IlluMOONation - ein intelligentes Beleuchtungsmodell - Gunook

2024 Autor: John Day | [email protected]. Zuletzt bearbeitet: 2024-01-30 07:15

Haben Sie schon einmal in den Nachthimmel geschaut und keine Sterne gesehen?

Millionen von Kindern auf der ganzen Welt werden die Milchstraße dort, wo sie leben, nie erleben, da nachts immer mehr künstliches Licht verwendet wird, das nicht nur unsere Sicht auf das Universum beeinträchtigt, sondern auch unsere Umwelt, Sicherheit, Energieverbrauch und Gesundheit beeinträchtigt..

Drei Milliarden Jahre lang existierte das Leben auf der Erde in einem Rhythmus von Hell und Dunkel, der allein durch das Leuchten von Sonne, Mond und Sternen entstand. Jetzt überwältigen künstliche Lichter die Dunkelheit und unsere Städte leuchten nachts, stören das natürliche Tag-Nacht-Muster und verschieben das empfindliche Gleichgewicht unserer Umwelt. Eine Art, die von diesem Phänomen besonders geschädigt wird, sind Meeresschildkröten.

Wenn Meeresschildkröten geboren werden, schauen sie auf den Mond als Lichtquelle, um sie zur Sicherheit ins Meer zu führen. Aber heutzutage sind die Straßenlaternen an den Stränden so hell geworden, dass ihnen Babyschildkröten oft auf die Straße folgen, entweder an Dehydrierung, Raubtieren sterben oder von Fahrzeugen auf der Straße überfahren werden. Auch andere nachtaktive Tiere werden durch diese grellen Lichter geschädigt, allerdings nicht im gleichen Maße wie Schildkröten. Die verstärkte Verwendung dieser kühl getönten Lichter in der Nacht kann dazu führen, dass sie von ihrem normalen zirkadianen Rhythmus abweichen und ihre biologische Funktion beeinträchtigen, manchmal sogar bis zum Tod.

Beim Menschen beeinflusst blaues Licht unseren Melatoninspiegel, was zu weniger Schlaf und einer Vielzahl anderer Probleme führt, die daraus resultieren. Untersuchungen legen nahe, dass künstliches Licht in der Nacht das Risiko für Fettleibigkeit, Depressionen, Schlafstörungen, Diabetes, Brustkrebs und mehr erhöhen kann.

Wenn Sie bis hierhin gelesen haben, fragen Sie sich vielleicht, was können wir tun, um Ihnen zu helfen? Nun, einfach das Licht auszuschalten, wenn es nicht benötigt wird, und die Farbe Ihrer Lichter in Rot und Gelb zu ändern, ist ein guter Anfang. Wir brauchen jedoch ein System, das in Städten auf der ganzen Welt implementiert werden kann, um wirklich etwas zu bewirken und den verheerenden Tribut, den die Lichtverschmutzung auf unserer Erde gefordert hat, umzukehren.

Wir hier bei SEAside Lighting Co. haben die perfekte Lösung gefunden. Wir präsentieren Ihnen: illuMOONation - unser eigenes Smart Lighting System bestehend aus umweltfreundlichen Straßenlaternen mit Basissensoren und LEDs. illuMOONation ist nicht nur objektaktiviert und umweltkontrolliert, sondern auch etwas, das SIE zu Hause machen können! Fasziniert? Lesen Sie weiter, um herauszufinden, wie Sie Ihre eigene Version dieses intelligenten Beleuchtungsmodells erstellen … und vielleicht eines Tages in voller Größe Realität werden lassen!

Hauptmerkmale:

• Moving Lights - Ultraschallsensor erkennt, wo sich ein Objekt befindet und schaltet das jeweilige Licht ein, während der Rest ausgeschaltet bleibt
• Einseitig - Auf der Meerseite und vom Strand weg zeigend, damit Tiere, die nachts an Land kommen, nicht durch die Blendung abgelenkt werden, während Fahrzeuge und Fußgänger dennoch die gesamte Straßenabdeckung bieten
• Rot getönte Lichter - Nachtaktive Tiere haben verbesserte Fähigkeiten, kürzere Wellenlängen zu sehen, so dass wärmere Töne sie nicht so sehr beeinflussen, auch besser für den Menschen aufgrund der oben erwähnten schädlichen Auswirkungen von blauem Licht in der Nacht
• Reflektierende Abschirmung und nach unten gerichteter Winkel - Das Licht wird mithilfe des reflektierenden Materials im Inneren des Abschirmmoduls gelenkt und nach unten abgewinkelt, sodass es einen größeren Bereich abdeckt, ohne die Lichtstreuung zu erhöhen
• Hell-/Dunkelmodus - Nicht benötigte Lichter und Sensoren werden deaktiviert, wenn es hell ist, um Energie zu sparen
• Wetterabhängig - Nimmt Temperatur- und Feuchtigkeitsmessungen auf und verringert die Intensität, wenn es zu mehr Lichtstreuung neigt
• Umweltfreundlich - Intelligentes Energiesystem mit Solarpanel zum Aufladen der Batterie mit leicht verfügbarem Sonnenlicht, um die Zugabe fossiler Brennstoffe in die Atmosphäre zu reduzieren
• Zentrales Display - OLED-Bildschirm zeigt Sensorwerte und den Beleuchtungssystemmodus an, der sowohl für allgemeine Benutzer als auch für Administratoren zugänglicher ist
• Datenprotokollierung - Sensordaten werden auf einer SD-Karte gespeichert, damit sie analysiert werden können, um das Modell weiter zu verbessern und an die Umgebung zu kalibrieren

Lieferungen

Struktur -

• 2 11" x 14" Schaumstoffplatten
• 2 Eis am Stiel-Sticks
• 6 "x 6" Quadrat aus Aluminiumfolie
• 3 grüne Pfeifenreiniger
• 1 Dübelstange (1/2" Durchmesser)
• 3 breite Strohhalme
• Sand
• Gelbes, grünes, blaues, braunes und schwarzes Tonpapier

Elektronik -

• 3 RGB-LEDs
• Ultraschallsensor
• DHT Temperatur-/Feuchtigkeitssensor
• Fotowiderstand (Snap Circuits Kit oder vom Arduino Kit)
• Mini-Solarpanel
• Mini-OLED-Display
• Micro-SD-Kartenleser
• Micro SD Karte
• 2 Arduinos
• 2 DC-zu-9-Volt-Stromanschlüsse
• 2 9-Volt-Batterien
• Steckbrett
• 100 kOhm Widerstand
• 6 100-Ohm-Widerstände
• Diodengleichrichter
• Arduino IDE (installiert, um Code auszuführen)
• Krokodilklemmen-zu-Stecker, Stecker-zu-Buchse und Stecker-zu-Stecker-Drähte

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Ausrüstung -

• Heißklebepistole
• X-acto Messer
• Schere
• Klebestift
• Flüssiger Kleber
• Pinsel
• Kabelschneider

Schritt 1: Erstellen Sie die Umgebung

1. Nehmen Sie die Schaumstoffplatten und kleben Sie sie mit den längeren Seiten bündig zusammen, um eine größere Basis für Ihr Modell zu schaffen.
2. Brechen Sie die Eisstiele in zwei Hälften und kleben Sie sie mit gleichmäßigem Abstand und senkrecht entlang der Linie, an der sich die 2 Bretter treffen. Dies dient der Verstärkung des Gelenks.
3. Markieren Sie die Dübelstange in 4 2-Zoll-Stücke und schneiden Sie sie mit dem X-Acto-Messer.
4. Machen Sie Löcher in 4 Ecken des Bretts ungefähr 1,5 Zoll von den Kanten und kleben Sie die Dübelstücke heiß ein. Stellen Sie sicher, dass die Dübel aus allen Winkeln senkrecht zum Brett stehen.
5. Drehen Sie das Brett um und prüfen Sie, ob es eben ist (es sollte wie ein Mini-Tisch sein). Schneide Stücke aus Tonpapier aus, um die Straße, das Gras, den Gehweg und die Trennwand zu formen.
6. Kleben Sie diese Teile mit dem Klebestift auf das Brett, um die Umgebung für das Beleuchtungssystem zu zeigen.
7. Verwenden Sie den Pinsel, um Flüssigleim auf die leere Seite des Bretts zu verteilen. Vor dem Trocknen Sand hinzufügen und gleichmäßig in den Kleber einklopfen, bis er klebt. Verwenden Sie dann blaues Papier, um Wasser an diesem „Strand“zu simulieren.
8. Drehen Sie die Pfeifenreiniger in die Form von 2 Meeresschildkröten, um die Tiere darzustellen, die in der Zielumgebung leben.

