IlluMOONation - un modèle d'éclairage intelligent : 7 étapes

2024 Auteur: John Day | [email protected]. Dernière modifié: 2024-01-30 09:05

Avez-vous déjà regardé le ciel nocturne sans voir d'étoiles ?

Des millions d'enfants à travers le monde ne connaîtront jamais la Voie lactée là où ils vivent en raison de l'utilisation accrue et généralisée de la lumière artificielle la nuit, qui non seulement altère notre vision de l'univers, mais affecte également notre environnement, notre sécurité, notre consommation d'énergie et notre santé..

Pendant trois milliards d'années, la vie sur Terre a existé dans un rythme de lumière et d'obscurité créé uniquement par l'illumination du Soleil, de la Lune et des étoiles. Désormais, les lumières artificielles dominent l'obscurité et nos villes brillent la nuit, perturbant le modèle naturel jour-nuit et modifiant l'équilibre délicat de notre environnement. Les tortues marines sont une espèce particulièrement touchée par ce phénomène.

Lorsque les tortues marines naissent, elles se tournent vers la lune comme source de lumière pour les guider vers l'océan pour plus de sécurité. Mais de nos jours, les lampadaires des plages sont devenus si brillants que les bébés tortues finissent souvent par les suivre dans les rues, mourant de déshydratation, de prédateurs ou écrasées par des véhicules sur la route. D'autres animaux nocturnes sont également blessés par ces lumières éblouissantes, mais pas dans la même mesure que les tortues. L'utilisation accrue de ces lumières aux tons froids la nuit peut les amener à s'écarter de leur rythme circadien normal et à compenser leur fonction biologique, parfois même jusqu'à la mort.

Pour les humains, la lumière bleue affecte nos niveaux de mélatonine, entraînant moins de sommeil et une pléthore d'autres problèmes qui en découlent. La recherche suggère que la lumière artificielle la nuit peut augmenter les risques d'obésité, de dépression, de troubles du sommeil, de diabète, de cancer du sein, etc.

Si vous avez lu jusqu'ici, vous vous demandez peut-être, que pouvons-nous faire pour vous aider ? Eh bien, éteindre simplement vos lumières quand elles ne sont pas nécessaires et changer la couleur de vos lumières en rouges et jaunes est un bon début. Cependant, nous avons besoin d'un système qui puisse être mis en œuvre dans les villes du monde entier pour avoir un impact réel et inverser le bilan dévastateur que la pollution lumineuse a fait sur notre Terre.

Chez SEAside Lighting Co., nous avons trouvé la solution parfaite. Nous vous présentons: illuMOONation - notre propre système d'éclairage intelligent composé de lampadaires écologiques fabriqués avec des capteurs de base et des LED. illuMOONation n'est pas seulement activé par les objets et contrôlé par l'environnement, mais aussi quelque chose que VOUS pouvez faire à la maison ! Intrigué ? Eh bien, lisez la suite pour découvrir comment créer votre propre version de ce modèle d'éclairage intelligent… et peut-être un jour en faire une réalité à grande échelle !

Principales caractéristiques:

• Lumières mobiles - Le capteur à ultrasons détecte l'emplacement d'un objet et allume la lumière correspondante, tandis que le reste reste éteint
• Unilatéral - Du côté de l'océan et loin de la plage afin que les animaux qui arrivent à terre la nuit ne soient pas distraits par l'éblouissement, tout en offrant une couverture complète de la rue pour les véhicules et les piétons
• Lumières rouges - Les animaux nocturnes ont des capacités améliorées pour voir des longueurs d'onde plus courtes, donc les tons plus chauds ne les affectent pas autant, également mieux pour les humains en raison des effets néfastes de la lumière bleue la nuit qui sont mentionnés ci-dessus
• Blindage réfléchissant et angle vers le bas - La lumière est dirigée à l'aide du matériau réfléchissant à l'intérieur du module de blindage et est inclinée vers le bas afin de couvrir une plus grande surface sans augmenter la diffusion de la lumière
• Mode clair/sombre - Les lumières et les capteurs qui ne sont pas nécessaires sont désactivés lorsqu'il fait clair pour économiser l'énergie
• Réactif à la météo - Prend des lectures de température et d'humidité et diminue l'intensité lorsqu'il est sujet à une plus grande diffusion de la lumière
• Respectueux de l'environnement - Système d'énergie intelligent utilisant un panneau solaire pour charger la batterie avec la lumière du soleil facilement disponible pour réduire l'ajout de combustibles fossiles dans l'atmosphère
• Affichage central - L'écran OLED affiche les valeurs des capteurs et le mode du système d'éclairage, plus accessible à l'utilisateur général et aux administrateurs
• Enregistrement des données - Les données du capteur sont stockées sur une carte SD afin qu'elles puissent être analysées pour améliorer davantage le modèle et calibrer en fonction de l'environnement

