IlluMOONation - un modello di illuminazione intelligente: 7 passaggi

2024 Autore: John Day | [email protected]. Ultima modifica: 2024-01-30 09:59

Hai mai guardato il cielo notturno e non sei stato in grado di vedere nessuna stella?

Milioni di bambini in tutto il mondo non sperimenteranno mai la Via Lattea dove vivono a causa dell'uso crescente e diffuso della luce artificiale di notte che non solo compromette la nostra visione dell'universo, ma influisce negativamente sul nostro ambiente, sulla sicurezza, sul consumo di energia e sulla salute.

Per tre miliardi di anni, la vita sulla Terra è esistita in un ritmo di luce e oscurità creato esclusivamente dall'illuminazione del Sole, della Luna e delle stelle. Ora, le luci artificiali sopraffanno l'oscurità e le nostre città brillano di notte, interrompendo il naturale schema giorno-notte e spostando il delicato equilibrio del nostro ambiente. Una specie particolarmente danneggiata da questo fenomeno sono le tartarughe marine.

Quando nascono le tartarughe marine, guardano alla luna come una fonte di luce per guidarle verso l'oceano in cerca di sicurezza. Ma in questi giorni, i lampioni delle spiagge sono diventati così luminosi che spesso i cuccioli di tartaruga finiscono per seguirli per le strade, muoiono per disidratazione, predatori o vengono investiti da veicoli sulla strada. Anche altri animali notturni sono danneggiati da queste luci abbaglianti, anche se non nella stessa misura delle tartarughe. L'aumento dell'uso di queste luci dai toni freddi di notte può farli allontanare dal loro normale ritmo circadiano e compensare la loro funzione biologica, a volte fino alla morte.

Per gli esseri umani, la luce blu influisce sui nostri livelli di melatonina, portando a una riduzione del sonno e a una miriade di altri problemi che ne derivano. La ricerca suggerisce che la luce artificiale di notte può aumentare i rischi di obesità, depressione, disturbi del sonno, diabete, cancro al seno e altro ancora.

Se hai letto fino a qui, potresti chiederti, cosa possiamo fare per aiutarti? Bene, spegnere semplicemente le luci quando non sono necessarie e cambiare il colore delle luci in rosso e giallo è un buon inizio. Tuttavia, abbiamo bisogno di un sistema che possa essere implementato nelle città di tutto il mondo per avere davvero un impatto e invertire il devastante tributo che l'inquinamento luminoso ha avuto sulla nostra Terra.

Noi di SEAside Lighting Co. abbiamo trovato la soluzione perfetta. Vi presentiamo: illuMOONation - il nostro sistema di illuminazione intelligente composto da lampioni ecologici realizzati con sensori di base e LED. illuMOONation non è solo attivato dagli oggetti e controllato dall'ambiente, ma è anche qualcosa che TU puoi fare a casa! Incuriosito? Bene, continua a leggere per scoprire come creare la tua versione di questo modello di illuminazione intelligente… e forse un giorno renderlo una realtà su vasta scala!

Caratteristiche principali:

• Luci mobili: il sensore a ultrasuoni rileva dove si trova un oggetto e accende la rispettiva luce, mentre il resto rimane spento
• unilaterale: sul lato dell'oceano e lontano dalla spiaggia in modo che gli animali che arrivano a riva di notte non siano distratti dal bagliore, fornendo comunque una copertura completa per veicoli e pedoni
• Luci dai toni rossi - Gli animali notturni hanno capacità migliorate di vedere lunghezze d'onda più corte, quindi i toni più caldi non li influenzano molto, anche meglio per gli umani a causa degli impatti dannosi della luce blu durante la notte menzionati sopra
• Schermatura riflettente e angolo verso il basso: la luce viene diretta utilizzando il materiale riflettente all'interno del modulo di schermatura ed è angolata verso il basso in modo da coprire un'area più ampia senza aumentare la dispersione della luce
• Modalità chiaro/scuro: le luci e i sensori che non sono necessari vengono disabilitati quando è luminoso per risparmiare energia
• Reattivo alle condizioni atmosferiche: rileva le letture di temperatura e umidità e diminuisce l'intensità quando è soggetto a una maggiore dispersione della luce
• Ecologico: sistema energetico intelligente che utilizza un pannello solare per caricare la batteria con la luce solare prontamente disponibile per ridurre l'aggiunta di combustibili fossili nell'atmosfera
• Display centrale: lo schermo OLED mostra i valori del sensore e la modalità del sistema di illuminazione, più accessibile sia all'utente generico che agli amministratori
• Registrazione dati: i dati del sensore vengono archiviati su una scheda SD in modo che possano essere analizzati per migliorare ulteriormente il modello e calibrare l'ambiente

