IlluMOONation - Mô hình chiếu sáng thông minh: 7 bước

2024 Tác giả: John Day | [email protected]. Sửa đổi lần cuối: 2024-01-30 13:30

Bạn đã bao giờ nhìn lên bầu trời đêm và không thể nhìn thấy bất kỳ ngôi sao nào chưa?

Hàng triệu trẻ em trên toàn cầu sẽ không bao giờ được trải nghiệm Dải Ngân hà nơi chúng sinh sống do việc sử dụng ngày càng nhiều và rộng rãi ánh sáng nhân tạo vào ban đêm không chỉ làm suy giảm tầm nhìn của chúng ta về vũ trụ mà còn ảnh hưởng xấu đến môi trường, sự an toàn, tiêu thụ năng lượng và sức khỏe của chúng ta.

Trong ba tỷ năm, sự sống trên Trái đất tồn tại theo nhịp điệu sáng và tối được tạo ra duy nhất bởi sự chiếu sáng của Mặt trời, Mặt trăng và các vì sao. Giờ đây, ánh sáng nhân tạo chế ngự bóng tối và các thành phố của chúng ta phát sáng vào ban đêm, phá vỡ mô hình tự nhiên ban ngày và thay đổi sự cân bằng tinh tế của môi trường của chúng ta. Một loài bị hại đặc biệt bởi hiện tượng này là rùa biển.

Khi rùa biển được sinh ra, chúng nhìn lên mặt trăng như một nguồn ánh sáng để hướng dẫn chúng đến đại dương cho an toàn. Nhưng ngày nay, đèn đường ở các bãi biển trở nên sáng đến mức rùa con thường đi theo họ trên đường phố, chết vì mất nước, bị động vật ăn thịt hoặc bị xe cộ trên đường chạy qua. Các loài động vật sống về đêm khác cũng bị tổn hại bởi những ánh sáng chói lọi này, mặc dù không đến mức như rùa. Việc sử dụng nhiều hơn các loại đèn có tông màu lạnh này vào ban đêm có thể khiến chúng đi lạc khỏi nhịp sinh học bình thường và làm mất đi chức năng sinh học của chúng, thậm chí có thể dẫn đến tử vong.

Đối với con người, ánh sáng xanh ảnh hưởng đến mức melatonin của chúng ta, dẫn đến ngủ ít hơn và kết quả là nhiều vấn đề khác xảy ra. Nghiên cứu cho thấy ánh sáng nhân tạo vào ban đêm có thể làm tăng nguy cơ béo phì, trầm cảm, rối loạn giấc ngủ, tiểu đường, ung thư vú, v.v.

Nếu bạn đã đọc đến đây, bạn có thể hỏi, chúng tôi có thể làm gì để giúp đỡ? Chà, chỉ cần tắt đèn khi không cần thiết và thay đổi màu đèn thành đỏ và vàng là một khởi đầu tốt. Tuy nhiên, chúng ta cần một hệ thống có thể được triển khai ở các thành phố trên toàn thế giới để thực sự tạo ra tác động và đảo ngược những thiệt hại mà ô nhiễm ánh sáng đã gây ra trên Trái đất của chúng ta.

Chúng tôi ở đây tại SEAside Lighting Co. đã đưa ra giải pháp hoàn hảo. Chúng tôi giới thiệu với bạn: illuMOONation - Hệ thống chiếu sáng thông minh rất riêng của chúng tôi bao gồm các đèn đường thân thiện với môi trường được làm bằng các cảm biến và đèn LED cơ bản. illuMOONation không chỉ được kích hoạt bởi đối tượng và được kiểm soát bởi môi trường, mà còn là thứ BẠN có thể tự làm tại nhà! Có mưu đồ? Chà, hãy đọc để tìm hiểu cách tạo phiên bản của riêng bạn về Mô hình chiếu sáng thông minh này… và có thể một ngày nào đó biến nó thành hiện thực trên quy mô lớn!