Fournitures

Structure -

• 2 planches en mousse de 11" x 14"
• 2 bâtonnets de glace
• Carré de 6" x 6" de papier d'aluminium
• 3 cure-pipes verts
• 1 tige de goujon (1/2" de diamètre)
• 3 pailles larges
• Sable
• Papier de construction jaune, vert, bleu, marron et noir

Électronique -

• 3 LED RVB
• Capteur à ultrasons
• Capteur de température/humidité DHT
• Photorésistance (Kit Snap Circuits, ou du Kit Arduino)
• Mini panneau solaire
• Mini écran OLED
• Lecteur de carte micro SD
• Carte Micro SD
• 2 Arduino
• 2 connecteurs d'alimentation CC à 9 volts
• 2 piles 9 volts
• Planche à pain
• Résistance 100 kOhm
• 6 résistances de 100 ohms
• Redresseur à diodes
• Arduino IDE (installé pour exécuter le code)
• Fils pince crocodile à mâle, mâle à femelle et mâle à mâle

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Équipement -

• Pistolet à colle chaude
• Couteau X-Acto
• Ciseaux
• Bâton de colle
• Colle liquide
• Pinceau
• Pinces coupantes

Étape 1: Construire l'environnement

1. Prenez les planches en mousse et collez-les à chaud avec les côtés les plus longs au ras les uns des autres pour créer une base plus grande pour votre modèle.
2. Casser les bâtons de popsicle en deux et les coller à chaud à égale distance et perpendiculairement le long de la ligne où les 2 planches se rejoignent. C'est pour renforcer l'articulation.
3. Marquez la tige du goujon en 4 morceaux de 2 pouces et coupez-les à l'aide du couteau X-Acto.
4. Faites des trous dans les 4 coins de la planche à environ 1,5" des bords et collez à chaud les morceaux de chevilles. Assurez-vous que les chevilles sont perpendiculaires à la planche sous tous les angles.
5. Retournez la planche et vérifiez si elle est de niveau (cela devrait être comme une mini-table). Découpez des morceaux de papier de construction pour former la route, l'herbe, le trottoir et la séparation.
6. Collez ces pièces sur la planche à l'aide du bâton de colle pour montrer l'environnement du système d'éclairage.
7. Utilisez le pinceau pour étaler de la colle liquide sur le côté vide de la planche. Avant qu'il ne sèche, ajoutez du sable et tapotez uniformément dans la colle jusqu'à ce qu'elle adhère. Utilisez ensuite du papier bleu pour simuler l'eau sur cette « plage ».
8. Tournez les cure-pipes en forme de 2 tortues marines pour représenter les animaux qui vivent dans l'environnement cible.

Étape 2: ajouter les lumières

1. Coupez les pailles en deux pour former les pôles de vos lumières.
2. Faites 3 trous également espacés à travers la planche dans le diviseur qui passe entre la plage et le trottoir. Testez pour voir si la paille s'adapte, sinon agrandissez-la.
3. Collez la feuille d'aluminium sur un morceau de papier de construction noir de la même taille à l'aide d'un bâton de colle. Tracez 3 fois le gabarit ci-joint sur le papier et découpez les formes pour former le blindage de la lumière.
4. Faites un trou au milieu de chaque blindage pour la LED. Commencez petit et n'augmentez que par petits incréments jusqu'à ce que la LED s'adapte mais ne tombe pas.
5. Replier les 4 côtés du blindage (avec la feuille vers le haut). Utilisez de petites bandes de ruban adhésif pour joindre les côtés et le rendre en 3D.
6. Pliez la partie lumineuse des LED vers le bas afin qu'elles forment un angle de 60º lorsque les fils sont verticaux.
7. Attachez 3 fils mâle-femelle à leurs fils respectifs: noir pour la masse, vert pour la valeur verte et rouge pour la valeur rouge. L'épingle bleue n'est pas utilisée pour ce projet. Enfilez les fils à travers les poteaux lumineux en paille.
8. Collez à chaud le blindage sur chaque LED par l'arrière, en veillant à ne pas toucher directement les composants ou les fils métalliques.
9. Collez les fils et le bas des pailles à travers les trous de la planche. Utilisez de la colle chaude pour fixer les poteaux perpendiculairement à la base dans toutes les directions.

