IlluMOONation: un modelo de iluminación inteligente: 7 pasos

2024 Autor: John Day | [email protected]. Última modificación: 2024-01-30 08:40

¿Alguna vez ha mirado hacia el cielo nocturno y no ha podido ver ninguna estrella?

Millones de niños en todo el mundo nunca experimentarán la Vía Láctea donde viven debido al uso cada vez mayor y generalizado de luz artificial por la noche que no solo afecta nuestra visión del universo, sino que también afecta negativamente a nuestro medio ambiente, seguridad, consumo de energía y salud..

Durante tres mil millones de años, la vida en la Tierra existió en un ritmo de luz y oscuridad que fue creado únicamente por la iluminación del Sol, la Luna y las estrellas. Ahora, las luces artificiales dominan la oscuridad y nuestras ciudades brillan por la noche, interrumpiendo el patrón natural día-noche y cambiando el delicado equilibrio de nuestro medio ambiente. Una especie que se ve especialmente perjudicada por este fenómeno son las tortugas marinas.

Cuando nacen las tortugas marinas, miran a la luna como una fuente de luz para guiarlas al océano en busca de seguridad. Pero en estos días, las farolas de las playas se han vuelto tan brillantes que las crías de tortuga a menudo terminan siguiéndolas por las calles, muriendo por deshidratación, depredadores o siendo atropelladas por vehículos en la carretera. Otros animales nocturnos también se ven perjudicados por estas luces deslumbrantes, aunque no en la misma medida que las tortugas. El mayor uso de estas luces de tonos fríos por la noche puede hacer que se desvíen de su ritmo circadiano normal y contrarrestar su función biológica, a veces incluso hasta el punto de la muerte.

Para los humanos, la luz azul afecta nuestros niveles de melatonina, lo que lleva a dormir menos y a una plétora de otros problemas que surgen como resultado. La investigación sugiere que la luz artificial por la noche puede aumentar los riesgos de obesidad, depresión, trastornos del sueño, diabetes, cáncer de mama y más.

Si ha leído hasta aquí, es posible que se esté preguntando, ¿qué podemos hacer para ayudar? Bueno, simplemente apagar las luces cuando no son necesarias y cambiar el color de las luces a rojos y amarillos es un buen comienzo. Sin embargo, necesitamos un sistema que pueda implementarse en ciudades de todo el mundo para realmente tener un impacto y revertir el devastador costo que la contaminación lumínica ha tenido en nuestra Tierra.

Aquí en SEAside Lighting Co. hemos encontrado la solución perfecta. Te presentamos: illuMOONation, nuestro propio sistema de iluminación inteligente que consiste en farolas ecológicas hechas con sensores básicos y LED. illuMOONation no solo se activa con objetos y se controla ambientalmente, sino que también es algo que USTED puede hacer en casa. ¿Intrigado? Bueno, sigue leyendo para descubrir cómo crear tu propia versión de este modelo de iluminación inteligente … ¡y tal vez algún día hacerlo realidad a gran escala!

Características principales:

• Luces en movimiento: el sensor ultrasónico detecta dónde se encuentra un objeto y enciende la luz respectiva, mientras que el resto permanece apagado
• Unilateral: en el lado del océano y en dirección opuesta a la playa para que los animales que llegan a la orilla por la noche no se distraigan con el resplandor, al mismo tiempo que brindan una cobertura total de la calle para vehículos y peatones.
• Luces de tonos rojos: los animales nocturnos tienen habilidades mejoradas para ver longitudes de onda más cortas, por lo que los tonos más cálidos no los afectan tanto, también son mejores para los humanos debido a los impactos perjudiciales de la luz azul en la noche que se mencionan anteriormente.
• Blindaje reflectante y ángulo hacia abajo: la luz se dirige utilizando el material reflectante dentro del módulo de blindaje y se inclina hacia abajo para que cubra un área más grande sin aumentar la dispersión de la luz.
• Modo claro / oscuro: las luces y los sensores que no son necesarios se desactivan cuando hay mucha luz para ahorrar energía
• Sensible al clima: toma lecturas de temperatura y humedad y disminuye la intensidad cuando es propenso a una mayor dispersión de luz
• Ecológico: sistema de energía inteligente que utiliza un panel solar para cargar la batería con luz solar disponible para reducir la adición de combustibles fósiles a la atmósfera.
• Pantalla central: la pantalla OLED muestra los valores de los sensores y el modo del sistema de iluminación, más accesible tanto para el usuario en general como para los administradores
• Registro de datos: los datos del sensor se almacenan en una tarjeta SD para que se puedan analizar para mejorar aún más el modelo y calibrar el entorno