Schritt 2: Fügen Sie die Lichter hinzu

1. Schneiden Sie die Strohhalme in zwei Hälften, um die Stangen für Ihre Lichter zu bilden.
2. Machen Sie 3 gleichmäßig beabstandete Löcher durch das Brett in der Trennwand, die zwischen Strand und Gehweg verläuft. Testen Sie, ob der Strohhalm passt, wenn nicht, vergrößern Sie ihn.
3. Kleben Sie die Alufolie mit einem Klebestift auf ein gleich großes Stück schwarzes Tonpapier. Ziehen Sie die beigefügte Schablone dreimal auf das Papier und schneiden Sie die Formen aus, um die Abschirmung für das Licht zu bilden.
4. Machen Sie ein Loch in der Mitte jeder Abschirmung für die LED. Fangen Sie klein an und steigern Sie nur in kleinen Schritten, bis die LED passt, aber nicht durchfällt.
5. Falten Sie die 4 Seiten der Abschirmung ein (mit der Folie nach oben). Verwenden Sie kleine Klebebandstreifen, um die Seiten zu verbinden und 3D zu machen.
6. Biegen Sie den hellen Teil der LEDs nach unten, so dass sie einen Winkel von 60 ° bilden, wenn die Leitungen vertikal sind.
7. Schließen Sie 3 Kabel von männlich zu weiblich an die entsprechenden Kabel an: schwarz für Masse, grün für den grünen Wert und rot für den roten Wert. Der blaue Pin wird für dieses Projekt nicht verwendet. Fädeln Sie die Drähte durch die Strohlichtmasten.
8. Kleben Sie die Abschirmung von hinten auf jede LED, und achten Sie darauf, die Komponenten oder Metallleitungen nicht direkt zu berühren.
9. Stecken Sie die Drähte und die Unterseite der Strohhalme durch die Löcher im Brett. Verwenden Sie Heißkleber, um die Stangen aus allen Richtungen senkrecht zur Basis zu befestigen.

Schritt 3: Sensoren hinzufügen

1. Schneiden Sie einen Schlitz für den Ultraschallsensor am Ende der Straße, etwa 0,5 Zoll vom Rand der Platine entfernt. Drücken Sie den Sensor so ein, dass er in der Seitenansicht senkrecht zum Sockel steht, und befestigen Sie ihn mit Heißkleber. Dies ist äußerst wichtig, damit die Messwerte genau sind und die Signale vom Objekt und nicht von der Platine abprallen.
2. Schneiden Sie in der Ecke auf der gegenüberliegenden Straßenseite Löcher für die OLED- und DHT-Pins. Nochmals mit Heißkleber befestigen, ohne die elektrischen Komponenten zu gefährden.
3. Verwenden Sie Klebeband, um den Fotowiderstand an der Barriere und vor dem ersten Licht zu befestigen. Dieses Fotowiderstandsmodul ist ein Geschenk von Elenco, dem Schöpfer von Snap Circuits, als Spende an das Programm.
4. Schließen Sie schließlich die Sensoren mit dem Steckbrett und den mitgelieferten Schaltplänen an den Arduino an. Stellen Sie sicher, dass Sie die 2 Arduinos miteinander verbinden und nur die SD-Kartenschaltung auf dem zweiten Arduino haben, der als "Mitarbeiter" bekannt ist. Der andere mit allen Sensoren ist der „Chef“.

Schritt 4: Code hinzufügen

1. Bevor Sie fortfahren, gehen Sie die Flussdiagramme durch, um die Prinzipien des bereitgestellten Codes und seine Funktionsweise im Modell zu verstehen.
2. Installieren Sie die Arduino IDE-Software auf dem Computer. Laden Sie den Code aus dem beigefügten Google Drive-Ordner herunter. Installieren und binden Sie die Bibliotheken SPI, Wire und DHT, Adafruit_GFX und Adafruit_SSD1306 vom Bibliotheksmanager ein, wenn der Compiler dazu auffordert.
3. Ändern Sie bei Bedarf die Pin-Nummern entsprechend Ihrer Schaltung. Ignorieren Sie diesen Schritt, wenn Sie die gleichen Pins wie in den bereitgestellten Schaltplänen verwendet haben.

Schritt 5: Testen Sie das Modell

1. Laden Sie den jeweiligen Code auf jeden Arduino hoch und verbinden Sie ihn mit Akkus für die Stromversorgung.
2. Führen Sie das Programm so lange aus, wie es zum Sammeln von Daten erforderlich ist. Die Transkription der SD-Karte wird automatisch gestartet.

