IlluMOONation - um modelo de iluminação inteligente: 7 etapas

2024 Autor: John Day | [email protected]. Última modificação: 2024-01-30 11:34

Você já olhou para o céu noturno e não conseguiu ver nenhuma estrela?

Milhões de crianças em todo o mundo nunca experimentarão a Via Láctea onde vivem devido ao uso crescente e difundido de luz artificial durante a noite, que não só prejudica nossa visão do universo, mas afeta adversamente nosso meio ambiente, segurança, consumo de energia e saúde.

Por três bilhões de anos, a vida na Terra existiu em um ritmo de luz e escuridão que foi criado exclusivamente pela iluminação do Sol, da Lua e das estrelas. Agora, as luzes artificiais superam a escuridão e nossas cidades brilham à noite, interrompendo o padrão natural dia-noite e mudando o delicado equilíbrio de nosso ambiente. Uma espécie especialmente prejudicada por esse fenômeno são as tartarugas marinhas.

Quando as tartarugas marinhas nascem, elas olham para a lua como uma fonte de luz para guiá-las até o oceano em busca de segurança. Mas hoje em dia, as luzes das ruas nas praias se tornaram tão fortes que as tartarugas bebês muitas vezes acabam seguindo-as pelas ruas, morrendo de desidratação, de predadores ou sendo atropeladas por veículos na estrada. Outros animais noturnos também são prejudicados por essas luzes ofuscantes, embora não tanto quanto as tartarugas. O aumento do uso dessas luzes de tons frios à noite pode fazer com que elas se desviem de seu ritmo circadiano normal e desviem de sua função biológica, às vezes até a ponto de morrer.

Para os humanos, a luz azul afeta nossos níveis de melatonina, levando a menos sono e uma infinidade de outros problemas que surgem como resultado. A pesquisa sugere que a luz artificial à noite pode aumentar os riscos de obesidade, depressão, distúrbios do sono, diabetes, câncer de mama e muito mais.

Se você leu até aqui, pode estar se perguntando: o que podemos fazer para ajudar? Bem, simplesmente desligar as luzes quando não são necessárias e mudar a cor das luzes para vermelhos e amarelos é um bom começo. No entanto, precisamos de um sistema que possa ser implementado em cidades de todo o mundo para realmente causar um impacto e reverter o número devastador que a poluição luminosa tem causado em nossa Terra.

Nós aqui da SEAside Lighting Co. encontramos a solução perfeita. Apresentamos-lhe: illuMOONation - o nosso próprio sistema de iluminação inteligente composto por postes ecológicos feitos com sensores básicos e LEDs. illuMOONation não é apenas ativado por objeto e ambientalmente controlado, mas também algo que VOCÊ pode fazer em casa! Intrigado? Bem, continue lendo para descobrir como criar sua própria versão deste modelo de iluminação inteligente … e talvez um dia torná-lo uma realidade em grande escala!

Características principais:

• Luzes em movimento - O sensor ultrassônico detecta onde um objeto está localizado e liga a respectiva luz, enquanto o resto permanece apagado
• Unilateral - No lado do oceano e aponte para longe da praia para que os animais que chegam à costa à noite não sejam distraídos pelo brilho, ao mesmo tempo que fornece cobertura total para veículos e pedestres
• Luzes de tons vermelhos - animais noturnos têm habilidades aprimoradas para ver comprimentos de onda mais curtos, então tons mais quentes não os afetam tanto, também melhor para humanos devido aos impactos prejudiciais da luz azul à noite que são mencionados acima
• Blindagem reflexiva e ângulo para baixo - a luz é direcionada usando o material reflexivo dentro do módulo de blindagem e é inclinada para baixo para cobrir uma área maior sem aumentar a dispersão de luz
• Modo claro / escuro - luzes e sensores que não são necessários são desativados quando está claro para economizar energia
• Sensível ao clima - faz leituras de temperatura e umidade e diminui a intensidade quando sujeito a mais dispersão de luz
• Eco-Friendly - Sistema de energia inteligente usando painel solar para carregar a bateria com luz solar prontamente disponível para reduzir a adição de combustíveis fósseis à atmosfera
• Display central - tela OLED mostra os valores do sensor e o modo do sistema de iluminação, mais acessível para usuários em geral e administradores
• Registro de dados - Os dados do sensor são armazenados em um cartão SD para que possam ser analisados para melhorar ainda mais o modelo e calibrar para o ambiente

