IlluMOONation - نموذج إضاءة ذكي: 7 خطوات

2024 مؤلف: John Day | [email protected]. آخر تعديل: 2024-01-30 07:36

هل سبق لك أن نظرت إلى سماء الليل ولم تتمكن من رؤية أي نجوم؟

لن يختبر ملايين الأطفال في جميع أنحاء العالم مجرة درب التبانة أبدًا حيث يعيشون بسبب الاستخدام المتزايد والواسع النطاق للضوء الاصطناعي في الليل والذي لا يضعف نظرتنا للكون فحسب ، بل يؤثر سلبًا على بيئتنا وسلامتنا واستهلاك الطاقة وصحتنا..

لمدة ثلاثة مليارات سنة ، كانت الحياة على الأرض موجودة في إيقاع من الضوء والظلام تم إنشاؤه فقط من خلال إضاءة الشمس والقمر والنجوم. الآن ، الأضواء الاصطناعية تغلب على الظلام وتتوهج مدننا في الليل ، مما يعطل النمط الطبيعي ليلا ونهارا ويغير التوازن الدقيق لبيئتنا. السلاحف البحرية هي أحد الأنواع التي تضررت بشكل خاص من هذه الظاهرة.

عندما تولد السلاحف البحرية ، فإنها تنظر إلى القمر كمصدر للضوء لإرشادها إلى المحيط من أجل الأمان. ولكن في هذه الأيام ، أصبحت أضواء الشوارع على الشواطئ ساطعة للغاية لدرجة أن صغار السلاحف غالبًا ما ينتهي بها المطاف بمتابعتها في الشوارع ، أو تموت إما من الجفاف أو الحيوانات المفترسة أو تدهسها المركبات على الطريق. تتضرر الحيوانات الليلية الأخرى أيضًا من هذه الأضواء الساطعة ، وإن لم يكن بنفس القدر مثل السلاحف. يمكن أن يؤدي الاستخدام المتزايد لهذه الأضواء الباردة في الليل إلى انحرافها عن إيقاعها اليومي الطبيعي وتعويض وظيفتها البيولوجية ، وأحيانًا حتى الموت.

بالنسبة للبشر ، يؤثر الضوء الأزرق على مستويات الميلاتونين لدينا ، مما يؤدي إلى قلة النوم وعدد كبير من المشاكل الأخرى التي تحدث نتيجة لذلك. تشير الأبحاث إلى أن الضوء الاصطناعي في الليل يمكن أن يزيد من مخاطر السمنة والاكتئاب واضطرابات النوم والسكري وسرطان الثدي وغير ذلك.

إذا كنت قد قرأت حتى الآن ، فقد تسأل ، ماذا يمكننا أن نفعل للمساعدة؟ حسنًا ، ما عليك سوى إطفاء الأنوار عندما لا تكون هناك حاجة إليها وتغيير لون الأضواء إلى الأحمر والأصفر بداية جيدة. ومع ذلك ، نحن بحاجة إلى نظام يمكن تنفيذه في المدن في جميع أنحاء العالم لإحداث تأثير حقيقي وعكس الخسائر المدمرة التي تسبب بها التلوث الضوئي على كوكبنا.

لقد توصلنا هنا في شركة SEAside Lighting Co. إلى الحل الأمثل. نقدم لكم ما يلي: illuMOONation - نظام الإضاءة الذكي الخاص بنا والذي يتكون من مصابيح شوارع صديقة للبيئة مصنوعة من أجهزة استشعار ومصابيح LED أساسية. إن illuMOONation ليس فقط من الأشياء التي يتم تنشيطها والتحكم فيها بيئيًا ، ولكنها أيضًا شيء يمكنك صنعه في المنزل! مفتون؟ حسنًا ، تابع القراءة لمعرفة كيفية إنشاء نسختك الخاصة من نموذج الإضاءة الذكية هذا … وربما يومًا ما تجعله حقيقة واقعة على نطاق واسع!

دلائل الميزات:

• أضواء متحركة - يكتشف مستشعر الموجات فوق الصوتية مكان وجود الجسم ويقوم بتشغيل الضوء المعني ، بينما يظل الباقي مطفأ
• جانب واحد - على جانب المحيط والإشارة بعيدًا عن الشاطئ حتى لا تشتت الحيوانات التي تأتي إلى الشاطئ ليلاً بسبب الوهج ، مع توفير تغطية كاملة للشوارع للمركبات والمشاة
• الأضواء ذات اللون الأحمر - لقد عززت الحيوانات الليلية قدراتها على رؤية أطوال موجية أقصر ، لذا فإن النغمات الأكثر دفئًا لا تؤثر عليها كثيرًا ، كما أنها أفضل للبشر بسبب التأثيرات الضارة للضوء الأزرق في الليل المذكورة أعلاه
• التدريع الانعكاسي والزاوية السفلية - يتم توجيه الضوء باستخدام المادة العاكسة داخل وحدة التدريع ويتم توجيهه لأسفل بحيث يغطي مساحة أكبر دون زيادة تشتت الضوء
• وضع الضوء / الظلام - يتم تعطيل الأضواء وأجهزة الاستشعار غير الضرورية عندما يكون ساطعًا للحفاظ على الطاقة
• مستجيب للطقس - يأخذ قراءات درجة الحرارة والرطوبة ويقلل من شدتها عندما تكون عرضة لمزيد من تشتت الضوء
• صديق للبيئة - نظام طاقة ذكي يستخدم لوحة شمسية لشحن البطارية بأشعة الشمس المتاحة بسهولة لتقليل إضافة الوقود الأحفوري إلى الغلاف الجوي
• الشاشة المركزية - تعرض شاشة OLED قيم المستشعر ووضع نظام الإضاءة ، ويمكن الوصول إليها بسهولة أكبر للمستخدم العام والمسؤولين على حدٍ سواء
• تسجيل البيانات - يتم تخزين بيانات المستشعر على بطاقة SD بحيث يمكن تحليلها لتحسين النموذج ومعايرته مع البيئة

اللوازم

بنية -

• 2 لوح من الفوم مقاس 11 × 14 بوصة
• 2 عصي مصاصة
• 6 × 6 بوصة مربعة من رقائق الألومنيوم
• 3 منظفات أنابيب خضراء
• 1 قضيب وتد (قطر 1/2 بوصة)
• 3 مصاصات واسعة
• رمل
• ورق البناء الأصفر والأخضر والأزرق والبني والأسود

إلكترونيات -

• 3 إضاءات RGB
• أجهزة الاستشعار بالموجات فوق الصوتية
• مستشعر درجة الحرارة / الرطوبة DHT
• مقاوم ضوئي (Snap Circuits Kit ، أو من Arduino Kit)
• لوحة شمسية صغيرة
• شاشة OLED صغيرة
• قارئ بطاقة Micro SD
• بطاقة مايكرو التنمية المستدامة
• 2 اردوينوس
• 2 موصلات تيار مستمر إلى 9 فولت
• 2 بطاريات 9 فولت
• اللوح
• 100 كيلو أوم المقاوم
• 6100 أوم مقاومات
• معدل الصمام الثنائي
• Arduino IDE (مثبت لتشغيل التعليمات البرمجية)
• التمساح كليب لذكر ، ذكر لأنثى ، ومن ذكر إلى ذكر

(انقر هنا لشراء Arduino UNO Starter Kit مع المستشعرات والأسلاك وما إلى ذلك)

ادوات -

• مسدس الغراء الساخن
• سكين اكس اكتو
• مقص
• غراء قوي
• صمغ سائل
• فرشاة الرسم
• قواطع للاسلاك

الخطوة الأولى: بناء البيئة

1. خذ الألواح الرغوية وألصقها بالغراء الساخن جنبًا إلى جنب مع الجوانب الأطول المتساطحة مع بعضها البعض لإنشاء قاعدة أكبر للطراز الخاص بك.
2. قم بتقسيم أعواد المصاصة إلى نصفين والصقها ساخنًا على مسافات متساوية وعمودية على طول الخط حيث تلتقي اللوحان. هذا لتقوية المفصل.
3. ضع علامة على قضيب وتد في 4 قطع 2 بوصة وقم بقصها باستخدام سكين X-Acto.
4. اصنع ثقوبًا في 4 زوايا من اللوح بحوالي 1.5 بوصة من الحواف والصق قطع المسامير بالداخل. تأكد من أن المسامير متعامدة على اللوحة من جميع الزوايا.
5. اقلب اللوحة وتحقق لمعرفة ما إذا كانت مستوية (يجب أن تكون مثل طاولة صغيرة). قطع قطع من الورق المقوى لتشكيل الطريق ، والعشب ، والرصيف ، والفاصل.
6. قم بلصق هذه القطع على السبورة باستخدام عصا الغراء لإظهار البيئة لنظام الإضاءة.
7. استخدم فرشاة الرسم لنشر الصمغ السائل على الجانب الفارغ من السبورة. قبل أن يجف ، أضف الرمل واتركه بالتساوي في الغراء حتى يلتصق. ثم استخدم الورق الأزرق لمحاكاة الماء على هذا "الشاطئ".
8. قم بلف منظفات الأنابيب على شكل سلحفاة بحرية لتمثيل الحيوانات التي تعيش في البيئة المستهدفة.

الخطوة 2: أضف الأضواء

1. اقطع الشفاطات إلى نصفين لتشكيل أعمدة الأضواء.
2. اصنع 3 فتحات متباعدة بشكل متساوٍ عبر اللوحة في الحاجز الذي يمتد بين الشاطئ والرصيف. اختبرها لترى ما إذا كانت القشة مناسبة أم لا ، اجعلها أكبر.
3. ألصق ورق الألومنيوم بالغراء على قطعة من الورق المقوى الأسود من نفس الحجم باستخدام عصا غراء. تتبع القالب المرفق على الورق 3 مرات وقطع الأشكال لتشكيل التدريع للضوء.
4. قم بعمل ثقب في منتصف كل درع لمصباح LED. ابدأ صغيرًا وزد بزيادات صغيرة فقط حتى يناسب المصباح ولكنه لا يسقط.
5. اطوِ الجوانب الأربعة للحماية (مع توجيه الرقاقة لأعلى). استخدم شرائط صغيرة من الشريط اللاصق للانضمام إلى الجوانب وجعلها ثلاثية الأبعاد.
6. ثني جزء الضوء من مصابيح LED لأسفل بحيث تشكل زاوية 60 درجة عندما تكون الخيوط عمودية.
7. قم بتوصيل 3 أسلاك من الذكور إلى الإناث بأسلاك كل منها: أسود للأرضي والأخضر للقيمة الخضراء والأحمر للقيمة الحمراء. الدبوس الأزرق غير مستخدم لهذا المشروع. مرر الأسلاك من خلال أعمدة إنارة القش.
8. الغراء الساخن على التدريع على كل LED من الخلف ، مع التأكد من عدم لمس المكونات أو الخيوط المعدنية مباشرة.
9. قم بلصق الأسلاك وأسفل الشفاط من خلال الفتحات الموجودة في اللوح. استخدم الغراء الساخن لتثبيت القطبين بشكل عمودي على القاعدة من جميع الاتجاهات.

الخطوة 3: أضف المستشعرات

1. قطع فتحة لجهاز الاستشعار بالموجات فوق الصوتية في نهاية الطريق ، حوالي 0.5 بوصة من حافة اللوحة. ادفع المستشعر للداخل بحيث يكون عموديًا على القاعدة من وجهة نظر جانبية ويتم تثبيته بالغراء الساخن. هذا مهم للغاية حتى تكون القراءات دقيقة وترتد الإشارات عن الجسم وليس اللوحة.
2. في الزاوية على الجانب الآخر من الطريق ، قم بقطع ثقوب لتناسب دبابيس OLED و DHT. مرة أخرى آمن بالغراء الساخن دون تعريض أي من المكونات الكهربائية للخطر.
3. استخدم الشريط لتوصيل المقاوم الضوئي على الحاجز وقبل الضوء الأول. وحدة Photoresistor هذه هي هدية تقدمها Elenco ، مبتكر Snap Circuits ، كتبرع للبرنامج.
4. أخيرًا ، قم بتوصيل المستشعرات بـ Arduino باستخدام اللوح ومخططات الدوائر المتوفرة. تأكد من توصيل 2 Arduinos معًا ، ولديك فقط دائرة بطاقة SD في Arduino الثاني ، المعروف باسم "الموظف". الآخر ، مع كل المستشعرات ، هو "الرئيس".

الخطوة 4: أضف الكود

1. قبل المتابعة ، قم بالاطلاع على المخططات الانسيابية لفهم مبادئ الكود المقدم وكيفية عمله في النموذج.
2. قم بتثبيت برنامج Arduino IDE على الكمبيوتر. قم بتنزيل الرمز من مجلد Google Drive المرفق. قم بتثبيت وتضمين مكتبات SPI و Wire و DHT و Adafruit_GFX و Adafruit_SSD1306 من Library Manager إذا طلب المترجم ذلك.
3. قم بتغيير أرقام التعريف الشخصية لتتناسب مع دائرتك ، إذا لزم الأمر. تجاهل هذه الخطوة إذا كنت تستخدم نفس المسامير مثل مخططات الدوائر المتوفرة.

الخطوة 5: اختبر النموذج

1. قم بتحميل الكود الخاص بكل بطاقة أردوينو واتصل بحزم البطاريات للحصول على الطاقة.
2. قم بتشغيل البرنامج طالما كان ذلك ضروريًا لجمع البيانات ، سيبدأ نسخ بطاقة SD تلقائيًا.

مرفق بإرفاق البيانات التي جمعناها من خلال تجربة داخلية لنموذجنا. لسوء الحظ ، نظرًا لظروف الطقس وقضايا السلامة ، لم نتمكن من اختباره في الهواء الطلق ، إلا أنه لا يزال يقدم دليلًا على المفهوم ومعلومات حول بيئة الاختبار.

طوال الفترة التجريبية ، ظلت قراءات درجة الحرارة والرطوبة كما هي نسبيًا بسبب تنظيم الظروف الداخلية في بيئة الاختبار (منزل). هناك عدد قليل من الارتفاعات الدورية ، ولكن من المحتمل أن تكون هذه بمثابة أخطاء نظرًا لتكرارها وعدم وجود ارتباط. المسافة أيضًا لا تتغير خارج هامش الخطأ لأنه لم تكن هناك سيارات حقيقية لأشخاص يتحركون في البيئة. ومع ذلك ، إذا كان هذا نموذجًا بمقياس كامل ، فمن المحتمل أن تكون المسافة هي العامل الأكثر تغيرًا بسبب مستويات النشاط المتغيرة باستمرار في المنطقة وعدم القدرة على التنبؤ بهذه الأنماط. ومع ذلك ، نظرًا لأن النموذج كان متمركزًا بالقرب من النافذة ، فإن قيم المقاومة الضوئية في الواقع تتقلب بشكل كبير. عند بدء تشغيل النموذج لأول مرة في الليل ، قرأوا في النطاق 50 الفرعي. ومع ذلك ، عندما تشرق الشمس وتصبح الإضاءة المحيطة أكثر سطوعًا ، ترتفع قيم المقاوم الضوئي وفقًا لذلك. بعد ذلك ، يسقط الرسم البياني مرة أخرى عندما يتم إغلاق الستائر في منطقة الاختبار ، لكنها تنطلق مرة أخرى عند تشغيل إضاءة الغرفة الاصطناعية. في الختام ، من خلال هذه البيانات التي تم جمعها ، ثبت بوضوح أن نموذجنا يقوم في الواقع بالإبلاغ بدقة عن البيانات حول محيطه ، وأنه يمكن استخدام هذه المعلومات لتغيير إعدادات النظام لتعكس الظروف الموجودة فيه والمساهمة في الحد من التلوث الضوئي مثل ككل.

الخطوة 6: استكشاف الأخطاء وإصلاحها

لا شيء يحدث؟ جرب هذه الخطوات للمساعدة في حل المشكلة:

قبل ان تبدأ -

• تأكد من أن الكود يتم تجميعه وتحميله بشكل صحيح إلى كل من Arduinos. إذا قام المترجم بعرض رسالة خطأ ، فقم بإجراء تغييرات بناءً على ما يقوله. بعض المشكلات الشائعة غير صحيحة / نقص في المكتبات ، أو فاصلة منقوطة مفقودة ، أو اختيار منفذ غير صحيح لاتصال USB.
• تحقق من شحن البطارية والأسلاك. تأكد من توصيل قضبان الطاقة والأرض على لوح التجارب بـ Arduino.

الأضواء لا تضيء؟ -

• تأكد من أن OLED تقول "تنشيط الوضع الداكن". يقوم النظام الذكي بتعطيل مصابيح LED أثناء "وضع الإضاءة" للحفاظ على الطاقة ومنع الاستخدام غير الضروري.
• تحقق مما إذا كانت مصابيح LED الخاصة بك محترقة باستخدام رمز بسيط لتشغيلها وإيقاف تشغيلها. لا تنس تضمين المقاوم عند الاختبار.

OLED لا يعمل؟ -

• قم بتوصيل "الموظف" Arduino بالكمبيوتر وافتح الشاشة التسلسلية للتأكد من قراءة القيم.
• حاول حذف الملف الموجود على بطاقة SD وتشغيل الرمز مرة أخرى.

بطاقة SD لا تقرأ البيانات؟ -

• تأكد من وضع بطاقة SD في القارئ ، وبشكل صحيح.
• تأكد من وجود مساحة تخزين كافية متاحة للبيانات الموجودة على البطاقة.