Étape 3: ajouter les capteurs

1. Découpez une fente pour le capteur à ultrasons au bout de la route, à environ 0,5" du bord de la planche. Poussez le capteur de manière à ce qu'il soit perpendiculaire à la base d'une vue latérale et fixez-le avec de la colle chaude. Ceci est extrêmement important pour que les lectures soient précises et que les signaux rebondissent sur l'objet, pas sur la carte.
2. Dans le coin de l'autre côté de la route, découpez des trous pour les broches OLED et DHT. Une fois de plus, fixez-la avec de la colle chaude sans mettre en danger aucun des composants électriques.
3. Utilisez du ruban adhésif pour fixer la photorésistance sur la barrière et avant la première lumière. Ce module de photorésistance est un cadeau gracieusement offert par Elenco, le créateur de Snap Circuits, en guise de don au programme.
4. Enfin, connectez les capteurs à l'Arduino à l'aide de la maquette et des schémas de circuit fournis. Assurez-vous de connecter les 2 Arduinos ensemble et de n'avoir que le circuit de la carte SD sur le deuxième Arduino, appelé « employé ». L'autre, avec tous les capteurs, est le « patron ».

Étape 4: ajouter le code

1. Avant de continuer, parcourez les organigrammes pour comprendre les principes du code fourni et son fonctionnement dans le modèle.
2. Installez le logiciel Arduino IDE sur l'ordinateur. Téléchargez le code à partir du dossier Google Drive joint. Installez et incluez les bibliothèques SPI, Wire et DHT, Adafruit_GFX et Adafruit_SSD1306 à partir du gestionnaire de bibliothèque si le compilateur vous y invite.
3. Modifiez les numéros de broche pour qu'ils correspondent à votre circuit, si nécessaire. Ignorez cette étape si vous avez utilisé les mêmes broches que les schémas de circuit fournis.

Étape 5: Tester le modèle

1. Téléchargez le code respectif sur chaque Arduino et connectez-vous aux batteries pour l'alimentation.
2. Exécutez le programme aussi longtemps que nécessaire pour collecter des données, la transcription de la carte SD démarrera automatiquement.

Vous trouverez ci-joint les données que nous avons recueillies lors d'un essai en intérieur de notre modèle. Malheureusement, en raison des conditions météorologiques et des problèmes de sécurité, nous n'avons pas pu le tester à l'extérieur, mais il offre toujours une preuve de concept et des informations sur l'environnement de test.

Tout au long de la période d'essai, les lectures de température et d'humidité sont restées relativement les mêmes en raison de la régulation des conditions internes dans l'environnement de test (une maison). Il y a quelques pics périodiques, mais ceux-ci constituent probablement des erreurs étant donné leur rareté et leur manque de corrélation. La distance ne change pas non plus en dehors de la marge d'erreur car il n'y avait pas de vraies voitures de personnes se déplaçant dans l'environnement. Cependant, s'il s'agissait d'un modèle à grande échelle, la distance serait probablement le facteur le plus variable en raison des niveaux d'activité en constante évolution dans la région et du manque de prévisibilité de ces modèles. Cependant, puisque le modèle était stationné près d'une fenêtre, les valeurs des photorésistances fluctuent en fait de manière drastique. Lorsque le modèle est démarré pour la première fois la nuit, ils lisent dans la plage inférieure à 50. Cependant, à mesure que le soleil se lève et que l'éclairage ambiant devient plus lumineux, les valeurs de la photorésistance augmentent en conséquence. Après cela, le graphique chute à nouveau lorsque les stores sont fermés dans la zone de test, mais ils remontent lorsque l'éclairage artificiel de la pièce est allumé. En conclusion, grâce à ces données collectées, il est clairement prouvé que notre modèle rapporte en fait avec précision des données sur son environnement, et que ces informations peuvent être utilisées pour modifier les paramètres du système afin de refléter les conditions dans lesquelles il se trouve et contribuer à réduire la pollution lumineuse comme un ensemble.

Étape 6: Dépannage

Il ne se passe rien ? Essayez ces étapes pour résoudre le problème:

Avant que tu commences -

• Assurez-vous que le code est compilé et téléchargé correctement sur les deux Arduinos. Si le compilateur affiche un message d'erreur, apportez des modifications en fonction de ce qu'il dit. Certains problèmes courants sont des bibliothèques incorrectes/manque de bibliothèques, un point-virgule manquant ou un port incorrect sélectionné pour la connexion USB.
• Vérifiez le câblage et la charge de la batterie. Assurez-vous que les rails d'alimentation et de masse de la maquette sont connectés à l'Arduino.

Les lumières ne s'allument pas ? -

• Assurez-vous que l'OLED indique « Mode sombre activé ». Le système intelligent désactive les LED pendant le « mode d'éclairage » pour économiser l'énergie et éviter une utilisation inutile.
• Vérifiez si vos LED sont grillées à l'aide d'un simple code pour les allumer et les éteindre. N'oubliez pas d'inclure une résistance lors du test.

