IlluMOONation: un model d'il·luminació intel·ligent: 7 passos

2024 Autora: John Day | [email protected]. Última modificació: 2024-01-30 08:11

Heu mirat mai el cel nocturn i no heu pogut veure cap estrella?

Milions de nens a tot el món mai no experimentaran la Via Làctia on viuen a causa de l’ús creixent i estès de llum artificial a la nit que no només afecta la nostra visió de l’univers, sinó que afecta negativament el nostre entorn, la seguretat, el consum d’energia i la salut..

Durant tres mil milions d’anys, la vida a la Terra va existir en un ritme de llum i foscor que va ser creat únicament per la il·luminació del Sol, la Lluna i les estrelles. Ara, les llums artificials dominen la foscor i les nostres ciutats brillen a la nit, alterant el patró natural dia-nit i canviant el delicat equilibri del nostre entorn. Una de les espècies especialment perjudicades per aquest fenomen són les tortugues marines.

Quan neixen les tortugues marines, miren cap a la lluna com una font de llum que les guia cap a l’oceà per seguretat. Però aquests dies, els fanals de les platges s’han tornat tan brillants que les tortugues solen acabar seguint-les pels carrers, morint per deshidratació, depredadors o atropellades per vehicles a la carretera. Aquests llums fulgurants també fan mal a altres animals nocturns, encara que no en la mateixa mesura que les tortugues. El major ús d’aquestes llums de tons frescos a la nit pot fer que s’allunyi del ritme circadià normal i compensi la seva funció biològica, fins i tot fins a la mort.

Per als éssers humans, la llum blava afecta els nostres nivells de melatonina, cosa que provoca una menor son i una gran quantitat d’altres problemes com a resultat. La investigació suggereix que la llum artificial a la nit pot augmentar els riscos d’obesitat, depressió, trastorns del son, diabetis, càncer de mama i molt més.

Si heu llegit fins aquí, potser us preguntareu, què podem fer per ajudar-vos? Bé, simplement apagar els llums quan no són necessaris i canviar el color de les llums a vermells i grocs és un bon començament. No obstant això, necessitem un sistema que es pugui implementar a ciutats de tot el món per tenir un impacte real i revertir el devastador peatge que la contaminació lumínica ha assumit a la nostra Terra.

Aquí, a SEAside Lighting Co., hem trobat la solució perfecta. Us presentem: illuMOONation: el nostre sistema d’il·luminació intel·ligent molt propi format per fanals ecològics fets amb sensors bàsics i LED. illuMOONation no només està activat per objectes i està controlat pel medi ambient, sinó que també podeu fer-ho a casa. Intrigat? Bé, seguiu llegint per esbrinar com crear la vostra pròpia versió d’aquest model d’il·luminació intel·ligent … i potser algun dia la convertireu en una realitat a gran escala.

Característiques clau:

• Llums mòbils: el sensor d'ultrasons detecta on es troba un objecte i encén la llum respectiva, mentre que la resta roman apagada
• Unilateral: al costat de l'oceà i apuntant-se a la platja, de manera que els animals que arriben a la costa a la nit no es distreuen amb l'enlluernament, tot i que proporcionen cobertura al carrer per a vehicles i vianants
• Llums de tons vermells: els animals nocturns tenen millors habilitats per veure longituds d'ona més curtes, de manera que els tons més càlids no els afecten tant, també millor per als humans a causa dels impactes perjudicials de la llum blava a la nit que s'esmenten més amunt.
• Blindatge reflectant i angle cap avall: la llum es dirigeix mitjançant el material reflectant dins del mòdul de blindatge i està inclinada cap avall de manera que cobreixi una àrea més gran sense augmentar la dispersió de llum
• Mode clar / fosc: les llums i els sensors que no són necessaris es desactiven quan és brillant per estalviar energia
• Respecte al temps: fa lectures de temperatura i humitat i disminueix la intensitat quan es propensa a més dispersió de llum
• Ecològic: sistema d’energia intel·ligent que utilitza panell solar per carregar la bateria amb llum solar fàcilment disponible per reduir l’addició de combustibles fòssils a l’atmosfera
• Pantalla central: la pantalla OLED mostra els valors del sensor i el mode del sistema d’il·luminació, més accessible tant per a usuaris generals com per a administradors
• Registre de dades: les dades del sensor s’emmagatzemen en una targeta SD de manera que es poden analitzar per millorar encara més el model i calibrar-les a l’entorn