Forniture

Struttura -

• 2 pannelli in schiuma da 11" x 14"
• 2 bastoncini di ghiacciolo
• 6 "x 6" quadrato di foglio di alluminio
• 3 scovolini verdi
• 1 asta di riferimento (diametro 1/2")
• 3 cannucce larghe
• Sabbia
• Cartoncino giallo, verde, blu, marrone e nero

Elettronica -

• 3 LED RGB
• Sensore ultrasonico
• Sensore di temperatura/umidità DHT
• Fotoresistenza (kit di circuiti a scatto o da kit Arduino)
• Mini pannello solare
• Mini display OLED
• Lettore di schede micro SD
• Scheda MicroSD
• 2 Arduino
• 2 connettori di alimentazione da CC a 9 Volt
• 2 batterie da 9 Volt
• tagliere
• Resistenza da 100 kOhm
• 6 resistori da 100 Ohm
• Raddrizzatore a diodi
• Arduino IDE (installato per eseguire il codice)
• Cavi da clip a coccodrillo a maschio, maschio a femmina e maschio a maschio

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Attrezzatura -

• Pistola per colla a caldo
• Coltello X-Acto
• Forbici
• Colla stick
• Colla liquida
• Pennello
• Pinza tagliafili

Passaggio 1: costruire l'ambiente

1. Prendi i pannelli di gommapiuma e incollali a caldo insieme con i lati più lunghi a filo tra loro per creare una base più grande per il tuo modello.
2. Rompi i bastoncini del ghiacciolo a metà e incollali a caldo equidistanti e perpendicolari lungo la linea in cui le 2 tavole si incontrano. Questo serve per rinforzare l'articolazione.
3. Segna l'asta del tassello in 4 pezzi da 2 pollici e tagliali usando il coltello X-Acto.
4. Fai dei fori in 4 angoli della tavola a circa 1,5 pollici dai bordi e incolla a caldo i tasselli. Assicurati che i tasselli siano perpendicolari alla tavola da tutti gli angoli.
5. Capovolgi la tavola e controlla se è livellata (dovrebbe essere come un mini-tavolo). Ritaglia dei pezzi di cartoncino per formare la strada, l'erba, il marciapiede e il divisorio.
6. Incolla questi pezzi sulla lavagna usando la colla stick per mostrare l'ambiente per il sistema di illuminazione.
7. Usa il pennello per stendere la colla liquida sul lato vuoto della tavola. Prima che si asciughi, aggiungi della sabbia e picchiettala uniformemente sulla colla finché non si attacca. Quindi usa la carta blu per simulare l'acqua su questa "spiaggia".
8. Ruota gli scovolini a forma di 2 tartarughe marine per rappresentare gli animali che vivono nell'ambiente di destinazione.

Passaggio 2: aggiungi le luci

1. Taglia le cannucce a metà per formare i pali per le tue luci.
2. Fai 3 fori equidistanti attraverso la tavola nel divisorio che corre tra la spiaggia e il marciapiede. Prova per vedere se la cannuccia si adatta, se non le ingrandisci.
3. Incolla il foglio di alluminio su un pezzo di cartoncino nero della stessa dimensione usando una colla stick. Traccia il modello allegato sulla carta 3 volte e ritaglia le forme per formare la schermatura per la luce.
4. Fare un foro al centro di ogni schermatura per il LED. Inizia in piccolo e aumenta solo in piccoli incrementi finché il LED non si adatta ma non cade.
5. Piegare i 4 lati della schermatura (con la pellicola rivolta verso l'alto). Usa piccole strisce di nastro adesivo per unire i lati e renderlo 3D.
6. Piegare la parte luminosa dei LED verso il basso in modo che formino un angolo di 60º quando i cavi sono verticali.
7. Collegare 3 fili maschio-femmina ai rispettivi cavi: nero per massa, verde per valore verde e rosso per valore rosso. Il pin blu non è utilizzato per questo progetto. Infilare i fili attraverso i pali della luce di paglia.
8. Incolla a caldo la schermatura su ciascun LED dal retro, assicurandoti di non toccare direttamente i componenti o i cavi metallici.
9. Infila i fili e il fondo delle cannucce attraverso i fori della tavola. Usa la colla a caldo per fissare i pali perpendicolarmente alla base da tutte le direzioni.