Suministros

Estructura -

• 2 tablas de espuma de 11 "x 14"
• 2 palitos de helado
• 6 "x 6" cuadrados de papel de aluminio
• 3 limpiapipas verdes
• 1 varilla de clavija (1/2 "de diámetro)
• 3 pajitas anchas
• Arena
• Papel de construcción amarillo, verde, azul, marrón y negro

Electrónica -

• 3 LED RGB
• Sensor ultrasónico
• Sensor de temperatura / humedad DHT
• Fotorresistor (kit de circuitos a presión o del kit Arduino)
• Mini panel solar
• Mini pantalla OLED
• Lector de tarjetas micro SD
• Tarjeta micro SD
• 2 arduinos
• 2 conectores de alimentación de CC a 9 voltios
• 2 baterías de 9 voltios
• Tablero de circuitos
• Resistencia de 100 kOhmios
• 6 resistencias de 100 ohmios
• Rectificador de diodo
• Arduino IDE (instalado para ejecutar código)
• Cables de pinza de cocodrilo a macho, macho a hembra y macho a macho

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Equipo -

• Pistola de silicona
• Cuchillo X-Acto
• Tijeras
• Barra de pegamento
• Pegamento líquido
• Cepillo de pintura
• Cortadores de alambre

Paso 1: construir el entorno

1. Tome las tablas de espuma y péguelas en caliente con los lados más largos al ras entre sí para crear una base más grande para su modelo.
2. Rompe los palitos de helado por la mitad y pégalos con pegamento caliente igualmente espaciados y perpendiculares a lo largo de la línea donde se unen las 2 tablas. Esto es para reforzar la articulación.
3. Marque la varilla en 4 trozos de 2 pulgadas y córtelos con el cuchillo X-Acto.
4. Haga agujeros en las 4 esquinas de la tabla a aproximadamente 1.5”de los bordes y pegue con pegamento caliente las piezas de la clavija. Asegúrese de que las clavijas estén perpendiculares a la tabla desde todos los ángulos.
5. Dale la vuelta al tablero y verifica si está nivelado (debería ser como una mini mesa). Recorta pedazos de cartulina para formar la carretera, el césped, la acera y el divisor.
6. Pegue estas piezas en el tablero con la barra de pegamento para mostrar el entorno del sistema de iluminación.
7. Usa el pincel para esparcir pegamento líquido en el lado vacío del tablero. Antes de que se seque, agregue arena y golpee uniformemente el pegamento hasta que se pegue. Luego use papel azul para simular el agua en esta "playa".
8. Gire los limpiapipas en forma de 2 tortugas marinas para representar a los animales que viven en el entorno objetivo.

Paso 2: agrega las luces

1. Corta las pajitas por la mitad para formar los postes de tus luces.
2. Haga 3 agujeros igualmente espaciados a través del tablero en el divisor que corre entre la playa y la acera. Prueba para ver si la pajita encaja, si no, hazlos más grandes.
3. Pega el papel de aluminio a un trozo de cartulina negra del mismo tamaño con una barra de pegamento. Trace la plantilla adjunta en el papel 3 veces y corte las formas para formar el escudo de la luz.
4. Haga un agujero en el medio de cada blindaje para el LED. Comience poco a poco y solo aumente en pequeños incrementos hasta que el LED se ajuste pero no se caiga.
5. Doble los 4 lados del blindaje (con la lámina hacia arriba). Use pequeñas tiras de cinta para unir los lados y hacerlo 3D.
6. Doble la parte de luz de los LED hacia abajo para que formen un ángulo de 60º cuando los cables estén verticales.
7. Conecte 3 cables macho a hembra a sus respectivos cables: negro para tierra, verde para el valor verde y rojo para el valor rojo. El pin azul no se utiliza para este proyecto. Pase los cables a través de los postes de luz de paja.
8. Pegue con pegamento caliente el blindaje en cada LED desde la parte posterior, asegurándose de no tocar directamente los componentes o los cables metálicos.
9. Pega los cables y la parte inferior de las pajitas a través de los orificios del tablero. Use pegamento caliente para asegurar los postes perpendiculares a la base desde todas las direcciones.