Các tính năng chính:

• Đèn chuyển động - Cảm biến siêu âm phát hiện vị trí của đối tượng và bật đèn tương ứng, trong khi phần còn lại vẫn tắt
• Một mặt - Ở phía đại dương và hướng ra xa bãi biển để các loài động vật vào bờ vào ban đêm không bị ánh sáng chói làm phân tâm, trong khi vẫn cung cấp phạm vi bao phủ toàn bộ đường phố cho các phương tiện và người đi bộ
• Đèn có tông màu đỏ - Động vật sống về đêm có khả năng tăng cường khả năng nhìn thấy các bước sóng ngắn hơn, vì vậy tông màu ấm hơn không ảnh hưởng nhiều đến chúng, cũng tốt hơn cho con người do tác động bất lợi của ánh sáng xanh vào ban đêm được đề cập ở trên
• Che chắn phản xạ và góc hướng xuống - Ánh sáng được hướng bằng vật liệu phản xạ bên trong mô-đun che chắn và được chếch xuống để nó bao phủ một khu vực lớn hơn mà không làm tăng tán xạ ánh sáng
• Chế độ sáng / tối - Đèn và cảm biến không cần thiết bị tắt khi nó sáng để tiết kiệm năng lượng
• Đáp ứng thời tiết - Đọc nhiệt độ và độ ẩm và giảm cường độ khi dễ bị tán xạ ánh sáng hơn
• Thân thiện với môi trường - Hệ thống năng lượng thông minh sử dụng bảng điều khiển năng lượng mặt trời để sạc pin với ánh sáng mặt trời sẵn có để giảm việc bổ sung nhiên liệu hóa thạch vào bầu khí quyển
• Màn hình trung tâm - Màn hình OLED hiển thị các giá trị cảm biến và chế độ hệ thống chiếu sáng, dễ tiếp cận hơn đối với người dùng nói chung và quản trị viên
• Ghi dữ liệu - Dữ liệu cảm biến được lưu trữ trên thẻ SD để nó có thể được phân tích để cải thiện hơn nữa mô hình và hiệu chỉnh theo môi trường

Quân nhu

Kết cấu -

• 2 Bảng Xốp 11 "x 14"
• 2 que kem
• 6 "x 6" hình vuông của nhôm lá
• 3 Chất tẩy rửa đường ống màu xanh lá cây
• 1 Dowel Rod (đường kính 1/2 ")
• 3 ống hút rộng
• Cát
• Giấy xây dựng màu vàng, xanh lá cây, xanh lam, nâu và đen

Thiết bị điện tử -

• 3 đèn LED RGB
• Thiết bị cảm biến sóng siêu âm
• Cảm biến nhiệt độ / độ ẩm DHT
• Điện trở quang (Bộ mạch Snap hoặc từ Bộ Arduino)
• Bảng điều khiển năng lượng mặt trời mini
• Màn hình OLED nhỏ
• Đầu đọc thẻ nhớ Micro SD
• Thẻ micro SD
• 2 Arduinos
• 2 đầu nối nguồn DC-9 Volt
• 2 Pin 9 Vôn
• Breadboard
• Điện trở 100 kOhm
• 6 Điện trở 100 Ohm
• Diode chỉnh lưu
• Arduino IDE (được cài đặt để chạy mã)
• Dây kẹp cá sấu cho cá sấu đực, đực với cái và đực với đực

(Nhấp vào ĐÂY để mua Bộ khởi động Arduino UNO với cảm biến, dây dẫn, v.v.)