Subministraments

Estructura -

• 2 taulers d'escuma de 11 "x 14"
• 2 palets de paletes
• Quadrat de 6 "x 6" de paper d'alumini
• 3 netejadors de canonades verdes
• 1 vareta de diàmetre (1/2 ")
• 3 palles amples
• Sorra
• Paper de construcció groc, verd, blau, marró i negre

Electrònica -

• 3 LED RGB
• Sensor d'ultrasons
• Sensor de temperatura / humitat DHT
• Fotoresistència (kit de circuits Snap, o del kit Arduino)
• Mini panell solar
• Mini pantalla OLED
• Lector de targetes Micro SD
• Targeta Micro SD
• 2 arduinos
• 2 connectors d'alimentació de CC a 9 volts
• 2 bateries de 9 volts
• Taula de pa
• Resistència de 100 kOhm
• 6 resistències de 100 ohms
• Rectificador de díodes
• ID Arduino (instal·lat per executar codi)
• Filferros de cocodril per a home, per a home i per a home i per a home

(Feu clic per AQUÍ comprar el kit d’inici Arduino UNO amb sensors, cables, etc.)

Equipament -

• Pistola de cola calenta
• Ganivet X-Acto
• Tisores
• Barra d'enganxar
• Cola líquida
• Pinzell
• Talladors de filferro

Pas 1: Creeu el medi ambient

1. Agafeu les taules d'escuma i enganxeu-les juntes amb els laterals més llargs per crear una base més gran per al vostre model.
2. Trencar els pals de palets per la meitat i enganxar-los en calent igualment espaiats i perpendiculars al llarg de la línia on es troben els 2 taulers. Es tracta de reforçar l’articulació.
3. Marqueu la vareta en 4 trossos de 2 polzades i talleu-los amb el ganivet X-Acto.
4. Feu forats a les 4 cantonades del tauler a uns 1,5”de les vores i enganxeu calent els trossos de tac. Assegureu-vos que els tacs siguin perpendiculars al tauler des de tots els angles.
5. Doneu la volta al tauler i comproveu si està a nivell (hauria de ser com una mini-taula). Retalleu trossos de paper de construcció per formar la carretera, l’herba, la vorera i el separador.
6. Enganxeu aquestes peces al tauler amb el pal de cola per mostrar l’entorn del sistema d’il·luminació.
7. Feu servir el pinzell per escampar cola líquida al costat buit del tauler. Abans que s’assequi, afegiu-hi sorra i ficar-la uniformement a la cola fins que quedi enganxada. A continuació, utilitzeu paper blau per simular l'aigua en aquesta "platja".
8. Gireu els netejadors de canonades en forma de 2 tortugues marines per representar els animals que viuen a l’entorn objectiu.

Pas 2: afegiu els llums

1. Talleu les palletes per la meitat per formar els pals de les vostres llums.
2. Feu 3 forats igualment espaiats a través del tauler del divisor que discorre entre la platja i la vorera. Feu la prova per veure si la palla s’adapta, si no, fer-la més gran.
3. Enganxeu el paper d'alumini a un tros de paper de construcció negre de la mateixa mida amb un pal de cola. Traça la plantilla adjunta al paper 3 vegades i retalla les formes per formar el blindatge de la llum.
4. Feu un forat al mig de cada blindatge per al LED. Comenceu petit i augmenteu només en petits increments fins que el LED s'adapti però no caigui.
5. Doblegueu els 4 costats del blindatge (amb la làmina cap amunt). Utilitzeu petites tires de cinta per unir els laterals i fer-la 3D.
6. Doble la part lleugera dels LED cap avall de manera que formin un angle de 60º quan els cables siguin verticals.
7. Connecteu 3 cables entre homes i dones als seus respectius cables: negre per a terra, verd per al valor verd i vermell per al valor vermell. El pin blau no s'ha utilitzat per a aquest projecte. Enfileu els cables a través dels pals de llum de palla.
8. Enganxeu en calent el blindatge a cada LED de la part posterior, assegurant-vos de no tocar directament els components ni els cables metàl·lics.
9. Enganxeu els cables i el fons de les palletes pels forats del tauler. Feu servir cola calenta per assegurar els pols perpendiculars a la base des de totes les direccions.