Suprimentos

Estrutura -

• 2 placas de espuma de 11 "x 14"
• 2 palitos de picolé
• 6 "x 6" quadrado de folha de alumínio
• 3 limpadores de tubos verdes
• 1 haste de pino (1/2 "de diâmetro)
• 3 canudos largos
• Areia
• Papel de construção amarelo, verde, azul, marrom e preto

Eletrônicos -

• 3 LEDs RGB
• Sensor ultrasônico
• Sensor DHT de Temperatura / Umidade
• Fotorresistor (kit de circuitos instantâneos ou do kit Arduino)
• Mini Painel Solar
• Mini display OLED
• Leitor de cartão micro SD
• Cartão Micro SD
• 2 Arduinos
• 2 conectores de alimentação DC para 9 volts
• 2 baterias de 9 volts
• Tábua de pão
• Resistor de 100 kOhm
• 6 resistores de 100 ohms
• Retificador de Diodo
• Arduino IDE (instalado para executar o código)
• Fios de jacaré para macho, macho para fêmea e macho para macho

(Clique para comprar AQUI o kit inicial do Arduino UNO com sensores, fios, etc)

Equipamento -

• Pistola de cola quente
• Faca X-Acto
• Tesoura
• Cola em bastão
• Cola líquida
• pincel
• Cortadores de arame

Etapa 1: construir o ambiente

1. Pegue as placas de espuma e cole-as a quente com os lados mais longos alinhados entre si para criar uma base maior para o seu modelo.
2. Quebre os palitos de picolé ao meio e cole com cola quente, espaçados uniformemente e perpendiculares ao longo da linha onde as 2 placas se encontram. Isso é para reforçar a junta.
3. Marque o pino-guia em 4 pedaços de 2 polegadas e corte-os usando a faca X-Acto.
4. Faça orifícios nos 4 cantos do tabuleiro a cerca de 1,5 pol. Das bordas e cole as peças do passador. Certifique-se de que os pinos estejam perpendiculares ao tabuleiro de todos os ângulos.
5. Vire o tabuleiro e verifique se está nivelado (deve ser como uma mini-mesa). Corte pedaços de papel de construção para formar a estrada, grama, calçada e divisória.
6. Cole essas peças no quadro com a cola em bastão para mostrar o ambiente para o sistema de iluminação.
7. Use o pincel para espalhar cola líquida no lado vazio da placa. Antes de secar, adicione areia e aplique uniformemente na cola até que ela grude. Em seguida, use papel azul para simular a água nesta “praia”.
8. Torça os limpadores de cachimbo na forma de 2 tartarugas marinhas para representar os animais que vivem no ambiente alvo.

Etapa 2: adicionar as luzes

1. Corte os canudos ao meio para formar os postes de suas luzes.
2. Faça 3 furos igualmente espaçados no tabuleiro na divisória que fica entre a praia e a calçada. Teste para ver se o canudo encaixa, senão aumente o tamanho.
3. Cole a folha de alumínio em um pedaço de cartolina preta do mesmo tamanho usando um bastão de cola. Trace o molde anexado no papel 3 vezes e recorte as formas para formar a proteção da luz.
4. Faça um furo no meio de cada blindagem para o LED. Comece pequeno e só aumente em pequenos incrementos até que o LED se encaixe, mas não caia.
5. Dobre os 4 lados da proteção (com a folha voltada para cima). Use pequenas tiras de fita para unir as laterais e torná-lo 3D.
6. Dobre a parte da luz dos LEDs para baixo de forma que formem um ângulo de 60º quando os fios estiverem na vertical.
7. Conecte 3 fios macho-fêmea em seus respectivos condutores: preto para aterramento, verde para o valor verde e vermelho para o valor vermelho. O pino azul não é usado para este projeto. Passe os fios pelos postes de luz de palha.
8. Cole a blindagem com cola quente em cada LED na parte de trás, certificando-se de não tocar diretamente nos componentes ou fios de metal.
9. Passe os fios e o fundo dos canudos pelos orifícios da placa. Use cola quente para prender os postes perpendiculares à base de todas as direções.

