Auringon säteilylaite (SID): Arduino -pohjainen aurinkosensori: 9 vaihetta

2024 Kirjoittaja: John Day | [email protected]. Viimeksi muokattu: 2024-01-30 09:02

Solar Irradiance Device (SID) mittaa auringon kirkkautta ja on suunniteltu käytettäväksi luokkahuoneessa. Ne on rakennettu Arduinoja käyttäen, joten niitä voivat luoda kaikki alakoululaisista aikuisiin. Tämän ohjeen ovat tuottaneet 2017-2018 opettajat ASU: n QESST-ohjelmassa.

Vaihe 1: Kerää tarvikkeita

SIDCost -analyysi

1. Arduino (nano käytettiin tässä projektissa) $ 19.99/5 = $ 4.00

2. Leipälauta 3,99/6 = 0,66 dollaria

3. 4,7 K ohmin vastus 6,50 dollaria/100 = 0,07 dollaria

4. 2,2 ohmin vastus 4/100 dollaria = 0,04 dollaria

5. 1 kaksipäinen RCA-kaapeli 6/3 = 2,00 dollaria

6. Lämpötila -anturi 19,99 dollaria/10 = 2,00 dollaria

7. Aurinkosensori 1,40 dollaria/1 = 1,40 dollaria

8. Neljä (4) hyppykaapelia 6,99 dollaria/130 = 0,22 dollaria (ei saatavilla tällä hetkellä, mutta muita vaihtoehtoja on saatavilla)

9. Juotosrauta ja juote

10. Lankaleikkurit

Yhteensä 6,39 dollaria

Jotta voit luoda oman laatikon (3D -tulostuksen sijaan), tarvitset myös:

1. Musta laatikko $ 9.08/10 = $ 0.91

2. Kaksi (2) RCA -naarasliitintä 8,99 dollaria/30 = 0,30 dollaria

3. Pora, koko 6 bittiä ja askelpora

Yhteensä 1,21 dollaria

Kumulatiivinen yhteensä 7,60 dollaria

Vaihe 2: Kotelon rakentaminen

Koska K-12-opiskelijoiden odotetaan käyttävän näitä antureita, on hyödyllistä, että kaikki johdot on suljettu laatikkoon. Laatikon toisella puolella on suurempi reikä tietokoneen syöttämistä varten ja toisessa kaksi reikää RCA -naarasliitäntöjä varten. Poraa RCA -sisääntulojen reiät koon 6 poranterällä ja poraa reikä tietokoneen syöttöä varten. Leipälauta ja Arduino on kytkettävä mukavasti verkkovirtaan, joten olisi luultavasti viisasta mitata, missä reiät on oltava, ennen kuin porat ne. Kun tämä on tehty, voit ruuvata RCA -tulot sisään. