راه حل آلودگی نوری - آرتمیس: 14 مرحله

2024 نویسنده: John Day | [email protected]. آخرین اصلاح شده: 2024-01-30 08:52

آلودگی نوری چیزی است که همه ما را در سراسر جهان تحت تاثیر قرار می دهد. از زمان اختراع لامپ ، نور بسیار متداول شده است و به طور خاص در شهرهای بزرگ مانند نیویورک و شیکاگو مورد استفاده قرار می گیرد. تمام این نور می تواند انواع مختلف حیوانات را تحت تأثیر قرار دهد. به عنوان مثال ، بچه های لاک پشت که باید با استفاده از ماه برای هدایت به اقیانوس راه پیدا کنند ، چراغ خیابانی خطرناکی را برای یک ماه اشتباه می گیرند و به بزرگراه می روند. نور همچنین مهاجرت پرندگان و فصل جفت گیری آنها را تحت تأثیر قرار می دهد. علاوه بر همه حیواناتی که آلودگی نوری بر آنها تأثیر می گذارد ، بر ما نیز تأثیر می گذارد. هر زمان که شب ها بیرون می رویم و این چراغ های آبی کور را می بینیم ، ذهن ما برانگیخته می شود که فکر می کند روز است. بنابراین ، مغز ما ملاتونین تولید نمی کند. مواد شیمیایی مورد نیاز برای خوابیدن از آنجا که این ماده شیمیایی به اندازه کافی تولید نمی شود ، برنامه خواب ما حذف می شود ، که باعث ایجاد بسیاری از مشکلات دیگر می شود.

با این حال ، با راه حل آلودگی نوری ، آرتمیس ، ما می توانیم فردایی بهتر را از نظر آلودگی نوری ایجاد کنیم. نور ما دارای دمای رنگی گرم است تا نور آبی از خود ساطع نکند و باعث شود ما فکر کنیم باید تا آخر شب بیدار باشیم. با کمک Arduino Uno ، چندین سنسور مختلف و مدارهای Snap ، نور ما بر اساس فعالیت در منطقه ، تاریکی و موارد دیگر روشن یا خاموش می شود. با راه حل ما ، نور کمتری به جو منتشر می شود ، بنابراین ما ، همراه با همه حیوانات ، می توانیم از زیبایی آسمان شب لذت ببریم که به خوشبختی محیط ما کمک می کند.

مرحله 1: مواد خود را جمع آوری کنید

اولین قدم برای ساخت آرتمیس جمع آوری مواد است.

همانطور که در تصویر اول بالا مشاهده می کنید ، در اینجا لیستی از مواد فیزیکی مورد نیاز شما آمده است:

• پروژه Super Starter Kit Uno R3 - این میکروکنترلر ، بردبرد و تمام سنسورهای مورد نیاز شما را در خود دارد تا بتوانید از آنها برای کدگذاری نور خود استفاده کنید. به طور خاص ، شما نیاز دارید:

  • کابل USB-Arduino (و اگر در لپ تاپ خود پورت USB ندارید) آداپتور
  • سیمهای مردانه و مردانه
  • سیمهای زن و مرد
  • سیمهای بسیار بلند (در صورت نیاز برش)
  • کابل های بلوز (برای اتصال مقاومت در برابر عکس مدارهای Snap به تخته نان)
  • کارت micro SD و خواننده
  • صفحه نمایش OLED
  • میکروکنترلر Arduino Uno
  • یک سنسور PIR
  • سنسور DHT (رطوبت/دما)
  • مقاومتهای 220 کیلوگرم
  • یک تخته نان
  • LED های RGB (4x) یا LED های معمولی (4x)
  • یک مقاومت در برابر نور
• یک مجموعه کلاسیک مدارهای Snap (همانطور که در دفترچه راهنمای بالا نشان داده شده است). به طور خاص ، شما به یک مقاومت در برابر نور مدارها نیاز دارید.
• قیچی
• چوب های چوبی
• یک چاقوی دقیق
• یک سیم برنده
• یک پیچ گوشتی
• هسته فوم سیاه
• مقاله ساخت و ساز
• همانطور که در تصویر دوم نشان داده شده است ، برای کدگذاری سنسورها به برنامه Arduino Genuino در رایانه رومیزی/لپ تاپ خود نیاز دارید.
• همانطور که در تصویر سوم نشان داده شده است ، برای انجام این کار به چند دوست نیاز خواهید داشت!

مرحله 2: PIR / Photo -resistor - Code

اولین کدی که ایجاد می کنید مربوط به PIR (حسگر حرکت) و مقاومت در برابر عکس است. با ترکیب این دو سنسور در یک کد ، می توانیم نور را نسبت به سطح تاریکی و فعالیت (یا عدم وجود آن) در منطقه واکنش نشان دهیم. در اینجا کارکردهای اصلی کد چیست:

setup (): این عملکرد مانیتور سریال را فعال می کند و پین LED را به عنوان خروجی و پین PIR را به عنوان ورودی ایجاد می کند.

loop (): این تابع تابع photo_value () و تابع checkPIRStatus () را اجرا می کند

NBhere (): در صورت روشن نبودن سنسور حرکت ، این عملکرد در LED ها خاموش می نویسد

SBhere (): این عملکرد LED ها را روشن می نویسد تا در صورت روشن بودن سنسور حرکت ، آنها را به وضوح نشان دهد

checkPIRStatus (): این عملکرد داده ها را از سنسور دریافت می کند ، سپس بررسی می کند که آیا مقدار گزارش شده از 451 بیشتر است. اگر اینطور باشد و سنسور خاموش باشد ، روشن می شود و SBhere () اجرا می شود. با این حال ، اگر تعداد گزارش شده کم باشد و سنسور روشن باشد ، سنسور خاموش شده و NBhere () اجرا می شود.

photo_value (): این تابع بررسی می کند که آیا عدد زیاد ، متوسط یا کم است و بر این اساس شدت نور را تغییر می دهد.

مرحله 3: PIR / Photo -resistor - Electrical Schematics

بعد از اینکه کد شما با موفقیت کامپایل شد ، تخته نان خود را به همان روشی که در نمودار Fritzing در بالا ذکر شده است ، وصل کنید. پس از اتمام کار ، مطمئن شوید که همه چیز به درستی به برق متصل شده است و هیچ چیز سر جایش نیست. علاوه بر 4 LED معمولی یا LED RGB ، به موارد زیر نیاز دارید:

• یک سنسور PIR
• یک مقاومت در برابر نور
• سه سیم زن و مرد
• سیمهای مردانه و مردانه
• 4 مقاومت 220km

بعد از اینکه کد شما با موفقیت روی صفحه بارگذاری شد ، دست خود را روی سنسور PIR تکان دهید. چراغ ها باید روشن و روشن شوند و اگر مانیتور سریال خود را باز می کنید ، روی آن نوشته شود "حرکت تشخیص داده شد!". هنگامی که دست خود را از PIR بر می دارید ، مانیتور سریال باید "حرکت تمام شد!" را بخواند ، و LED (یا LED RGB همانطور که در نمودار نشان داده شده است) باید کم رنگ و خاموش شود:).

در مورد مقاومت نوری ، اگر آن را بپوشانید ، LED باید روشن و یا روشن شود ، و هنگامی که دست خود را بر می دارید ، LED باید کم نور شود. اگر همه چراغ های منطقه خود را روشن کنید ، LED باید نزدیک به خاموش شدن باشد.

مرحله 4: OLED / DHT - کد

پس از اتمام کار با بخش PIR/photoresistor کد ، آماده انتقال به کد OLED/DHT هستید! این کد باید به درستی اجرا شود و داده های رطوبت/دما را از محیط اطراف دریافت کرده و پس از نمایش اطلاعات روی مانیتور سریال ، این اطلاعات و همچنین وضعیت سایر حسگرها را روی صفحه OLED نمایش دهد.

در اینجا هر تابع در کد انجام می دهد:

setup (): این تابع مانیتور سریال را فعال می کند و کتابخانه ها را اولیه می کند

loop (): این تابع متغیرهایی را برای دما/رطوبت ایجاد می کند ، سپس اطلاعات مربوط به رطوبت/دما را روی صفحه OLED و مانیتور سریال نمایش می دهد.

در اینجا کتابخانه های خاصی وجود دارد که باید برای اجرای این کد بارگیری کنید:

کتابخانه U8g2

Sidenote: کد بالا هم برای DHT/OLED و هم برای کارت SD است و عملکردهای ذکر شده آنهایی هستند که فقط سنسورهای DHT/OLED را کنترل می کنند.

مرحله 5: OLED / DHT - نمودارهای الکتریکی

بعد از اینکه کد شما با موفقیت گردآوری شد ، تخته نان خود را به همان روشی که در نمودار Fritzing در بالا ذکر شده است ، وصل کنید. پس از اتمام کار ، مطمئن شوید که همه چیز به درستی به برق متصل شده است و هیچ چیز سر جایش نیست. علاوه بر 4 LED معمولی یا LED RGB ، به موارد زیر نیاز دارید:

• صفحه نمایش OLED
• یک سنسور DHT
• سیمهای مردانه و مردانه
• 4 مقاومت 220km

بعد از اینکه کد با موفقیت روی صفحه بارگذاری شد ، اطلاعات رطوبت/دما باید در مانیتور سریال ظاهر شود و بعد از اینکه صفحه OLED صفحه Adafruit خود را نشان داد ، داده های دمای رطوبت باید در بالای صفحه با وضعیت هر یک از سنسورها ظاهر شود. گفتن "روشن" یا "خاموش" زیر آن:).

مرحله 6: جمع آوری داده ها از OLED

با استفاده از مانیتور سریال ، ما توانستیم داده های رطوبت/دما را به یک نمودار تبدیل کنیم. هنگامی که کد شما با موفقیت کار می کند و اطلاعات صحیح رطوبت/دما را در مانیتور سریال مشاهده می کنید ، روی "Tools" ، سپس "Serial Plotter" کلیک کنید. هنگامی که آن را فشار می دهید ، باید نمودار داده ها را دریافت کنید. به منظور جمع آوری داده ها ، سنسور DHT را به تخته نورد وصل کنید ، کد نهایی را اجرا کنید و سپس سنسور DHT را در نزدیک پنجره یا خارج از غروب تا طلوع خورشید قرار دهید تا داده ها را دریافت کنید.

در نمودار سمت راست درجه سانتیگراد دما در برابر زمان ، دما به تدریج با غروب خورشید کاهش می یابد. این داده ها هنگام غروب آفتاب از ساعت 7 عصر تا 10 شب جمع آوری شد. شب هنگام دمای پایین تری نسبت به روز ایجاد می کند زیرا خورشید دیگر به طور مستقیم منطقه را گرم نمی کند. این اندازه گیری ها با استفاده از یک سنسور DHT ، که داده های دما و رطوبت را جمع آوری می کند ، جمع آوری شد.

نمودار سمت چپ اندازه گیری درصد رطوبت هوا در مقابل زمان است. داده ها از ساعت 7 عصر تا 10 شب با استفاده از سنسور DHT جمع آوری شد. با گذشت زمان ، رطوبت شروع به افزایش کرد ، که احتمالاً می تواند نشان دهنده بارش در آینده نزدیک باشد. بارندگی عامل مهمی است که باید در طراحی وسایل روشنایی مورد توجه قرار گیرد زیرا رویدادهای آب و هوایی مانند باران ، برف و مه می تواند دید را کاهش داده و بر پراکندگی نور تأثیر بگذارد.

مرحله 7: کارت SD - کد

اکنون که با موفقیت بخش OLED/DHT و بخش PIR/مقاومت در برابر عکس را کدگذاری کرده اید ، برای قسمت نهایی آماده هستید: کد کارت SD. با کارکرد صحیح ، هدف از این کد این است که کارت SD داده های مقاومت در برابر عکس را بخواند و روند روشنایی را در طول روز نشان دهد.

در اینجا هر عملکردی در کد انجام می دهد:

setup (): این عملکرد مانیتور سریال را فعال می کند و هرگونه داده را روی مانیتور سریال وارد می کند

loop (): این تابع زمان سنج را ایجاد می کند

writeHeader (): این تابع هدرهای داده را در فایل کارت SD چاپ می کند

logData (): این تابع زمان ، رطوبت و دما را در فایل کارت SD ثبت می کند

کتابخانه های اضافی مورد نیاز شما:

• کتابخانه SD. FAT
• کتابخانه ساده DHT

مرحله 8: کارت SD - شماتیک الکتریکی

بعد از اینکه کد شما با موفقیت گردآوری شد ، تخته نان خود را به همان روشی که در نمودار Fritzing در بالا ذکر شده است ، وصل کنید. پس از اتمام کار ، مطمئن شوید که همه چیز به درستی به برق متصل شده است و هیچ چیز سر جایش نیست. شما نیاز خواهید داشت:

• کارت خوان SD
• یک مقاومت در برابر نور
• سیمهای مردانه و مردانه
• 1 مقاومت 220km

بعد از اینکه کد با موفقیت بارگذاری شد ، مقاومت در برابر عکس را کنار پنجره خود بگذارید یا آن را به بیرون وارد حیاط خود کنید. هنگام غروب تا طلوع آفتاب آن را بگذارید و وقتی برگشتید ، کارت میکرو SD را بیرون بیاورید. سپس ، با استفاده از کارت خوان SD ، لپ تاپ خود را در اطلاعات بخوانید و با آن نمودار ایجاد کنید!

مرحله 9: جمع آوری داده ها از کارت SD

در بالا تصویری از داده هایی که از مقادیر مقاومت در برابر عکس از کارت SD جمع آوری کرده ایم ، نشان داده شده است. هدف از جمع آوری این داده ها مشاهده روندهای نورپردازی در طول شب است تا بتوانیم ببینیم آیا منبع نور مزاحمی از نور مصنوعی وجود دارد که زندگی همه حیوانات روی زمین را مختل می کند یا خیر.

برای جمع آوری داده ها ، مقاومت نوری را با استفاده از نمودار Fritzing به تخته نان خود وصل کنید و کد نهایی موجود در فایل زیپ را در انتهای دستورالعمل اجرا کنید. کارت micro SD خود را به خواننده وصل کنید و مقاومت عکس را در پنجره یا بیرون از غروب تا طلوع آفتاب برای جمع آوری داده های خود تنظیم کنید.

این داده ها توسط یک مقاومت نوری ، که شدت نور را اندازه گیری می کند ، جمع آوری شده است. داده ها از ساعت 12 صبح تا 6:45 صبح جمع آوری شده و شامل طلوع خورشید است. با طلوع خورشید ، شدت نور افزایش می یابد و باعث می شود مقادیر بدست آمده از مقاومت نوری افزایش یابد. از این داده ها می توان برای تعیین زمان نیاز به نور مصنوعی استفاده کرد زیرا مقاومت در برابر نور شدت نور طبیعی را در محیط اطراف خود تعیین می کند و می تواند تشخیص دهد که چقدر روشن است که می تواند منظره ای مرئی را بدون نور مصنوعی ایجاد کند.

مرحله 10: ترکیب همه کد ها

پس از اتمام برنامه نویسی سه جزء جداگانه کد ، وقت آن است که همه آنها را کنار هم قرار دهید! با در نظر گرفتن سه جزء کد خود ، مطمئن شوید هیچ چیز بین همه برنامه ها یکسان نیست و سپس آنها را در برنامه دیگری قرار دهید. پس از آن ، مطمئن شوید که همه چیز مانند نمودار Fritzing روی تخته نان شما چسبانده شده است و برنامه را اجرا کنید! برای ما ، چندین بار بود که وقتی همه اجزا را با هم ترکیب می کردیم ، کد کار نمی کرد ، بنابراین اگر به نظر می رسد در ابتدا کار نمی کند ، به قسمت عیب یابی این دستورالعمل نگاه کنید.

مرحله 11: پیشنهادات/عیب یابی

در زیر چند مشکل برای مشکلاتی که ممکن است هنگام کار بر روی کد خود داشته باشید آورده شده است. ما از تجربه می دانیم که کد گاهی اوقات می تواند بسیار آزاردهنده و استرس زا باشد ، بنابراین امیدوارم این نکات به شما کمک کند راه حل * آلودگی نوری * ما را تکرار کنید:).

عمومی:

• اطمینان حاصل کنید که همه سیم های شما به پین های مناسب متصل هستند ، که هنگام تعریف متغیرها در برنامه به شما گفته می شود.
• اطمینان حاصل کنید که همه سیم های شما به درستی وصل شده اند (به عنوان مثال ، شاید طرف منفی و مثبت LED شما باید روشن شود)
• هنگام کد نویسی LED ها و بالعکس ، مطمئن شوید که RGB در تخته نان خود ندارید

اگر برنامه نویس پاسخ نمی دهد:

• آردوینو و میکروکنترلر خود را مجدداً راه اندازی کنید
• USB خود را جدا کرده و دوباره وصل کنید
• بررسی کنید تا مطمئن شوید پورت شما Arduino Uno است (به "Tools" و سپس "Port" بروید)
• یک فایل خالی جدید باز کنید و آن را اجرا کرده و سپس کد اصلی خود را اجرا کنید

آیا راه حلی در اینجا پیدا نمی کنید؟

سعی کنید به https://www.arduino.cc/fa/Guide/Troubleshooting2 (سایت رسمی عیب یابی Arduino) بروید و مشکل خود را جستجو کنید.

مرحله 12: طراحی مدل

برای طراحی و چاپ سه بعدی چراغ ها از نمودارهای موجود در فایل زیپ استفاده کنید (با این حال ، نیازی به چاپگر سه بعدی نیست). برای شروع طراحی مدل ، قطعه ای از هسته فوم یا تخته خلفی را با ابعاد 56 سانتی متر در 37 سانتی متر برش دهید. برای سهولت سیم کشی ، تخته را با چسباندن گرم بلوک های چوبی به گوشه ها بلند کنید. با چسباندن نوارهای کاغذ مشکی ساختمانی به تخته ، جاده و چمن خود را ایجاد کنید و سوراخ هایی را که لامپ ها باید در آن باشند ، برش دهید. با تقسیم طول تخته به 4 و قطع فضاهای پایه ، آنها را به طور مساوی از هم جدا کنید. محل سنسورهای خود (مقاومت در برابر نور و PIR) و صفحه OLED را نیز تعیین کنید تا بتوانید قسمت هایی از پایه را برای تغذیه سیم ها به آردوینو برش دهید. پس از برش همه سوراخ ها ، تغذیه سیم ها را شروع کنید تا از زیر مدل عبور کرده و به آردوینو متصل شوند. وقتی همه چیز نهایی شد ، حسگرها و چراغ ها را در جای خود بچسبانید!

مرحله 13: همه چیز را با هم آزمایش کنید

اکنون ، از آنجا که طراحی ، قطعات الکتریکی و برنامه نویسی همه به پایان رسیده اند ، وقت آن است که کار خود را آزمایش کنید! پیش بروید و برنامه خود را روی صفحه بارگذاری کنید ، و اگر کار کرد ، تبریک می گویم !! در غیر این صورت ، به بخش عیب یابی این دستورالعمل برگردید تا ببینید آیا می توانید مشکل را حل کنید.

راه حل های آلودگی نوری مانند آرتمیس برای بازگرداندن آسمان شب به همه ضروری است. قرن هاست که مردم از آسمان شب می ترسند و نور را به عنوان نجات دهنده درک می کنند ، اگرچه بسیاری از حیوانات از فراوانی نور در نزدیکی زیستگاه های طبیعی خود رنج می برند. با استفاده از این راه حل آلودگی نوری ، می توانیم گامی در جهت داشتن محیطی بهتر برداریم تا ما و سایر حیوانات روی زمین تحت برنامه طبیعی خود قرار نگیریم تا همه ما شاد و سالم زندگی کنیم!

مرحله 14: تقدیر و تشکر

بسیار متشکرم که دستورالعمل ما را مطالعه کردید!:) این پروژه بدون گروه های زیر امکان پذیر نبود ، بنابراین در اینجا افرادی که می خواهیم از آنها تشکر کنیم وجود دارد:

• عیسی گارسیا (مربی ما در برنامه Adler ASW) برای آموزش نحوه استفاده از این سنسورها و کمک به ما برای عیب یابی!
• کن ، گزا ، کریس ، کلی و بقیه تیم برنامه های نوجوان آدلر که در این پروژه به ما کمک کردند
• سخنرانان مهمان LaShelle Spencer ، Carlos Roa و Li-Wei Hung برای سخنرانی های جذاب که به ما انگیزه داد تا در پروژه هایمان خلاق باشیم
• مدارهای ضربه محکم و ناگهانی برای ارسال یک کیت بسیار جالب که به ما کمک کرد در مورد مدارات بیشتر بدانیم و در پروژه نهایی خود به ما کمک کند
• اهداکنندگان آدلر برای مشاهده آخرین ارائه ما و ارائه بازخورد به ما:)

همچنین ، در بالا یک فایل فشرده با تمام نمودارها ، مدل ها ، کتابخانه ها و کدی است که ما برای تهیه این راه حل آلودگی نوری استفاده کردیم. اگر می خواهید این را در خانه تهیه کنید ، توصیه می کنیم این را بارگیری کنید!

کل مخزن ما را برای این راه حل آلودگی نور اینجا بارگیری کنید!