Im Anhang sind die Daten, die wir durch einen Indoor-Test unseres Modells gesammelt haben. Leider konnten wir es aufgrund von Wetterbedingungen und Sicherheitsproblemen nicht im Freien testen, es bietet jedoch immer noch einen Machbarkeitsnachweis und Informationen über die Testumgebung.

Während des gesamten Testzeitraums blieben die Temperatur- und Feuchtigkeitsmesswerte aufgrund der internen Zustandsregelung in der Testumgebung (einem Haus) relativ gleich. Es gibt einige periodische Spitzen, die jedoch aufgrund ihrer Seltenheit und fehlenden Korrelation wahrscheinlich zu Fehlern führen. Der Abstand ändert sich auch außerhalb der Fehlergrenze nicht, da sich keine echten Autos von Menschen in der Umgebung bewegten. Wenn es sich jedoch um ein Modell in vollem Maßstab handelt, wäre die Entfernung aufgrund der sich ständig ändernden Aktivitätsniveaus in der Region und der mangelnden Vorhersagbarkeit dieser Muster wahrscheinlich der variabelste Faktor. Da das Modell jedoch in der Nähe eines Fensters stationiert war, schwanken die Photowiderstandswerte tatsächlich stark. Wenn das Modell nachts zum ersten Mal gestartet wird, lesen sie im Bereich unter 50. Wenn jedoch die Sonne aufgeht und die Umgebungsbeleuchtung heller wird, steigen die Fotowiderstandswerte entsprechend an. Danach sinkt die Kurve beim Schließen der Jalousien im Testbereich wieder ab, schießen aber wieder hoch, wenn die künstliche Raumbeleuchtung eingeschaltet wird. Zusammenfassend lässt sich sagen, dass durch diese gesammelten Daten eindeutig bewiesen wird, dass unser Modell tatsächlich genaue Daten über seine Umgebung liefert und dass diese Informationen verwendet werden können, um die Systemeinstellungen zu ändern, um die Bedingungen widerzuspiegeln, in denen es sich befindet, und zur Verringerung der Lichtverschmutzung beizutragen, da ein ganzes.

Schritt 6: Fehlerbehebung

Nichts passiert? Versuchen Sie diese Schritte, um das Problem zu beheben:

Bevor Sie beginnen -

• Stellen Sie sicher, dass der Code kompiliert und korrekt auf beide Arduinos hochgeladen wird. Wenn der Compiler eine Fehlermeldung anzeigt, nehmen Sie die Änderungen je nach Inhalt vor. Einige häufige Probleme sind falsche/fehlende Bibliotheken, ein fehlendes Semikolon oder ein falscher Port, der für die USB-Verbindung ausgewählt wurde.
• Überprüfen Sie die Verkabelung und die Batterieladung. Stellen Sie sicher, dass die Strom- und Erdungsschienen auf dem Steckbrett mit dem Arduino verbunden sind.

Licht geht nicht an? -

• Stellen Sie sicher, dass das OLED "Dark Mode Activated" anzeigt. Das intelligente System deaktiviert die LEDs im „Lichtmodus“, um Energie zu sparen und unnötigen Verbrauch zu vermeiden.
• Sehen Sie mit einem einfachen Code, ob Ihre LEDs durchgebrannt sind, um sie ein- und auszuschalten. Vergessen Sie nicht, beim Testen einen Widerstand einzubeziehen.

OLED geht nicht an? -

• Verbinden Sie den Arduino „Mitarbeiter“mit dem Computer und öffnen Sie den seriellen Monitor, um sicherzustellen, dass die Werte gelesen werden.
• Versuchen Sie, die vorhandene Datei auf der SD-Karte zu löschen und den Code erneut auszuführen.

SD-Karte liest keine Daten? -

• Stellen Sie sicher, dass die SD-Karte richtig in das Lesegerät eingelegt ist.
• Stellen Sie sicher, dass für die Daten auf der Karte ausreichend Speicherplatz zur Verfügung steht.

Noch etwas? -

Kontaktieren Sie uns und wir können helfen, das Problem zu lösen

Schritt 7: Fazit

Alles in allem ist illuMOONation die ideale Gesamtbeleuchtungslösung für die Wasserfrontbeleuchtung auf der ganzen Welt. Seine einzigartigen Eigenschaften wurden auf dem Beleuchtungsmarkt noch nie zuvor gesehen, und der Einfluss, den es bei der Reduzierung der Lichtverschmutzung hat und gleichzeitig umweltbewusst und vorteilhaft für Mensch und Tier ist, ist unübertroffen. Wir wissen jedoch, dass illuMOONation nicht perfekt ist. Aufgrund des begrenzten Zeitrahmens und der für das Projekt bereitgestellten Materialien waren wir nicht in der Lage, ein Modell in Originalgröße herzustellen und es in einer realen Umgebung im Freien zu testen. Aber mit DEINER Hilfe können wir IlluMOONation auf die nächste Stufe heben und in unser tägliches Leben einbetten, für eine bessere Welt für alles Leben auf der Erde.