Trang thiết bị -

• Súng bắn keo nóng
• Dao x-acto
• Cây kéo
• Keo dán
• Keo lỏng
• Cọ sơn
• Máy cắt dây

Bước 1: Xây dựng môi trường

1. Lấy các tấm xốp và keo nóng chúng lại với nhau với các cạnh dài hơn trùng với nhau để tạo ra một cơ sở lớn hơn cho mô hình của bạn.
2. Bẻ đôi que kem và keo nóng chúng cách đều nhau và vuông góc dọc theo đường thẳng nơi 2 tấm ván gặp nhau. Điều này là để củng cố khớp.
3. Đánh dấu thanh chốt thành 4 miếng 2 inch và cắt chúng bằng dao X-Acto.
4. Tạo các lỗ ở 4 góc của bảng cách các cạnh khoảng 1,5”và dán keo nóng các miếng chốt vào. Đảm bảo các chốt vuông góc với bảng từ mọi góc độ.
5. Lật bảng và kiểm tra xem nó có bằng phẳng không (nó giống như một chiếc bàn nhỏ). Cắt các mảnh giấy xây dựng để tạo thành đường, thảm cỏ, vỉa hè và dải phân cách.
6. Dán các mảnh này lên bảng bằng cách sử dụng keo dính để hiển thị môi trường cho hệ thống chiếu sáng.
7. Dùng cọ vẽ để phết keo lỏng lên mặt trống của bảng. Trước khi keo khô, thêm cát và vỗ đều vào keo cho đến khi keo dính lại. Sau đó, sử dụng giấy màu xanh lam để mô phỏng nước trên “bãi biển” này.
8. Xoắn ống tẩy rửa thành hình 2 con rùa biển để đại diện cho các loài động vật sống trong môi trường mục tiêu.

Bước 2: Thêm đèn

1. Cắt đôi ống hút để tạo thành cột cho đèn của bạn.
2. Tạo 3 lỗ cách đều nhau qua tấm ván ở dải phân cách chạy giữa bãi biển và vỉa hè. Kiểm tra xem ống hút có vừa vặn không, nếu không làm cho chúng to hơn.
3. Dùng keo dính để dán lá nhôm vào một tờ giấy xây dựng màu đen có cùng kích thước. Theo dõi mẫu đính kèm trên giấy 3 lần và cắt các hình để tạo thành tấm chắn sáng.
4. Tạo một lỗ ở giữa mỗi tấm chắn cho đèn LED. Bắt đầu từ nhỏ và chỉ tăng theo từng bước nhỏ cho đến khi đèn LED phù hợp nhưng không lọt qua.
5. Gấp 4 cạnh của tấm chắn (với lá hướng lên trên). Sử dụng các dải băng nhỏ để nối các bên và tạo thành 3D.
6. Uốn phần ánh sáng của đèn LED xuống để chúng tạo thành một góc 60º khi dây dẫn thẳng đứng.
7. Gắn 3 dây đực-cái vào dây dẫn tương ứng của chúng: màu đen cho mặt đất, màu xanh lá cây cho giá trị màu xanh lá cây và màu đỏ cho giá trị màu đỏ. Ghim màu xanh lam không được sử dụng cho dự án này. Luồn dây điện qua cột đèn rơm.
8. Dán nóng tấm chắn lên mỗi đèn LED từ phía sau, đảm bảo không chạm trực tiếp vào các thành phần hoặc dây dẫn kim loại.
9. Dán dây và đáy ống hút qua các lỗ trên bảng. Sử dụng keo nóng để cố định các cọc vuông góc với đế từ mọi hướng.

