DIY saules izsekotājs: 27 soļi (ar attēliem)

2025 Autors: John Day | [email protected]. Pēdējoreiz modificēts: 2025-01-23 14:59

Ievads

Mūsu mērķis ir iepazīstināt mazos studentus ar inženierzinātnēm un iemācīt viņiem par saules enerģiju; liekot viņiem izveidot Helios kā daļu no savas mācību programmas. Inženierzinātnēs tiek mēģināts novirzīt enerģijas ražošanu no fosilā kurināmā izmantošanas uz zaļākām alternatīvām. Viena no videi draudzīgākas enerģijas iespējām ir izmantot ierīci, ko sauc par heliostatu, kas izmanto spoguli, lai visas dienas garumā novirzītu saules gaismu uz mērķi. Šādu ierīci var izmantot daudzos pielietojumos, sākot no saules enerģijas koncentrēšanas spēkstacijas siltuma rezervuārā un beidzot ar apgaismotām vietām, kas ir bloķētas no saules.

Papildus šīs tehnoloģijas pielietojumu skaitam ir arī daudzveidīgs struktūru klāsts, kas ir izstrādāts, lai nodrošinātu saules izsekošanu. Helios dizaina fiziskā struktūra, tāpat kā citi heliostatu modeļi, darbojas, lai uzstādītu spoguli uz divām kontrolējamām asīm. Mehānisms izsekos saulei, izmantojot programmu, lai aprēķinātu zvaigznes atrašanās vietu debesīs dienā, pamatojoties uz Helios globālo stāvokli. Programmas palaišanai un divu servomotoru vadīšanai tiks izmantots Arduino mikrokontrolleris.

Dizaina apsvērumi

Lai nodrošinātu šī projekta plašu izkliedi, ievērojamas pūles tika veltītas Helios projektēšanai, kas tiks būvēti ar kopīgiem instrumentiem un lētiem materiāliem. Pirmā dizaina izvēle bija gandrīz pilnībā izgatavot virsbūvi no putu serdes, kas ir stingra, pieņemama cena, viegli iegūstama un viegli sagriežama. Turklāt, lai nodrošinātu maksimālu izturību un stingrību, tika izstrādāts korpuss tā, lai visas putu daļas būtu vai nu sasprindzinātas, vai saspiestas. Tas tika darīts, lai izmantotu putu serdes izturību sasprindzinājumā un saspiešanā, un tāpēc, ka izmantotā līme ir efektīvāka slodzes noturēšanai, nevis liekšanai. Turklāt vārpsta, kas piestiprināta pie spoguļa, tiek darbināta caur zobsiksnu, kas pieļauj nelielu izlīdzināšanas kļūdu starp motoru un spoguli, servomotori ir precīzi 1 grādu robežās, un platforma darbojas ar atvērtā pirmkoda Arduino platforma. Šīs dizaina izvēles kopā ar dažiem citiem apsvērumiem padara prezentēto dizainu par izturīgu un pieejamu mācību līdzekli.

Mūsu atvērtā koda solījums

Helios mērķis ir veicināt inženierzinātņu izglītību. Tā kā tas ir mūsu galvenais mērķis, mūsu darbs ir licencēts saskaņā ar GNU FDL licenci. Lietotājiem ir visas tiesības reproducēt un uzlabot mūsu paveikto, ja vien viņi turpina to darīt saskaņā ar to pašu licenci. Mēs ceram, ka lietotāji uzlabos dizainu un turpinās attīstīt Helios par efektīvāku mācību līdzekli.

Epilog Challenge VIAn Epilog Zing 16 Laser ļautu man pabeigt augstākas kvalitātes projektus un palielināt ar tiem saistītās ietekmes apjomu. Veidot interesantas liela mēroga lietas un efektīvāk darboties kopumā. Epliog lāzers arī ļautu man veidot interesantākas lietas un uzrakstīt interesantākus norādījumus, piemēram, šo par atjaunoto kajaku. Mans nākamais mērķis ir izveidot kajaku no saplākšņa sagriezta saplākšņa, kas ir pastiprināts ar oglekļa šķiedru vai stikla šķiedru, kā arī no kartona sērfošanas dēļa, kas ietīts strukturālajā šķiedrā.