Pas 3: afegiu els sensors

1. Tallar una escletxa per al sensor d'ultrasons al final de la carretera, a uns 0,5 "de la vora del tauler. Introduïu el sensor perquè quedi perpendicular a la base des d’una vista lateral i assegureu-lo amb cola calenta. Això és extremadament important, de manera que les lectures són precises i els senyals reboten sobre l'objecte i no sobre el tauler.
2. A la cantonada del costat oposat de la carretera, talleu els forats per adaptar-los als pins OLED i DHT. Un altre cop assegurat amb cola calenta sense posar en perill cap dels components elèctrics.
3. Feu servir cinta per fixar el fotoresistor a la barrera i abans de la primera llum. Aquest mòdul Photoresistor és un regal amablement proporcionat per Elenco, el creador de Snap Circuits, com a donació al programa.
4. Finalment, connecteu els sensors a l’Arduino mitjançant la placa de configuració i els diagrames de circuits proporcionats. Assegureu-vos de connectar els dos Arduinos junts i només teniu el circuit de la targeta SD al segon Arduino, que es coneix com a "empleat". L'altre, amb tots els sensors, és el "cap".

Pas 4: afegiu el codi

1. Abans de continuar, passegeu pels diagrames de flux per comprendre els principis del codi proporcionat i com funciona al model.
2. Instal·leu el programari Arduino IDE a l'ordinador. Baixeu-vos el codi de la carpeta adjunta de Google Drive. Instal·leu i inclogueu les biblioteques SPI, Wire i DHT, Adafruit_GFX i Adafruit_SSD1306 des del gestor de biblioteques si el compilador ho demana.
3. Si cal, canvieu els números de pin perquè coincideixin amb el vostre circuit. Ignoreu aquest pas si heu utilitzat els mateixos pins que els diagrames de circuits proporcionats.

Pas 5: proveu el model

1. Pengeu el codi corresponent a cada Arduino i connecteu-lo a les bateries per obtenir energia.
2. Executeu el programa el temps necessari per recopilar dades; la transcripció de la targeta SD s'iniciarà automàticament.

Adjuntem les dades que vam recollir mitjançant una prova interior del nostre model. Malauradament, a causa de les condicions meteorològiques i els problemes de seguretat, no hem pogut provar-lo a l'aire lliure, però encara ofereix proves de concepte i informació sobre l'entorn de proves.

Durant tot el període de prova, les lectures de temperatura i humitat van romandre relativament les mateixes a causa de la regulació de l’estat intern a l’entorn de proves (una casa). Hi ha algunes pujades periòdiques, però és probable que siguin errors donades la seva poca freqüència i la manca de correlació. La distància tampoc no canvia fora del marge d’error perquè no hi havia vehicles reals de persones que es movessin a l’entorn. No obstant això, si es tractés d’un model a escala completa, la distància probablement seria el factor més variable a causa dels nivells d’activitat en constant canvi a la zona i la manca de previsibilitat d’aquests patrons. No obstant això, atès que el model estava estacionat a prop d'una finestra, els valors de la fotoresistència de fet fluctuen dràsticament. Quan el model s’inicia per primera vegada a la nit, llegeixen a la gamma sub 50. No obstant això, a mesura que surt el sol i la il·luminació ambiental es fa més intensa, els valors de la fotoresistència augmenten en conseqüència. Després d’això, el gràfic torna a caure quan les persianes es tanquen a la zona de proves, però tornen a disparar quan s’encén la il·luminació artificial de l’habitació. En conclusió, a través d’aquestes dades recopilades es demostra clarament que el nostre model informa de manera precisa amb dades sobre el seu entorn i que aquesta informació es pot utilitzar per modificar la configuració del sistema per reflectir les condicions en què es troba i contribuir a reduir la contaminació lumínica com un forat.

Pas 6: resolució de problemes

No passa res? Proveu aquests passos per solucionar el problema:

Abans que comencis -

• Assegureu-vos que el codi es compila i es penja correctament a tots dos Arduinos. Si el compilador mostra un missatge d'error, feu canvis segons el que digui. Alguns problemes comuns són incorrectes / manca de biblioteques, falta un punt i coma o un port incorrecte seleccionat per a la connexió USB.
• Comproveu el cablejat i la càrrega de la bateria. Assegureu-vos que els rails d’alimentació i de terra de la placa estan connectats a l’Arduino.

Les llums no s’encenen? -

• Assegureu-vos que l'OLED digui "Mode fosc activat". El sistema intel·ligent desactiva els LED durant el "mode de llum" per estalviar energia i evitar l'ús innecessari.
• Comproveu si els vostres LED s’esgoten mitjançant un codi senzill per activar-los i apagar-los. No oblideu incloure una resistència quan feu la prova.

L’OLED no s’activa? -

• Connecteu l'Arduino "empleat" a l'ordinador i obriu el monitor sèrie per assegurar-vos que es llegeixen els valors.
• Proveu de suprimir el fitxer existent a la targeta SD i torneu a executar el codi.