Passaggio 3: aggiungere i sensori

1. Taglia una fessura per il sensore a ultrasuoni alla fine della strada, a circa 0,5 "dal bordo della scheda. Spingere il sensore in modo che sia perpendicolare alla base da una vista laterale e fissarlo con colla a caldo. Questo è estremamente importante in modo che le letture siano accurate e i segnali rimbalzino sull'oggetto, non sulla scheda.
2. Nell'angolo sul lato opposto della strada, pratica dei fori per adattare i pin OLED e DHT. Uno ancora una volta fissato con colla a caldo senza mettere in pericolo nessuno dei componenti elettrici.
3. Utilizzare del nastro adesivo per fissare la fotoresistenza alla barriera e prima della prima luce. Questo modulo fotoresistore è un regalo gentilmente fornito da Elenco, il creatore di Snap Circuits, come donazione al programma.
4. Infine, collega i sensori ad Arduino utilizzando la breadboard e gli schemi circuitali forniti. Assicurati di collegare i 2 Arduino insieme e di avere solo il circuito della scheda SD sul secondo Arduino, noto come "dipendente". L'altro, con tutti i sensori, è il “capo”.

Passaggio 4: aggiungi il codice

1. Prima di procedere, esaminare i diagrammi di flusso per comprendere i principi del codice fornito e come funziona nel modello.
2. Installa il software IDE Arduino sul computer. Scarica il codice dalla cartella Google Drive allegata. Installa e includi le librerie SPI, Wire e DHT, Adafruit_GFX e Adafruit_SSD1306 dal Gestore libreria se richiesto dal compilatore.
3. Se necessario, cambia i numeri dei pin in modo che corrispondano al tuo circuito. Ignora questo passaggio se hai utilizzato gli stessi pin degli schemi elettrici forniti.

Passaggio 5: testare il modello

1. Carica il rispettivo codice su ciascun Arduino e connettiti ai pacchi batteria per l'alimentazione.
2. Esegui il programma per tutto il tempo necessario alla raccolta dei dati, la trascrizione della scheda SD partirà automaticamente.

In allegato i dati che abbiamo raccolto attraverso una prova indoor del nostro modello. Sfortunatamente a causa delle condizioni meteorologiche e dei problemi di sicurezza non siamo stati in grado di testarlo all'aperto, tuttavia offre ancora prove di concetto e informazioni sull'ambiente di test.

Durante il periodo di prova, le letture di temperatura e umidità sono rimaste relativamente le stesse a causa della regolazione delle condizioni interne nell'ambiente di prova (una casa). Ci sono alcuni picchi periodici, ma quelli probabilmente equivalgono a errori data la loro infrequenza e mancanza di correlazione. La distanza, inoltre, non cambia al di fuori del margine di errore perché non c'erano vere auto di persone che si muovevano nell'ambiente. Tuttavia, se si trattasse di un modello in scala reale, la distanza sarebbe probabilmente il fattore più variabile a causa dei livelli di attività in continua evoluzione nell'area e della mancanza di prevedibilità di tali modelli. Tuttavia, poiché il modello è stato posizionato vicino a una finestra, i valori della fotoresistenza fluttuano drasticamente. Quando il modello viene avviato per la prima volta di notte, leggono nell'intervallo inferiore a 50. Tuttavia, quando il sole sorge e l'illuminazione ambientale diventa più intensa, i valori della fotoresistenza aumentano di conseguenza. Dopodiché, il grafico scende di nuovo quando le tapparelle sono chiuse nell'area di prova, ma tornano indietro quando viene accesa l'illuminazione artificiale della stanza. In conclusione, attraverso questi dati raccolti è chiaramente dimostrato che il nostro modello in effetti riporta accuratamente i dati sull'ambiente circostante e che tali informazioni possono essere utilizzate per modificare le impostazioni del sistema per riflettere le condizioni in cui si trova e contribuire a ridurre l'inquinamento luminoso in quanto un'intera.

Passaggio 6: risoluzione dei problemi

Non succede niente? Prova questi passaggi per risolvere il problema:

Prima di iniziare -

• Assicurati che il codice venga compilato e caricato correttamente su entrambi gli Arduino. Se il compilatore visualizza un messaggio di errore, apportare modifiche a seconda di ciò che dice. Alcuni problemi comuni sono errati/mancanza di librerie, punto e virgola mancante o porta errata selezionata per la connessione USB.
• Controllare il cablaggio e la carica della batteria. Assicurati che i binari di alimentazione e di massa sulla breadboard siano collegati ad Arduino.

Le luci non si accendono? -

• Assicurati che l'OLED dica "Modalità oscura attivata". Il sistema intelligente disabilita i LED durante la "modalità luce" per risparmiare energia e prevenire l'utilizzo non necessario.
• Verifica se i tuoi LED sono bruciati usando un semplice codice per accenderli e spegnerli. Non dimenticare di includere un resistore durante il test.

OLED non si accende? -

• Collega l'Arduino “dipendente” al computer e apri il monitor seriale per assicurarti che i valori vengano letti.
• Prova a eliminare il file esistente sulla scheda SD ed eseguire nuovamente il codice.