Šo pamācību esmu ierakstījis arī konkursos Tech un Teach It. Ja jums patika šis ieraksts, lūdzu, balsojiet!

1. darbība: satura rādītājs

Satura rādītājs:

• Ievads: DIY saules izsekotājs
• Satura rādītājs
• Instrumenti un materiālu saraksts
• 1-16. Solis Aparatūras montāža
• 17.-22. solis Elektronikas montāža
• Pirkšanas saites
• Darbi citēti
• Paldies par atbalstu!!!

2. darbība: rīki un materiālu saraksts

Visus šos rīkus var iegādāties vietējos veikalos vai atsauces sadaļā esošajās saitēs. Šo materiālu kopējās izmaksas ir aptuveni 80 ASV dolāri, ja tie visi tiek iegādāti tiešsaistē, izmantojot norādītās saites.

BOM

• Spēka urbis
• Urbji (.1258”,.18” un.5”diametrs)
• Skrūvgriežu komplekts
• Taisna mala
• Kastes griezējs
• Lielas skrūves
• 2 putu kodola loksnes (20”X 30”, ~ 0,2 collas biezas)
• 9.5”garš ar 1/2” diametra stieni
• Kvadrātveida uzgrieznis (7/16”-14 vītnes izmērs, 3/8” biezs)
• Vigor VS-2A servo (39,2 g/5 kg/0,17 sek)
• Lente
• Zobsiksnas skriemeļi (2), 1”OD
• Mazgātāji
• Krazy līme
• Zobsiksna 10"
• Veidnes (pievienoti faili)
• Spoguļota akrila loksne (6”X 6”)
• Krazy līmes želeja
• 8 mašīnas skrūves (4-40, 25 mm garas)
• 8 rieksti (4-40)
• 1,5 "gari nagi
• Arduino Uno sākuma komplekts
• Reālā laika pulksteņa modulis
• Sienas adaptera barošanas avots (5VDC 1A)
• 9V akumulators
• 3,3 KOhm rezistors (2)

3. darbība:

Izdrukājiet veidnes pievienotajā failā.

Piezīme: tie ir jāizdrukā pilnā mērogā. Salīdziniet izdrukas ar PDF failiem, lai pārliecinātos, ka printeris nav mainījis mērogu.

4. solis:

Piestipriniet veidnes pie plakātu tāfeles, kā parādīts 1. attēlā, un, izmantojot centra līnijas kā vadotnes, urbiet 0,18 collu un.5 collu caurumus.

Piezīme. Lai palielinātu precizitāti, vispirms urbiet 0,5 collu caurumus ar 0,18 collu urbi.

5. darbība:

Ar asu kastes griezēju izgrieziet atsevišķas sastāvdaļas.

Piezīme: Izgrieziet putu serdi ar vairākām kastes griezēja pārejām, tādējādi iegūstot daudz tīrāku griezumu. Nemēģiniet izgriezt visu lapu vienā piegājienā.

6. darbība

Izmantojot superlīmi, salīmējiet atbilstošos izgriezumus kopā, kā parādīts 2. attēlā. Jums vajadzētu būt iespējai skatīties caur izgriezumiem un redzēt, ka visi caurumi ir izlīdzināti, 1. un 2. daļas pamatnei jābūt līdzenai un vienai veidnei uz 3. daļas jābūt vērstai uz āru.

Piezīme: Pēc līmes uzklāšanas uz vienas virsmas savienojiet detaļas un nospiediet tās kopā 30 sekundes. Pēc tam ļaujiet līmei sacietēt piecas minūtes.