أي شيء آخر؟ -

اتصل بنا ويمكننا المساعدة في حل المشكلة

الخطوة 7: الخاتمة

الكل في الكل ، illuMOONation هو حل الإضاءة الشامل المثالي لإضاءة الواجهة البحرية في جميع أنحاء العالم. لم يتم رؤية ميزاته الفريدة من قبل في سوق الإضاءة ، وتأثيره على الحد من التلوث الضوئي مع كونه واعيًا بالبيئة ومفيدًا لكل من البشر والأنواع الحيوانية لا مثيل له. ومع ذلك ، فنحن نعلم أن IlluMOONation ليس مثاليًا. نظرًا للإطار الزمني المحدود والمواد المقدمة للمشروع ، لم نتمكن من صنع نموذج كامل النطاق واختباره في بيئة خارجية حقيقية. ولكن بمساعدتك ، يمكننا أن نرتقي بالمعلومات إلى المستوى التالي وندمجها في حياتنا اليومية ، من أجل عالم أفضل لجميع أشكال الحياة على الأرض.

خطط مستقبلية -

ستكون خطواتنا التالية في هذا المشروع هي إضافة مكونات إضافية وبرمجتها لتلائم البيئة أيضًا. على سبيل المثال ، سيكون من المفيد تضمين أجهزة استشعار أكثر حساسية للتمييز بين نشاط الحيوان والمركبة / الإنسان ، حيث أنه ليس من الضروري تشغيل الأضواء لمرور الحياة البرية. بالإضافة إلى ذلك ، نخطط للحصول على باعث وجهاز استقبال IR على كل عمود إنارة ، لتشكيل "جدار غير مرئي" أمام الشاطئ. لن يتم تنشيط "الجدار" إلا في الليل خلال موسم تكاثر السلاحف ، وسيصدر صوت صفير لطيف للإشارة عندما يعبر شخص ما إلى منطقة الشاطئ. هذا تذكير آخر بمراعاة الحياة البرية المحلية ومنع المزيد منها من التعرض للأذى. نود أيضًا أن نكون قادرين على تنفيذ نظام الطاقة الشمسية إذا أعطيت المواد المناسبة ، حيث أن كفاءة الطاقة هي عامل مهم آخر في تقليل التأثير البشري على عالمنا اليوم. نود أيضًا التعاون مع الفرق الأخرى ودمج أفكارنا معًا لإنشاء حل واحد يحل العديد من المشكلات المتعلقة بالتلوث الضوئي وهو حقًا حل الإضاءة الشامل.

التحديات والإنجازات -

كان إكمال ورشة عمل Astro-Science دون القدوم فعليًا إلى Adler بمثابة تغيير لم يكن أحد يتوقعه. لقد كان من الصعب بشكل خاص التعاون في مشروع هندسي من خلال Zoom لأننا لا نستطيع رؤية ما يفعله كل شخص في منزله ، لذلك من الصعب استكشاف المشكلات وإصلاحها عند ظهورها. ومع ذلك ، فقد استخدمنا آليات معينة للتأكد من أننا نبقى على المسار الصحيح مع خطتنا وأن الجميع على دراية دائمًا بما يفعله كل شخص. كان أحد النقاط البارزة هو جدول بيانات تتبع المشروع حيث حددنا كل مهمة ووصفها وحالتها ومن سيكملها والتقدم العام للمشروع. مكننا ذلك من العمل معًا بكفاءة أكبر حيث يمكننا التحقق من بعضنا البعض والمساعدة عند الضرورة ، وسمح لنا بتطوير مهارات الاتصال التي ستكون ضرورية ، خاصة في هذه الأشهر القادمة.

شكر وتقدير -

صيحة كبيرة لمدربنا الرائع جيسوس جارسيا لتعليمنا كيفية استخدام جميع المكونات المختلفة ومنحنا الفرصة للمشاركة في هذا البرنامج ، حتى في بيئة بعيدة. بالإضافة إلى ذلك ، شكرًا جزيلًا لـ Geza Gyuk و Chris Bresky و Ken Walczak على كل ما قدمته من مساعدة طوال الوقت. لقد عززت رؤيتك مهاراتنا حقًا بما يتجاوز نطاق مشاريعنا وسننقل الدروس التي تعلمناها معنا في المستقبل. نود أيضًا أن نعرب عن خالص امتناننا لكيلي بوردن والجميع في Adler Planetarium لاستضافة هذا البرنامج عامًا بعد عام والسماح للمراهقين المتحمسين مثلنا بالانخراط في مجال العلوم والتكنولوجيا والهندسة والرياضيات وعلم الفلك في مسقط رأسنا. وأخيرًا وليس آخرًا ، شكرًا لكل واحد من أقراننا في ASW لكونهم مجموعة مرحة وداعمة. كانت الأسابيع الثلاثة الماضية من التعرف على بعضنا البعض وتكوين صداقات مختلفة عن أي شيء يمكن أن نتخيله ، وكانت تجربة ستستمر مدى الحياة.

ملف مضغوط -

انقر هنا للوصول إلى جميع المواد التي ستحتاجها لعمل نموذج للإضاءة في المنزل!