Etapa 3: adicionar os sensores

1. Corte uma fenda para o sensor ultrassônico no final da estrada, cerca de 0,5”da borda da placa. Empurre o sensor para que fique perpendicular à base de uma vista lateral e prenda com cola quente. Isso é extremamente importante para que as leituras sejam precisas e os sinais reflitam no objeto, não na placa.
2. No canto oposto da estrada, faça orifícios para encaixar os pinos OLED e DHT. Uma vez mais segura com cola quente sem colocar em risco nenhum dos componentes elétricos.
3. Use fita adesiva para prender o fotorresistor na barreira e antes da primeira luz. Este módulo fotorresistor é um presente gentilmente cedido pela Elenco, o criador dos Circuitos Snap, como uma doação ao programa.
4. Finalmente, conecte os sensores ao Arduino usando a placa de ensaio e os diagramas de circuito fornecidos. Certifique-se de conectar os 2 Arduinos juntos e ter apenas o circuito do cartão SD no segundo Arduino, que é conhecido como “funcionário”. O outro, com todos os sensores, é o “chefe”.

Etapa 4: adicione o código

1. Antes de prosseguir, analise os fluxogramas para entender os princípios do código fornecido e como ele funciona no modelo.
2. Instale o software Arduino IDE no computador. Baixe o código da pasta do Google Drive em anexo. Instale e inclua as bibliotecas SPI, Wire e DHT, Adafruit_GFX e Adafruit_SSD1306 do Library Manager se o compilador solicitar.
3. Altere os números dos pinos para corresponder ao seu circuito, se necessário. Ignore esta etapa se você usou os mesmos pinos que os diagramas de circuito fornecidos.

Etapa 5: teste o modelo

1. Faça upload do respectivo código para cada Arduino e conecte-o às baterias para obter energia.
2. Execute o programa pelo tempo necessário para coletar dados; a transcrição do cartão SD será iniciada automaticamente.

Em anexo estão os dados que coletamos por meio de um teste interno de nosso modelo. Infelizmente, devido às condições climáticas e questões de segurança, não foi possível testá-lo em ambientes externos, no entanto, ele ainda oferece uma prova de conceito e informações sobre o ambiente de teste.

Ao longo do período de teste, as leituras de Temperatura e Umidade permaneceram relativamente as mesmas por causa da regulação da condição interna no ambiente de teste (uma casa). Existem alguns picos periódicos, mas provavelmente resultam em erros devido à sua infrequência e falta de correlação. A distância também não muda fora da margem de erro porque não havia carros reais de pessoas se movendo no ambiente. No entanto, se este fosse um modelo em escala real, a distância provavelmente seria o fator mais variável devido aos níveis de atividade em constante mudança na área e à falta de previsibilidade desses padrões. No entanto, como o modelo estava estacionado perto de uma janela, os valores do fotorresistor flutuam drasticamente. Quando o modelo é iniciado pela primeira vez à noite, eles leem na faixa sub 50. No entanto, conforme o sol nasce e a iluminação ambiente se torna mais brilhante, os valores do fotorresistor aumentam de acordo. Depois disso, o gráfico cai novamente quando as cortinas são fechadas na área de teste, mas eles voltam a subir quando a iluminação artificial da sala é ligada. Em conclusão, por meio desses dados coletados, fica claramente comprovado que nosso modelo de fato relata com precisão os dados sobre seus arredores, e que essa informação pode ser usada para alterar as configurações do sistema para refletir as condições em que se encontra e contribuir para reduzir a poluição luminosa conforme um todo.

Etapa 6: solucionar problemas

Não está acontecendo nada? Tente estas etapas para ajudar a corrigir o problema:

Antes de você começar -

• Certifique-se de que o código seja compilado e carregado corretamente para ambos os Arduinos. Se o compilador exibir uma mensagem de erro, faça alterações dependendo do que diz. Alguns problemas comuns são incorretos / falta de bibliotecas, ponto-e-vírgula ausente ou porta incorreta selecionada para a conexão USB.
• Verifique a fiação e a carga da bateria. Certifique-se de que os trilhos de alimentação e aterramento na placa de ensaio estejam conectados ao Arduino.

As luzes não acendem? -

• Certifique-se de que o OLED diz “Modo escuro ativado”. O sistema inteligente desativa os LEDs durante o “modo de luz” para conservar energia e evitar o uso desnecessário.
• Veja se seus LEDs estão queimados usando um código simples para ligá-los e desligá-los. Não se esqueça de incluir um resistor durante o teste.