7. darbība:

Izmantojot superlīmes želeju, pielīmējiet 1., 2. un 3. detaļu kopā, kā parādīts 3. attēlā. ka veidne uz pamatnes ir vērsta uz leju/ārpusi. Ļaujiet līmei sacietēt piecas minūtes. Pēc līmes sacietēšanas ievietojiet 3 naglas caur pamatni un katrā statnē, lai iegūtu papildu atbalstu.

8. darbība

Izgrieziet abu šķērssiju augšējo slāni un ievietojiet tos Helios, kā parādīts 4. attēlā. Uzklājiet superlīmes želeju savienojumiem starp šķērssijām un Helios sienām un virsmu, kas ir kopīga starp abām šķērssijām, kā norādīts zils. Ļaujiet līmei sacietēt piecas minūtes.

9. darbība

Novietojiet lentes gabalu gar griezumiem, kā parādīts 5. attēlā.

10. darbība:

Pārlīmējiet starpliku pie pamatnes, izlīdzinot to ar veidni, kā parādīts 6. attēlā, un ļaujiet līmei sacietēt piecas minūtes.

11. darbība:

Centrējiet lielāko servo ragu uz apakšējās pamatnes un nostipriniet to ar superlīmi, kā parādīts 7. attēlā. Ļaujiet līmei sacietēt piecas minūtes.

12. solis:

Izurbiet vienu no zobsiksnas skriemeļiem līdz 5 collu diametra caurumam, izmantojot 0,5 collu urbi, un pārbaudiet, vai tas iederas pie 0,5 collu diametra vārpstas. Tam vajadzētu vai nu nospiest, vai arī tam jābūt pietiekami mazai spraugai, lai to aizpildītu ar superlīmi. Ja urbtais caurums ir pārāk mazs, ar rokām slīpējiet vārpstas ārējo diametru.

13. darbība

Uzmanīgi izgrieziet divus kvadrātveida uzgriežņus līdz 5 collu diametra caurumiem un pārbaudiet, vai tie cieši pieguļ pie vārpstas.

Piezīme. Piestipriniet uzgriezni pie upurēšanas virsmas, izmantojot pāris skrūvju rokturus, un pakāpeniski palieliniet cauruma diametru ar vairākiem uzgaļiem, līdz tiek atstāts caurums.5”diametrā. Neaizmirstiet lēnām urbt urbi uzgriežņā.

14. darbība:

Piestipriniet servo ragu pie zobsiksnas skriemeļa, kā parādīts šeit, uzmanīgi centrējot servo raga asi uz skriemeļa ass, kā parādīts 8. attēlā.

15. darbība:

Salieciet vārpstu un servo bez līmes un izlīdziniet abus zobsiksnas skriemeļus, kā parādīts 9. attēlā.

Piezīme: ieskrūvējiet servo statņos, uzmanoties, lai nespiestu skrūves caur putu serdi, un ieskrūvējiet servo ragu servo. Skrūvju vietā varat izmantot superlīmi, taču jūs nevarēsit viegli izjaukt ierīci.

16. darbība:

Kad vārpstas skriemelis ir izlīdzināts ar servo skriemeli, pabīdiet paplāksņu iekšējo komplektu pret katru sienu un pielīmējiet tās pie vārpstas, izmantojot superlīmes želeju. Tie neļaus vārpstai izslīdēt no līdzinājuma. Tāpat pielīmējiet skriemeli pie vārpstas, izmantojot superlīmi. Ļaujiet līmei sacietēt piecas minūtes.

17. darbība:

Saīsiniet zobsiksnu līdz vajadzīgajam garumam, apmēram 7,2 collas, un izmantojiet superlīmes želeju, lai izveidotu cilpu, kas savieno vārpstas skriemeli ar servopiedziņas skriemeli, kā redzams 10. attēlā. Vispirms aptiniet jostu ap abiem skriemeļiem un izņemiet ļengans. Tagad nogrieziet jostu tūlīt pēc zobiem abos galos, lai jostas gali tikko sasniegtu viens otru. Tagad nogrieziet aptuveni 0,5 collu jostu no tikko noņemtā gabala. Visbeidzot salieciet abus galus kopā un pielīmējiet ar šo papildu jostas garumu, 2. attēls. Kad līme izžūst, novietojiet jostu ap skriemeļiem. Tam vajadzētu būt tik cieši pieguļošam, ka, lai piestiprinātu jostu, jums būs jāatvieno skriemelis no servo. Ja tas atbilst, novietojiet to uz sāniem vēlāk.

18. darbība:

Līmējiet spoguļa veidni spoguļa aizmugurē vai ar roku uzzīmējiet centra līniju. Pēc tam, izmantojot līniju kā vadlīniju, pielīmējiet kvadrātveida uzgriežņus uz spoguļa ar superlīmes želeju. Pārliecinieties, ka spogulis spēj pagriezties par 180 grādiem, lai tas būtu vērsts uz augšu, lai tas būtu vērsts taisni uz leju, neko neiejaucoties, un pēc tam pielīmējiet kvadrātveida uzgriežņus pie vārpstas ar superlīmes želeju.

Piezīme. Kvadrātveida paplāksņu apakšējai malai jābūt izlīdzinātai ar veidnes punktēto līniju.

19. darbība:

Uzstādiet pēdējo servo, nostipriniet apakšējo pamatni pie gala servo ar skrūvi caur servo ragu un novietojiet zobsiksnu uz skriemeļiem, lai pabeigtu Helios.

Piezīme. Kad esat sapratis, kā darbojas elektronika un programmatūra, lasot tālāk, varat pielāgot savu Helios, lai palielinātu tā precizitāti.

20. darbība:

Pievienojiet servoservisus, kā parādīts attēlā, atstājot strāvu atvienotu no līdzstrāvas ligzdas. (12. attēls)

Piezīme. Pievienojiet 9 voltu akumulatoru tieši pie Arduino, izmantojot ligzdu uz tāfeles, un savienojiet Arduino ar datoru, izmantojot tā USB portu. NEPIEVIENOJIET 9 voltu akumulatoru prototipu veidošanas plāksnei, jo tas var sabojāt reālā laika pulksteni.

21. darbība:

Lejupielādējiet un instalējiet Arduino versiju 1.0.2 no šejienes.

Piezīme. Šī lejupielāde ietver Helios vadības kodu un visas bibliotēkas, kas jums būs nepieciešamas tā palaišanai. Lai instalētu, lejupielādējiet mapi un izpakojiet to. Arduino programma darbojas tieši no direktorijas, nav nepieciešama oficiāla instalēšana. Lai iegūtu vispārīgus instalēšanas norādījumus un norādījumus par Arduino draiveru instalēšanu, dodieties šeit.

22. darbība:

Palaidiet Blink Arduino skici, pamatojoties uz šeit sniegtajiem norādījumiem. Tiklīdz šī īsā skice tiks sākta, varat būt pārliecināti, ka esat pareizi pievienojis Arduino datoram.

23. darbība:

Atveriet vadības programmu (ArduinoCode> Helios_2013), lai iestatītu Heliostat laiku un atrašanās vietu un augšupielādētu programmu Arduino.

1) Izvēlieties, vai vēlaties, lai Helios darbotos kā saules panelis un izsekotu saulei (iestatiet mainīgo heliostatu = 0) vai heliostatam (iestatiet mainīgo heliostatu = 1)

a. Piezīme. Mēs iesakām vispirms izmēģināt to kā saules paneli, lai pārliecinātos, ka tas pārvietojas tā, kā jūs gaidāt. Ja šķiet, ka viena no asīm ir izslēgta, iespējams, esat ievietojis vienu no serviem atpakaļ.

2) Viegli pagrieziet Helios līdz galam pulksteņrādītāja virzienā. Pēc tam norādiet visu mašīnu uz austrumiem.

3) Ievadiet savas atrašanās vietas koordinātas.

a. Google atrodiet atrašanās vietas koordinātas, meklējot adresi. Pēc tam ar peles labo pogu noklikšķiniet uz atrašanās vietas un atlasiet “Kas šeit ir?”. Meklēšanas lodziņā parādīsies koordinātas ar platumu un garumu.

b. Programmā nomainiet platuma un garuma noklusējuma vērtības uz Helios platuma un garuma vērtībām.

4) Ja izvēlaties izmantot Helios kā saules paneli, izlaidiet šo darbību. Ja izvēlaties izmantot Helios kā heliostatu, ievadiet Helios mērķa augstumu un azimuta leņķi. Koordinātu sistēma ir definēta 15. attēlā.

5) Lai iestatītu reālā laika pulksteni, nosakiet pašreizējo laiku UTC un aizstājiet atbilstošos mainīgos ar šīm vērtībām militārajā laikā. Pēc tam izdzēsiet “//”, kur norādīts, augšupielādējiet skici un nomainiet “//” (piem., 18:30 pēc EST ir 22:30 pēc UTC. Programmā tas izskatītos kā stunda = 22, minūte = 30 un otrais = 0)

a. Kad pulkstenis ir iestatīts, atvienojiet servoslēdzi un palaidiet kodu “saules paneļa” režīmā (heliostats = 0). Pārbaudiet saules izsekotāja aprēķinātos leņķus, izmantojot kaut ko līdzīgu saules stāvokļa kalkulatoram vietnē sunearthtools.com (https://www.sunearthtools.com/dp/tools/pos_sun.php). “DAzimuth” ir saules azimuta leņķis, kā to paredzēja Helios, un “dElevation” ir saules pacēluma /augstuma leņķis. Gan Helios, gan vietnes prognozēm vajadzētu piekrist aptuveni piecu grādu robežās. Jebkura neatbilstība šajā diapazonā notiek pēc dažām minūtēm, kad augšupielādes laiks ir izslēgts, un tas izraisītu nemanāmas izmaiņas Helios uzvedībā.

b. Kad Helios prognoze par saules atrašanās vietu ir precīza, nomainiet “//”, lai komentētu kodu, kas nosaka pulksteni. Reālā laika pulkstenis ir jāiestata tikai vienu reizi, tāpēc tas nebūs jāatjaunina, augšupielādējot jaunas skices vai mainot mērķus.

6) Noņemiet USB un barošanu no Arduino un atkal pievienojiet servomotorus.

24. darbība:

Ja Helios bija samontēts pareizi, tam vajadzētu būt vērstam uz jūsu norādīto mērķi un turēt saules atstarojumu tur nekustīgu, kad Arduino atkal tiek pievadīta strāva. Helios labos saules atspulgu katrā pakāpē. Tas nozīmē, ka saules reorganizācija mainīsies, līdz saule būs pakustējusies par vienu grādu, un šajā brīdī Helios pārvietosies, lai labotu atspulgu. Kad esat sapratis, kā programma darbojas, iespējams, vēlēsities spēlēties ar mainīgajiem lielumiem “offset_Elv” (augstums) un “offset_Az” (Azimuts), lai kompensētu visas montāžas kļūdas. Šie mainīgie kontrolē Helios koordinātu sistēmas orientāciju.

25. solis: saišu iegāde

Foamcore: https://www.amazon.com/Elmers-Acid-Free-Boards-16-Inch-902015/dp/B003NS4HQY/ref=sr_1_4?s=office-products&ie=UTF8&qid=1340998492&sr=1-4&keywords=20x30+ putas+kodols

Stienis: https://www.mcmaster.com/#cast-acrylic/=i6zw7m (daļas numurs: 8528K32)

Kastes griezējs:

Servo:

Lente: https://www.amazon.com/Henkel-00-20843-4-Inch---500-Inch-Invisible/dp/B000NHZ3IY/ref=sr_1_1?s=hi&ie=UTF8&qid=1340619520&sr=1-1&keywords= neredzams+lente

Veidnes: izdrukājiet lapas šī dokumenta beigās. Papīru var iegādāties tiešsaistē:

Kvadrātveida uzgrieznis: https://www.mcmaster.com/#machine-screw-square-nuts/=hflvij (daļas numurs: 98694A125)

Super līme:

Super līmes želeja: https://www.amazon.com/Krazy-Glue-KG86648R-Instant-0-07-Ounce/dp/B000H5SFNW/ref=sr_1_4?ie=UTF8&qid=1340863003&sr=8-4&keywords=all+purpose+ instant+krazy+līme

Taisna mala:

Jaudas urbis:

Skrūves: https://www.mcmaster.com/#machine-screw-fasteners/=mumsm1 (detaļas numurs: 90272A115)

Rieksti: https://www.mcmaster.com/#hex-nuts/=mums50 (daļas numurs: 90480A005)

Spogulis: https://www.mcmaster.com/#catalog/118/3571/=i705h8 (daļas numurs: 1518T18)

Skrūvgriežu komplekts:

2 zobsiksnas skriemeļi: https://sdp-si.com/eStore/Direct.asp?GroupID=218 (detaļas numurs: A 6M16-040DF25)

Zobsiksna: https://www.mcmaster.com/#timing-belts/=i723l2 (daļas numurs: 7887K82)

Urbji:

Mazgātāji: https://www.mcmaster.com/#catalog/118/3226/=hzc366 (detaļas numurs: 95630A246)

Lielas skrūves:

Nagi: https://www.mcmaster.com/#standard-nails/=i708x6 (daļas numurs: 97850A228)

Arduino komplekts:

Reālā laika pulksteņa modulis:

Barošanas avots:

Akumulators:

Rezistori:

26. darbība: citētie darbi

4 fotogrāfijas. (2112, 07 07). 3D kompasa navigācija. Iegūts 2013. gada 6. jūnijā no 4photos:

Commons, C. (2010, 1. janvāris). Reālā laika pulksteņa modulis. Iegūts 2013. gada 28. maijā no Sparkfun:

Commons, C. (2011, 1. janvāris). DC Barrel Jack adapteris - savietojams ar maizes dēli. Iegūts 2013. gada 28. maijā no Sparkfun:

Commons, C. (2013, 16. maijs). Ethernet bibliotēka. Iegūts 2013. gada 28. maijā no Arduino:

ElmarM. (2013. gads, 24. marts). Haunted Doll. Iegūts 2013. gada 28. maijā no pamācībām: https://www.instructables.com/id/Now-the-fun-part-create-a-creepy-story-to-go-wit/step17/Arduino-and-Breadboard -uzstādīt/

Skatiens, M. (n.d.). STEPss. Iegūts 2013. gada 28. maijā vietnē kennyviper:

sonlineshop. (2012. gads, 1. janvāris). Rezistors 2,2K omi. Iegūts 2013. gada 28. maijā no vietnes

27. darbība: paldies par atbalstu !

Mēs vēlētos pateikties milzīgam paldies Aleksandram Mitsosam, mūsu atbalstošajam padomdevējam, un visiem cilvēkiem, kas mūs atbalstīja visa šī projekta laikā:

• Vitnija Merivetera
• Bendžamins Bangsbergs
• Valters Braiens
• Radha Krišna Gorle
• Metjū Millers
• Ketrīna Vilkinsa
• Garratt Gallagher
• Reičela Notellinga
• Rendals Hīts
• Pols Kurpnieks
• Brūss Boks
• Roberts Deivijs
• Niks Bolito
• Niks Bergerons
• Pols angļu valoda
• Aleksandrs Mitsos
• Mets C.
• Viljams Braiss
• Nilton Lessa
• Emersons Gudvuds
• Joss Džons
• Kārlis Vīrieši
• Ņina
• Maikls un Liza
• Valters Likteigs
• Endrjū Heins
• Bagātā Ramslande
• Braiens Millers
• Netia McCray
• Roberto Melendez

Otrā vieta tehnikas konkursā

Otrā vieta Epilog Challenge VI