Zukunftspläne -

Unsere nächsten Schritte bei diesem Projekt wären, zusätzliche Komponenten hinzuzufügen und diese ebenfalls an die Umgebung anzupassen. Es wäre beispielsweise von Vorteil, empfindlichere Sensoren zur Unterscheidung zwischen Tier- und Fahrzeug-/Mensch-Aktivitäten einzubauen, da es nicht erforderlich ist, die Lichter für vorbeiziehende Wildtiere einzuschalten. Außerdem planen wir, an jedem Lichtmast einen IR-Sender und -Empfänger zu haben, die eine „unsichtbare Wand“vor dem Strand bilden. Die „Mauer“würde nur nachts während der Schildkrötenbrutzeit aktiviert und würde einen sanften Summer ertönen lassen, um zu signalisieren, dass jemand den Strandbereich überquert hat. Dies ist eine weitere Mahnung, auf die einheimische Tierwelt Rücksicht zu nehmen und zu verhindern, dass noch mehr von ihnen geschädigt werden. Wir würden auch gerne die Solarstromanlage mit den entsprechenden Materialien realisieren, da Energieeffizienz ein weiterer wichtiger Faktor ist, um die anthropogenen Auswirkungen auf unsere heutige Welt zu verringern. Wir würden auch gerne mit anderen Teams zusammenarbeiten und unsere Ideen gemeinsam einbringen, um eine Lösung zu schaffen, die eine Vielzahl von Problemen in Bezug auf Lichtverschmutzung löst und wirklich die allumfassende Beleuchtungslösung ist.

Herausforderungen und Erfolge -

Den Astro-Science-Workshop zu absolvieren, ohne tatsächlich zum Adler zu kommen, war eine Veränderung, die niemand vorhersagen konnte. Die Zusammenarbeit an einem Engineering-Projekt über Zoom war besonders schwierig, da wir nicht sehen können, was jede Person in ihrem eigenen Zuhause tut. Daher ist es schwierig, auftretende Probleme zu beheben und zu beheben. Wir haben jedoch bestimmte Mechanismen eingesetzt, um sicherzustellen, dass wir mit unserem Plan auf dem richtigen Weg sind und jeder immer weiß, was jeder tut. Ein Highlight war unsere Projektverfolgungstabelle, in der wir jede der Aufgaben, deren Beschreibung, Status, wer sie abschließen wird und den Gesamtfortschritt des Projekts skizziert haben. Dies ermöglichte uns eine effizientere Zusammenarbeit, da wir uns gegenseitig überprüfen und bei Bedarf helfen konnten, und ermöglichte uns, Kommunikationsfähigkeiten zu entwickeln, die insbesondere in den kommenden Monaten unerlässlich sein werden.

Danksagung -

Ein großes Dankeschön an unseren großartigen Lehrer Jesus Garcia, der uns beigebracht hat, wie man all die verschiedenen Komponenten verwendet und uns die Möglichkeit gibt, an diesem Programm teilzunehmen, sogar in einer entfernten Umgebung. Außerdem vielen Dank an Geza Gyuk, Chris Bresky und Ken Walczak für all Ihre Hilfe. Ihre Erkenntnisse haben unsere Fähigkeiten über den Rahmen unserer Projekte hinaus wirklich bereichert und wir werden die gewonnenen Erkenntnisse auch in Zukunft mit uns tragen. Wir möchten auch Kelly Borden und allen im Adler Planetarium unseren aufrichtigen Dank dafür aussprechen, dass sie dieses Programm Jahr für Jahr veranstalten und leidenschaftlichen Teenagern wie uns ermöglichen, sich in unserer Heimatstadt im MINT-Bereich und in der Astronomie zu engagieren. Und nicht zuletzt danke ich jedem einzelnen unserer ASW-Kollegen dafür, dass er eine so lustige, zuordenbare und unterstützende Gruppe ist. Diese letzten 3 Wochen des Kennenlernens und des Freundeswerdens waren anders als alles, was wir uns jemals hätten vorstellen können, und es war eine Erfahrung, die ein Leben lang anhalten wird.

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