Bước 3: Thêm cảm biến

1. Cắt một khe cho Cảm biến siêu âm ở cuối đường, cách mép bảng khoảng 0,5”. Đẩy cảm biến vào sao cho nó vuông góc với đế từ một mặt bên và cố định bằng keo nóng. Điều này cực kỳ quan trọng để các kết quả đọc được chính xác và tín hiệu dội ra từ vật thể, không phải bảng.
2. Ở góc phía đối diện của con đường, khoét các lỗ để lắp các chân của OLED và DHT. Một lần nữa được bảo vệ bằng keo nóng mà không gây nguy hiểm cho bất kỳ thành phần điện nào.
3. Dùng băng dính để gắn Điện trở quang trên tấm chắn và trước đèn chiếu sáng đầu tiên. Mô-đun Điện trở quang này là một món quà do Elenco, tác giả của Snap Circuits, vui lòng cung cấp như một khoản quyên góp cho chương trình.
4. Cuối cùng, kết nối các cảm biến với Arduino bằng cách sử dụng breadboard và các sơ đồ mạch được cung cấp. Đảm bảo kết nối 2 Arduinos với nhau và chỉ có mạch Thẻ SD trên Arduino thứ hai, được gọi là "nhân viên". Cái còn lại, với tất cả các cảm biến, là "trùm".

Bước 4: Thêm mã

1. Trước khi tiếp tục, hãy xem sơ đồ dòng để hiểu nguyên tắc của mã được cung cấp và cách nó hoạt động trong mô hình.
2. Cài đặt phần mềm Arduino IDE trên máy tính. Tải xuống mã từ thư mục Google Drive đính kèm. Cài đặt và bao gồm các thư viện SPI, Wire và DHT, Adafruit_GFX và Adafruit_SSD1306 từ Trình quản lý thư viện nếu trình biên dịch nhắc nhở.
3. Thay đổi số pin để phù hợp với mạch của bạn, nếu cần. Bỏ qua bước này nếu bạn đã sử dụng các chân giống như sơ đồ mạch được cung cấp.

Bước 5: Kiểm tra mô hình

1. Tải mã tương ứng lên từng Arduino và kết nối với các bộ pin để cung cấp năng lượng.
2. Chạy chương trình trong thời gian cần thiết để thu thập dữ liệu, quá trình ghi thẻ SD sẽ tự động bắt đầu.

Đính kèm là dữ liệu chúng tôi thu thập được thông qua quá trình thử nghiệm trong nhà đối với mô hình của chúng tôi. Rất tiếc, do điều kiện thời tiết và các vấn đề an toàn, chúng tôi không thể thử nghiệm nó ngoài trời, tuy nhiên nó vẫn cung cấp bằng chứng về khái niệm và thông tin về môi trường thử nghiệm.

Trong suốt thời gian thử nghiệm, các chỉ số Nhiệt độ và Độ ẩm tương đối giống nhau do quy định về điều kiện nội bộ trong môi trường thử nghiệm (một ngôi nhà). Có một vài đợt tăng đột biến theo chu kỳ, nhưng những đợt đó có thể là do lỗi do chúng không thường xuyên và thiếu mối tương quan. Khoảng cách cũng không thay đổi ngoài biên độ sai số vì không có xe thực sự của người đang di chuyển trong môi trường. Tuy nhiên, nếu đây là một mô hình quy mô đầy đủ, khoảng cách có thể sẽ là yếu tố thay đổi nhiều nhất do mức độ hoạt động luôn thay đổi trong khu vực và thiếu khả năng dự đoán của các mô hình đó. Tuy nhiên, vì mô hình được đặt gần cửa sổ, các giá trị của điện trở quang trên thực tế dao động mạnh. Khi mô hình được khởi động lần đầu tiên vào ban đêm, chúng đọc trong phạm vi dưới 50. Tuy nhiên, khi mặt trời mọc và ánh sáng xung quanh trở nên sáng hơn, các giá trị điện trở quang tăng lên tương ứng. Sau đó, biểu đồ giảm xuống một lần nữa khi đóng rèm trong khu vực thử nghiệm, nhưng chúng bắn ngược trở lại khi đèn phòng nhân tạo được bật. Kết luận, thông qua dữ liệu được thu thập này, đã chứng minh rõ ràng rằng mô hình của chúng tôi trên thực tế báo cáo chính xác dữ liệu về môi trường xung quanh nó và thông tin đó có thể được sử dụng để thay đổi cài đặt hệ thống nhằm phản ánh điều kiện của nó và góp phần giảm ô nhiễm ánh sáng như toàn bộ.