OLED ne s'allume pas ? -

• Connectez l'Arduino « employé » à l'ordinateur et ouvrez le moniteur série pour vous assurer que les valeurs sont lues.
• Essayez de supprimer le fichier existant sur la carte SD et exécutez à nouveau le code.

La carte SD ne lit pas les données ? -

• Assurez-vous que la carte SD est bien insérée dans le lecteur.
• Assurez-vous qu'il y a suffisamment de stockage disponible pour les données sur la carte.

Rien d'autre? -

Contactez-nous et nous pouvons vous aider à résoudre le problème

Étape 7: Conclusion

Dans l'ensemble, illuMOONation est la solution d'éclairage complète idéale pour l'éclairage des fronts de mer dans le monde entier. Ses caractéristiques uniques n'ont jamais été vues auparavant sur le marché de l'éclairage, et son impact sur la réduction de la pollution lumineuse tout en étant respectueux de l'environnement et bénéfique pour les humains et les espèces animales est inégalé. Cependant, nous savons qu'illuMOONation n'est pas parfait. En raison du temps limité et des matériaux fournis pour le projet, nous n'avons pas été en mesure de réaliser un modèle grandeur nature et de le tester dans un environnement extérieur réel. Mais avec VOTRE aide, nous pouvons faire passer illuMOONation au niveau supérieur et l'intégrer dans notre vie quotidienne, pour un monde meilleur pour toute la vie sur Terre.

Plans futurs -

Nos prochaines étapes avec ce projet seraient d'ajouter des composants supplémentaires et de les programmer pour s'adapter également à l'environnement. Par exemple, il serait avantageux d'inclure des capteurs plus sensibles pour faire la distinction entre les animaux et les véhicules/activités humaines, car il n'est pas nécessaire d'allumer les lumières pour les animaux sauvages qui passent. De plus, nous prévoyons d'avoir un émetteur et un récepteur IR sur chaque poteau lumineux, formant un « mur invisible » devant la plage. Le « mur » ne serait activé que la nuit pendant la saison de reproduction des tortues et émettrait un léger signal sonore pour signaler que quelqu'un aurait traversé la plage. C'est encore un autre rappel d'être attentif à la faune indigène et d'éviter qu'encore plus d'entre elles soient blessées. Nous aimerions également pouvoir mettre en œuvre le système d'énergie solaire si nous disposions des matériaux adéquats, car l'efficacité énergétique est un autre facteur important pour réduire l'effet anthropique sur notre monde aujourd'hui. Nous aimerions également collaborer avec d'autres équipes et incorporer nos idées ensemble pour créer une solution qui résout une multitude de problèmes concernant la pollution lumineuse et qui est vraiment la solution d'éclairage tout compris.

Défis et réalisations -

Terminer l'atelier Astro-Science sans réellement venir à l'Adler était un changement que personne n'aurait pu prédire. Il a été particulièrement difficile de collaborer sur un projet d'ingénierie via Zoom car nous ne pouvons pas voir ce que chaque personne fait dans sa propre maison, il est donc difficile de dépanner et de résoudre les problèmes au fur et à mesure qu'ils surviennent. Cependant, nous avons utilisé certains mécanismes pour nous assurer que nous restons sur la bonne voie avec notre plan et que tout le monde est toujours au courant de ce que fait chaque personne. L'un des points forts a été notre feuille de calcul de suivi de projet où nous avons délimité chacune des tâches, leur description, leur statut, qui les terminera et l'avancement global du projet. Cela nous a permis de travailler ensemble plus efficacement car nous pouvions nous contrôler les uns les autres et nous entraider si nécessaire, et nous a permis de développer des compétences de communication qui seront essentielles, surtout dans ces prochains mois.

Remerciements -

Un grand merci à notre incroyable instructeur Jesus Garcia pour nous avoir appris à utiliser tous les différents composants et nous avoir donné la possibilité de participer à ce programme, même dans un environnement éloigné. De plus, merci beaucoup à Geza Gyuk, Chris Bresky et Ken Walczak pour toute votre aide tout au long du processus. Votre perspicacité a vraiment amélioré nos compétences au-delà de la simple portée de nos projets et nous garderons les leçons que nous avons apprises avec nous à l'avenir. Nous tenons également à exprimer notre plus sincère gratitude à Kelly Borden et à tout le monde au Planétarium Adler pour avoir organisé ce programme année après année et permis à des adolescents passionnés comme nous de s'engager dans le domaine des STIM et de l'astronomie dans notre propre ville natale. Et enfin, merci à chacun de nos pairs ASW pour être un groupe si amusant, accessible et solidaire. Ces 3 dernières semaines pour apprendre à se connaître et devenir amis ont été différentes de tout ce que nous aurions pu imaginer, et ce fut une expérience qui durera toute une vie.

Fichier zip -

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