Paso 3: agregue los sensores

1. Corte una hendidura para el sensor ultrasónico al final del camino, aproximadamente a 0.5”del borde de la tabla. Empuje el sensor hacia adentro para que quede perpendicular a la base desde una vista lateral y asegúrelo con pegamento caliente. Esto es extremadamente importante para que las lecturas sean precisas y las señales reboten en el objeto, no en la pizarra.
2. En la esquina del lado opuesto de la carretera, corte agujeros para colocar los pines OLED y DHT. Una vez más, asegúrelo con pegamento caliente sin poner en peligro ninguno de los componentes eléctricos.
3. Use cinta para sujetar el fotorresistor en la barrera y antes de la primera luz. Este módulo de fotorresistencia es un obsequio amablemente proporcionado por Elenco, el creador de Snap Circuits, como donación al programa.
4. Finalmente, conecte los sensores al Arduino usando la placa de pruebas y los diagramas de circuito provistos. Asegúrese de conectar los 2 Arduino juntos, y solo tenga el circuito de la tarjeta SD en el segundo Arduino, que se conoce como el "empleado". El otro, con todos los sensores, es el "jefe".

Paso 4: agregue el código

1. Antes de continuar, recorra los diagramas de flujo para comprender los principios del código proporcionado y cómo funciona en el modelo.
2. Instale el software Arduino IDE en la computadora. Descargue el código de la carpeta adjunta de Google Drive. Instale e incluya las bibliotecas SPI, Wire y DHT, Adafruit_GFX y Adafruit_SSD1306 desde el Administrador de bibliotecas si el compilador lo solicita.
3. Cambie los números de pin para que coincidan con su circuito, si es necesario. Ignore este paso si utilizó los mismos pines que los diagramas de circuito proporcionados.

Paso 5: prueba el modelo

1. Cargue el código respectivo a cada Arduino y conéctelo a los paquetes de baterías para obtener energía.
2. Ejecute el programa durante el tiempo que sea necesario para recopilar datos, la transcripción de la tarjeta SD se iniciará automáticamente.

Se adjuntan los datos que recopilamos a través de una prueba en interiores de nuestro modelo. Desafortunadamente, debido a las condiciones climáticas y los problemas de seguridad, no pudimos probarlo al aire libre, sin embargo, aún ofrece una prueba de concepto e información sobre el entorno de prueba.

Durante todo el período de prueba, las lecturas de temperatura y humedad se mantuvieron relativamente iguales debido a la regulación de la condición interna en el entorno de prueba (una casa). Hay algunos picos periódicos, pero es probable que sean errores dada su poca frecuencia y falta de correlación. La distancia tampoco cambia fuera del margen de error porque no había automóviles reales de personas moviéndose en el entorno. Sin embargo, si se tratara de un modelo a escala completa, la distancia probablemente sería el factor más variable debido a los niveles de actividad en constante cambio en el área y la falta de previsibilidad de esos patrones. Sin embargo, dado que el modelo estaba estacionado cerca de una ventana, los valores de la fotorresistencia fluctúan drásticamente. Cuando el modelo se inicia por primera vez por la noche, leen en el rango sub 50. Sin embargo, a medida que sale el sol y la iluminación ambiental se vuelve más brillante, los valores de la fotorresistencia aumentan en consecuencia. Después de eso, el gráfico vuelve a caer cuando se cierran las persianas en el área de prueba, pero vuelven a dispararse cuando se enciende la iluminación artificial de la habitación. En conclusión, a través de estos datos recopilados, se demuestra claramente que nuestro modelo, de hecho, informa con precisión los datos sobre su entorno, y que esa información se puede utilizar para alterar la configuración del sistema para reflejar las condiciones en las que se encuentra y contribuir a reducir la contaminación lumínica como entero.

Paso 6: solucionar problemas

¿No pasa nada? Pruebe estos pasos para ayudar a solucionar el problema:

Antes de que empieces -

• Asegúrese de que el código se compile y se cargue correctamente en ambos Arduinos. Si el compilador muestra un mensaje de error, realice cambios según lo que diga. Algunos problemas comunes son incorrectos / falta de bibliotecas, falta un punto y coma o un puerto incorrecto seleccionado para la conexión USB.
• Compruebe el cableado y la carga de la batería. Asegúrese de que los rieles de alimentación y de tierra en la placa de pruebas estén conectados al Arduino.

¿Las luces no se encienden? -

• Asegúrese de que el OLED diga "Modo oscuro activado". El sistema inteligente desactiva los LED durante el "modo de luz" para ahorrar energía y evitar un uso innecesario.
• Vea si sus LED están quemados usando un código simple para encenderlos y apagarlos. No olvide incluir una resistencia al realizar la prueba.