OLED não liga? -

• Conecte o Arduino “funcionário” ao computador e abra o monitor serial para garantir que os valores estão sendo lidos.
• Tente excluir o arquivo existente no cartão SD e executar o código novamente.

O cartão SD não está lendo os dados? -

• Certifique-se de que o cartão SD foi colocado no leitor e corretamente.
• Certifique-se de que haja armazenamento adequado disponível para os dados no cartão.

Algo mais? -

Contacte-nos e podemos ajudar a resolver o problema

Etapa 7: Conclusão

Em suma, illuMOONation é a solução de iluminação abrangente ideal para iluminação de orla em todo o mundo. Suas características únicas nunca foram vistas antes no mercado de iluminação, e o impacto que tem na redução da poluição luminosa ao mesmo tempo em que é ambientalmente consciente e benéfico para humanos e espécies animais é incomparável. No entanto, sabemos que a IlluMOONation não é perfeita. Devido ao prazo limitado e aos materiais fornecidos para o projeto, não fomos capazes de fazer um modelo em escala real e testá-lo em um ambiente externo real. Mas com a SUA ajuda, podemos levar a ILUMINAÇÃO para o próximo nível e incorporá-la em nossas vidas diárias, para um mundo melhor para todas as formas de vida na Terra.

Planos futuros -

Nossos próximos passos com este projeto seriam adicionar componentes adicionais e programá-los para se adequar ao ambiente também. Por exemplo, seria benéfico incluir sensores mais sensíveis para distinguir entre a atividade animal e do veículo / humana, pois não é necessário acender as luzes para a passagem de animais selvagens. Além disso, planejamos ter um Emissor e Receptor IR em cada poste de luz, formando uma “parede invisível” em frente à praia. A “parede” só seria ativada à noite durante a temporada de reprodução das tartarugas e soaria uma campainha suave para sinalizar quando alguém cruzou a área da praia. Este é mais um lembrete para ter consideração pela vida selvagem nativa e evitar que ainda mais deles sejam prejudicados. Também adoraríamos ser capazes de implementar o sistema de energia solar se recebermos os materiais adequados, pois a eficiência energética é outro fator importante para diminuir o efeito antrópico em nosso mundo hoje. Também adoraríamos colaborar com outras equipes e incorporar nossas ideias em conjunto para criar uma solução que resolva uma infinidade de problemas relacionados à poluição luminosa e seja realmente a solução de iluminação completa.

Desafios e realizações -

Concluir o workshop de astrociência sem realmente chegar ao Adler foi uma mudança que ninguém poderia ter previsto. Tem sido especialmente difícil colaborar em um projeto de engenharia por meio do Zoom porque não podemos ver o que cada pessoa está fazendo em sua própria casa, então é difícil solucionar e corrigir problemas conforme eles surgem. No entanto, empregamos certos mecanismos para garantir que continuamos com o nosso plano e que todos estejam sempre cientes do que cada pessoa está fazendo. Um destaque foi a nossa planilha de acompanhamento do projeto, onde delineamos cada uma das tarefas, sua descrição, status, quem as completará e o andamento geral do projeto. Isso nos permitiu trabalhar juntos de forma mais eficiente, pois pudemos verificar uns aos outros e ajudar quando necessário, e nos permitiu desenvolver habilidades de comunicação que serão essenciais, especialmente nos próximos meses.

Reconhecimentos -

Um grande agradecimento ao nosso incrível instrutor Jesus Garcia por nos ensinar como usar todos os diferentes componentes e nos conceder a oportunidade de participar deste programa, mesmo em um ambiente remoto. Além disso, muito obrigado a Geza Gyuk, Chris Bresky e Ken Walczak por toda a ajuda durante o processo. Sua visão realmente aprimorou nossas habilidades além do escopo de nossos projetos e levaremos as lições que aprendemos conosco no futuro. Também gostaríamos de expressar nossa mais sincera gratidão a Kelly Borden e a todos no Planetário Adler por hospedar este programa ano após ano e permitir que adolescentes apaixonados como nós se engajem no campo STEM e astronomia em nossa própria cidade natal. E por último, mas não menos importante, obrigado a cada um de nossos colegas ASW por serem um grupo tão divertido, identificável e de apoio. Essas últimas 3 semanas de nos conhecermos e nos tornarmos amigos foram diferentes de tudo que jamais poderíamos ter imaginado, e foi uma experiência que durará para toda a vida.

Arquivo ZIP -

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