La scheda SD non legge i dati? -

• Assicurati che la scheda SD sia inserita nel lettore e correttamente.
• Assicurarsi che sia disponibile una memoria adeguata per i dati sulla carta.

Qualunque altra cosa? -

Contattaci e possiamo aiutarti a risolvere il problema

Passaggio 7: conclusione

Tutto sommato, illuMOONation è la soluzione di illuminazione completa ideale per l'illuminazione del lungomare in tutto il mondo. Le sue caratteristiche uniche non sono mai state viste prima nel mercato dell'illuminazione e l'impatto che ha sulla riduzione dell'inquinamento luminoso, pur essendo rispettoso dell'ambiente e vantaggioso sia per gli esseri umani che per le specie animali, non ha eguali. Tuttavia, sappiamo che illuMOONation non è perfetto. A causa del tempo limitato e dei materiali forniti per il progetto, non siamo stati in grado di realizzare un modello in scala reale e testarlo in un vero ambiente esterno. Ma con il TUO aiuto, possiamo portare illuMOONation al livello successivo e incorporarlo nella nostra vita quotidiana, per un mondo migliore per tutta la vita sulla Terra.

Progetti futuri -

I nostri prossimi passi con questo progetto sarebbero aggiungere componenti aggiuntivi e programmarli per adattarli anche all'ambiente. Ad esempio, sarebbe utile includere sensori più sensibili per distinguere tra attività animale e veicolare/umana, poiché non è necessario accendere le luci per la fauna selvatica di passaggio. Inoltre, abbiamo in programma di avere un emettitore e un ricevitore IR su ciascun palo luminoso, formando un "muro invisibile" di fronte alla spiaggia. Il "muro" verrebbe attivato solo di notte durante la stagione riproduttiva delle tartarughe e suonerebbe un leggero cicalino per segnalare quando qualcuno ha attraversato l'area della spiaggia. Questo è un altro promemoria per tenere in considerazione la fauna selvatica nativa e impedire che altri ancora vengano danneggiati. Ci piacerebbe anche essere in grado di implementare il sistema di energia solare se forniti i materiali adeguati, poiché l'efficienza energetica è un altro fattore importante nel ridurre l'effetto antropico sul nostro mondo di oggi. Ci piacerebbe anche collaborare con altri team e incorporare le nostre idee insieme per creare una soluzione che risolva una moltitudine di problemi relativi all'inquinamento luminoso e che sia davvero la soluzione di illuminazione all-inclusive.

Sfide e successi -

Completare l'Astro-Science Workshop senza venire effettivamente all'Adler è stato un cambiamento che nessuno avrebbe potuto prevedere. È stato particolarmente difficile collaborare a un progetto di ingegneria tramite Zoom perché non possiamo vedere cosa sta facendo ogni persona nella propria casa, quindi è difficile risolvere e risolvere i problemi man mano che si presentano. Tuttavia, abbiamo impiegato alcuni meccanismi per assicurarci di rimanere in linea con il nostro piano e che tutti siano sempre consapevoli di ciò che ogni persona sta facendo. Un punto culminante è stato il nostro foglio di calcolo di monitoraggio del progetto in cui abbiamo delineato ciascuna delle attività, la loro descrizione, lo stato, chi le completerà e lo stato di avanzamento generale del progetto. Questo ci ha permesso di lavorare insieme in modo più efficiente, potendo controllarci a vicenda e aiutarci se necessario, e ci ha permesso di sviluppare capacità di comunicazione che saranno essenziali, soprattutto nei prossimi mesi.

Ringraziamenti -

Un grande ringraziamento al nostro fantastico istruttore Jesus Garcia per averci insegnato come utilizzare tutti i diversi componenti e averci concesso l'opportunità di partecipare a questo programma, anche in un ambiente remoto. Inoltre, grazie mille a Geza Gyuk, Chris Bresky e Ken Walczak per tutto il vostro aiuto. La tua intuizione ha davvero migliorato le nostre capacità oltre l'ambito dei nostri progetti e porteremo con noi le lezioni che abbiamo imparato in futuro. Vorremmo anche esprimere la nostra più sincera gratitudine a Kelly Borden e a tutti all'Adler Planetarium per aver ospitato questo programma anno dopo anno e aver permesso ad adolescenti appassionati come noi di impegnarsi nel campo STEM e nell'astronomia nella nostra città natale. E, ultimo ma non meno importante, grazie a ciascuno dei nostri colleghi ASW per essere un gruppo così divertente, socievole e solidale. Queste ultime 3 settimane di conoscersi e diventare amici sono state diverse da qualsiasi cosa avremmo mai potuto immaginare, ed è stata un'esperienza che durerà tutta la vita.

File zip -

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