Bước 6: Khắc phục sự cố

Không có gì xảy ra? Hãy thử các bước sau để giúp khắc phục sự cố:

Trước khi bắt đầu -

• Đảm bảo mã biên dịch và được tải lên chính xác cho cả Arduinos. Nếu trình biên dịch hiển thị thông báo lỗi, hãy thực hiện các thay đổi tùy thuộc vào nội dung của trình biên dịch. Một số sự cố thường gặp là không chính xác / thiếu thư viện, thiếu dấu chấm phẩy hoặc chọn cổng không chính xác cho kết nối USB.
• Kiểm tra hệ thống dây điện và sạc pin. Đảm bảo nguồn điện và đường ray nối đất trên breadboard được kết nối với Arduino.

Đèn không bật? -

• Đảm bảo rằng màn hình OLED cho biết “Chế độ tối đã được kích hoạt”. Hệ thống thông minh sẽ tắt đèn LED trong “chế độ ánh sáng” để tiết kiệm năng lượng và ngăn chặn việc sử dụng không cần thiết.
• Xem các đèn LED của bạn có bị cháy hay không bằng cách sử dụng một mã đơn giản để bật và tắt chúng. Đừng quên bao gồm một điện trở khi thử nghiệm.

OLED không bật? -

• Kết nối Arduino “nhân viên” với máy tính và mở màn hình nối tiếp để đảm bảo rằng các giá trị đang được đọc.
• Thử xóa tệp hiện có trên thẻ SD và chạy lại mã.

Thẻ SD không đọc dữ liệu? -

• Đảm bảo rằng thẻ SD được đưa vào đầu đọc và đúng cách.
• Đảm bảo có đủ dung lượng lưu trữ cho dữ liệu trên thẻ.

Còn gì nữa không? -

Liên hệ với chúng tôi và chúng tôi có thể giúp giải quyết vấn đề

Bước 7: Kết luận

Nhìn chung, illuMOONation là giải pháp chiếu sáng toàn diện lý tưởng cho chiếu sáng ven sông trên toàn thế giới. Các tính năng độc đáo của nó chưa từng có trên thị trường chiếu sáng trước đây và tác động của nó đối với việc giảm ô nhiễm ánh sáng đồng thời có ý thức về môi trường và mang lại lợi ích cho cả con người và các loài động vật là không gì sánh được. Tuy nhiên, chúng tôi biết rằng illuMOONation không hoàn hảo. Do hạn chế về thời gian và vật liệu cung cấp cho dự án, chúng tôi không thể tạo một mô hình quy mô đầy đủ và thử nghiệm nó trong môi trường thực tế ngoài trời. Nhưng với sự giúp đỡ của BẠN, chúng ta có thể đưa sự biến ảo lên một tầm cao mới và đưa nó vào cuộc sống hàng ngày của chúng ta, vì một thế giới tốt đẹp hơn cho tất cả sự sống trên Trái đất.

Các kế hoạch trong tương lai -

Các bước tiếp theo của chúng tôi với dự án này là thêm các thành phần bổ sung và lập trình chúng để phù hợp với môi trường. Ví dụ: sẽ có lợi nếu bao gồm các cảm biến nhạy hơn để phân biệt giữa động vật và phương tiện / hoạt động của con người, vì không cần thiết phải bật đèn khi có động vật hoang dã đi qua. Ngoài ra, chúng tôi dự định có một Bộ phát và Bộ thu IR trên mỗi cột đèn, tạo thành một "bức tường vô hình" phía trước trên bãi biển. “Bức tường” sẽ chỉ được kích hoạt vào ban đêm trong mùa sinh sản của rùa và sẽ phát ra tiếng còi nhẹ nhàng để báo hiệu khi ai đó đã băng qua khu vực bãi biển. Đây là một lời nhắc nhở khác để quan tâm đến động vật hoang dã bản địa và ngăn chặn nhiều hơn nữa chúng bị tổn hại. Chúng tôi cũng rất muốn có thể triển khai hệ thống điện mặt trời nếu được cung cấp đầy đủ vật liệu, vì hiệu quả năng lượng là một yếu tố quan trọng khác trong việc giảm tác động do con người gây ra đối với thế giới của chúng ta ngày nay. Chúng tôi cũng muốn cộng tác với các nhóm khác và kết hợp các ý tưởng của chúng tôi với nhau để tạo ra một giải pháp giải quyết vô số vấn đề liên quan đến ô nhiễm ánh sáng và thực sự là giải pháp chiếu sáng toàn diện.