¿OLED no se enciende? -

• Conecte el Arduino "empleado" a la computadora y abra el monitor en serie para asegurarse de que se lean los valores.
• Intente eliminar el archivo existente en la tarjeta SD y vuelva a ejecutar el código.

¿La tarjeta SD no lee datos? -

• Asegúrese de que la tarjeta SD esté colocada correctamente en el lector.
• Asegúrese de que haya suficiente almacenamiento disponible para los datos en la tarjeta.

¿Algo más? -

¡Contáctanos y podemos ayudarte a resolver el problema

Paso 7: Conclusión

Con todo, illuMOONation es la solución de iluminación integral ideal para la iluminación de muelles en todo el mundo. Sus características únicas nunca se han visto antes en el mercado de la iluminación, y el impacto que tiene en la reducción de la contaminación lumínica al mismo tiempo que es ambientalmente consciente y beneficioso tanto para los seres humanos como para las especies animales es incomparable. Sin embargo, sabemos que la iluMOONation no es perfecta. Debido al tiempo limitado y los materiales proporcionados para el proyecto, no pudimos hacer un modelo a gran escala y probarlo en un entorno real al aire libre. Pero con SU ayuda, podemos llevar illuMOONation al siguiente nivel e integrarlo en nuestra vida diaria, para un mundo mejor para toda la vida en la Tierra.

Planes futuros -

Nuestros próximos pasos con este proyecto serían agregar componentes adicionales y programarlos para que se adapten también al entorno. Por ejemplo, sería beneficioso incluir sensores más sensibles para distinguir entre actividad animal y vehículo / humano, ya que no es necesario encender las luces para la vida silvestre que pasa. Además, planeamos tener un emisor y receptor de infrarrojos en cada poste de luz, formando una "pared invisible" en el frente de la playa. El "muro" solo se activaría por la noche durante la temporada de reproducción de tortugas, y sonaría un timbre suave para señalar cuando alguien ha cruzado el área de la playa. Este es otro recordatorio más para ser considerado con la vida silvestre nativa y evitar que aún más de ellos sean dañados. También nos encantaría poder implementar el sistema de energía solar si se les dieran los materiales adecuados, ya que la eficiencia energética es otro factor importante para disminuir el efecto antropogénico en nuestro mundo actual. También nos encantaría colaborar con otros equipos e incorporar nuestras ideas para crear una solución que resuelva una multitud de problemas relacionados con la contaminación lumínica y sea verdaderamente la solución de iluminación todo incluido.

Desafíos y logros -

Completar el Taller de Astrociencia sin venir al Adler fue un cambio que nadie podría haber predicho. Ha sido especialmente difícil colaborar en un proyecto de ingeniería a través de Zoom porque no podemos ver lo que cada persona está haciendo en su propia casa, por lo que es difícil solucionar y solucionar los problemas a medida que surgen. Sin embargo, empleamos ciertos mecanismos para asegurarnos de mantener el rumbo con nuestro plan y que todos estén siempre al tanto de lo que está haciendo cada uno. Uno de los aspectos más destacados fue nuestra hoja de cálculo de seguimiento del proyecto, donde delineamos cada una de las tareas, su descripción, estado, quién las completará y el progreso general del proyecto. Esto nos permitió trabajar juntos de manera más eficiente, ya que pudimos controlarnos unos a otros y ayudar cuando fuera necesario, y nos permitió desarrollar habilidades de comunicación que serán esenciales, especialmente en los próximos meses.

Agradecimientos -

Un gran agradecimiento a nuestro increíble instructor Jesús García por enseñarnos cómo usar todos los diferentes componentes y por brindarnos la oportunidad de participar en este programa, incluso en un entorno remoto. Además, muchas gracias a Geza Gyuk, Chris Bresky y Ken Walczak por toda su ayuda. Su conocimiento realmente ha mejorado nuestras habilidades más allá del alcance de nuestros proyectos y llevaremos las lecciones que aprendimos con nosotros en el futuro. También nos gustaría expresar nuestro más sincero agradecimiento a Kelly Borden y a todos en el Planetario Adler por albergar este programa año tras año y permitir que adolescentes apasionados como nosotros se involucren en el campo STEM y la astronomía en nuestra propia ciudad natal. Y por último, pero no menos importante, gracias a todos y cada uno de nuestros compañeros de ASW por ser un grupo tan divertido, identificable y solidario. Estas últimas 3 semanas de conocernos y hacernos amigos ha sido diferente a todo lo que podríamos haber imaginado, y fue una experiencia que durará toda la vida.

Archivo zip -

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