian pencahayaan komprehensif yang ideal untuk pencahayaan tepi laut di seluruh dunia. Ciri-cirinya yang unik belum pernah dilihat sebelumnya di pasar pencahayaan, dan kesannya terhadap pengurangan pencemaran cahaya sementara juga sedar alam sekitar dan bermanfaat bagi manusia dan spesies haiwan tidak ada bandingannya. Namun, kita tahu bahawa illuMOONation tidak sempurna. Oleh kerana jangka masa dan bahan yang terhad untuk projek ini, kami tidak dapat membuat model skala penuh dan mengujinya di persekitaran luar yang sebenar. Tetapi dengan pertolongan ANDA, kita dapat membawa penerangan ke tahap seterusnya dan menanamkannya dalam kehidupan seharian kita, untuk dunia yang lebih baik untuk semua kehidupan di Bumi.

Rancangan masa hadapan -

Langkah seterusnya dengan projek ini adalah dengan menambahkan komponen tambahan dan memprogramkannya agar sesuai dengan persekitaran. Sebagai contoh, adalah bermanfaat untuk memasukkan sensor yang lebih sensitif untuk membezakan antara aktiviti haiwan dan kenderaan / manusia, kerana tidak perlu menyalakan lampu untuk melewati hidupan liar. Selain itu, kami merancang untuk mempunyai Pemancar dan Penerima IR pada setiap tiang lampu, membentuk "tembok tak terlihat" di depan pantai. "Tembok" hanya akan diaktifkan pada malam hari selama musim pembiakan penyu, dan akan membunyikan bel yang lembut untuk memberi isyarat ketika seseorang telah menyeberang ke kawasan pantai. Ini adalah satu lagi peringatan untuk memperhatikan hidupan liar asli dan mencegah lebih banyak daripada mereka daripada dicederakan. Kami juga ingin dapat menerapkan sistem tenaga suria jika diberi bahan yang mencukupi, kerana kecekapan tenaga adalah faktor penting lain dalam mengurangkan kesan antropogenik terhadap dunia kita hari ini. Kami juga ingin bekerjasama dengan pasukan lain dan menggabungkan idea kami bersama-sama untuk membuat satu penyelesaian yang dapat menyelesaikan banyak masalah mengenai pencemaran cahaya dan benar-benar penyelesaian pencahayaan yang merangkumi semua.

Cabaran & Pencapaian -

Menyelesaikan Bengkel Astro-Sains tanpa benar-benar datang ke Adler adalah perubahan yang tidak dapat diramalkan oleh siapa pun. Sangat sukar untuk berkolaborasi dalam projek kejuruteraan melalui Zoom kerana kita tidak dapat melihat apa yang dilakukan setiap orang di rumah mereka sendiri, jadi sukar untuk menyelesaikan masalah dan menyelesaikan masalah ketika timbul. Walau bagaimanapun, kami menggunakan mekanisme tertentu untuk memastikan kami tetap mengikuti rancangan kami dan semua orang sentiasa mengetahui apa yang dilakukan oleh setiap orang. Satu kemuncaknya ialah hamparan Project Tracking kami di mana kami menggambarkan setiap tugas, penerangan, status mereka, siapa yang akan menyelesaikannya, dan keseluruhan kemajuan projek. Ini membolehkan kami bekerjasama dengan lebih cekap kerana kami dapat memeriksa antara satu sama lain dan saling membantu, dan membolehkan kami mengembangkan kemahiran komunikasi yang sangat penting, terutama pada bulan-bulan mendatang.

Ucapan terima kasih -

Jeritan besar kepada pengajar kami yang luar biasa Jesus Garcia untuk mengajar kami bagaimana menggunakan semua komponen yang berbeza dan memberi kami peluang untuk berpartisipasi dalam program ini, bahkan dalam suasana yang jauh. Selain itu, terima kasih banyak kepada Geza Gyuk, Chris Bresky, dan Ken Walczak atas semua bantuan anda selama ini. Wawasan anda telah benar-benar meningkatkan kemahiran kami di luar ruang lingkup projek kami dan kami akan melaksanakan pelajaran yang kami pelajari bersama di masa hadapan. Kami juga ingin mengucapkan terima kasih yang tulus kepada Kelly Borden dan semua orang di Adler Planetarium kerana mengadakan program ini tahun demi tahun dan membenarkan remaja yang bersemangat seperti kita terlibat dalam bidang STEM dan astronomi di kampung halaman kita sendiri. Dan yang terakhir, terima kasih kepada setiap rakan sebaya ASW kerana menjadi kumpulan yang menyeronokkan, berkaitan, dan menyokong. 3 minggu terakhir untuk mengenal satu sama lain dan menjadi kawan tidak seperti apa yang pernah kita bayangkan, dan itu adalah pengalaman yang akan berlangsung seumur hidup.

Fail ZIP -

Klik DI SINI untuk mengakses semua bahan yang anda perlukan untuk membuat model illuMOONation di rumah!