La targeta SD no llegeix dades? -

• Assegureu-vos que la targeta SD estigui ben posada al lector.
• Assegureu-vos que hi hagi un emmagatzematge adequat disponible per a les dades de la targeta.

Alguna cosa més? -

Poseu-vos en contacte amb nosaltres i podem ajudar-vos a resoldre el problema

Pas 7: Conclusió

Amb tot, illuMOONation és la solució d’il·luminació integral ideal per a la il·luminació a primera línia de mar a tot el món. Les seves característiques úniques no s’havien vist fins ara al mercat de la il·luminació i l’impacte que té en la reducció de la contaminació lumínica, alhora que és conscient del medi ambient i és beneficiós tant per als humans com per a les espècies animals. Tot i això, sabem que illuMOONation no és perfecte. A causa del període de temps limitat i dels materials proporcionats per al projecte, no vam poder fer un model a gran escala i provar-lo en un entorn exterior real. Però amb la VOSTRA ajuda, podem portar la il·luminació al següent nivell i incorporar-la a la nostra vida diària, per obtenir un món millor per a tota la vida a la Terra.

Plans futurs -

Els nostres propers passos amb aquest projecte serien afegir components addicionals i programar-los perquè s’adaptin també a l’entorn. Per exemple, seria beneficiós incloure sensors més sensibles per distingir entre l’activitat dels animals i els vehicles / humans, ja que no cal encendre els llums per passar la vida salvatge. A més, tenim previst tenir un emissor i un receptor IR a cada llum, formant una "paret invisible" al davant de la platja. La "paret" només s'activaria a la nit durant la temporada de reproducció de les tortugues i sonaria un suau brunzidor per indicar quan algú ha travessat la zona de la platja. Aquest és un recordatori més per tenir en compte la vida salvatge autòctona i evitar que se’n perjudiqui encara més. També ens encantaria poder implementar el sistema d’energia solar si se’ns proporcionen els materials adequats, ja que l’eficiència energètica és un altre factor important per disminuir l’efecte antropogènic sobre el nostre món actual. També ens encantaria col·laborar amb altres equips i incorporar les nostres idees per crear una solució que resolgui multitud de problemes relacionats amb la contaminació lumínica i que sigui realment la solució d’il·luminació amb tot inclòs.

Reptes i assoliments:

Completar el taller d’Astro-Science sense arribar realment a l’Adler va ser un canvi que ningú no hauria pogut predir. Ha estat especialment difícil col·laborar en un projecte d’enginyeria mitjançant Zoom perquè no podem veure què fa cada persona a casa seva, de manera que és difícil solucionar problemes i solucionar-los a mesura que es plantegin. Tanmateix, hem utilitzat certs mecanismes per assegurar-nos que seguim el nostre pla i que tothom sigui sempre conscient del que fa cada persona. Un dels aspectes més destacats va ser el nostre full de càlcul de seguiment de projectes on vam delimitar cadascuna de les tasques, la seva descripció, l’estat, qui les completarà i el progrés general del projecte. Això ens va permetre treballar junts de manera més eficient ja que ens vam poder comprovar mútuament i ajudar-nos si calia, i ens va permetre desenvolupar habilitats comunicatives que seran essencials, especialment en els propers mesos.

Agraïments -

Un gran crit al nostre sorprenent instructor Jesús Garcia per ensenyar-nos a utilitzar tots els components i donar-nos la possibilitat de participar en aquest programa, fins i tot en un entorn remot. A més, moltes gràcies a Geza Gyuk, Chris Bresky i Ken Walczak per tota la vostra ajuda. La vostra visió realment ha millorat les nostres habilitats més enllà de l’abast dels nostres projectes i portarem les lliçons que hem après amb nosaltres en el futur. També volem expressar el nostre més sincer agraïment a Kelly Borden i a tothom al Planetari Adler per haver organitzat aquest programa any rere any i permetre que adolescents apassionats com nosaltres participin en el camp STEM i l’astronomia a la nostra ciutat natal. I per últim, però no menys important, gràcies a tots i cadascun dels nostres companys ASW per ser un grup tan divertit, relacionable i solidari. Aquestes tres darreres setmanes de conèixer-nos i fer-nos amics no han estat semblants a qualsevol cosa que haguéssim pogut imaginar i va ser una experiència que durarà tota la vida.

Fitxer ZIP:

Feu clic AQUÍ per accedir a tots els materials que necessiteu per fer un model d'illuMOONation a casa.