Thách thức & Thành tích -

Hoàn thành Hội thảo khoa học thiên văn mà không thực sự đến Adler là một thay đổi mà không ai có thể đoán trước được. Việc cộng tác trong một dự án kỹ thuật thông qua Zoom đặc biệt khó khăn vì chúng tôi không thể thấy mỗi người đang làm gì trong nhà riêng của họ, vì vậy rất khó để gỡ rối và khắc phục các vấn đề khi chúng phát sinh. Tuy nhiên, chúng tôi đã sử dụng một số cơ chế nhất định để đảm bảo chúng tôi luôn đi đúng kế hoạch của mình và mọi người luôn biết mỗi người đang làm gì. Một điểm nổi bật là bảng tính Theo dõi dự án của chúng tôi, nơi chúng tôi đã phác thảo từng nhiệm vụ, mô tả, trạng thái của chúng, ai sẽ hoàn thành chúng và tiến độ tổng thể của dự án. Điều này cho phép chúng tôi làm việc cùng nhau hiệu quả hơn vì chúng tôi có thể kiểm tra lẫn nhau và giúp đỡ khi cần thiết, đồng thời cho phép chúng tôi phát triển các kỹ năng giao tiếp cần thiết, đặc biệt là trong những tháng sắp tới.

Sự nhìn nhận -

Xin gửi lời cảm ơn sâu sắc tới người hướng dẫn tuyệt vời của chúng tôi là Jesus Garcia vì đã dạy chúng tôi cách sử dụng tất cả các thành phần khác nhau và cho chúng tôi cơ hội tham gia vào chương trình này, ngay cả trong một môi trường từ xa. Ngoài ra, xin gửi lời cảm ơn rất nhiều đến Geza Gyuk, Chris Bresky và Ken Walczak vì tất cả sự giúp đỡ của bạn trong suốt thời gian qua. Cái nhìn sâu sắc của bạn đã thực sự nâng cao kỹ năng của chúng tôi ngoài phạm vi dự án của chúng tôi và chúng tôi sẽ mang theo những bài học mà chúng tôi đã học được trong tương lai. Chúng tôi cũng muốn bày tỏ lòng biết ơn chân thành nhất tới Kelly Borden và tất cả mọi người tại Cung thiên văn Adler vì đã tổ chức chương trình này năm này qua năm khác và cho phép những thanh thiếu niên đam mê như chúng tôi tham gia vào lĩnh vực STEM và thiên văn học tại chính quê hương của chúng tôi. Và cuối cùng nhưng không kém phần quan trọng, xin cảm ơn tất cả mọi người trong số các đồng nghiệp ASW của chúng tôi vì đã trở thành một nhóm vui vẻ, đáng quan tâm và hỗ trợ. 3 tuần cuối cùng để tìm hiểu nhau và trở thành bạn bè không giống bất cứ điều gì chúng tôi có thể tưởng tượng và đó là một trải nghiệm sẽ tồn tại suốt đời.

Tệp ZIP -

Nhấp vào ĐÂY để truy cập tất cả các tài liệu bạn sẽ cần để làm một mô hình ảo thuật tại nhà!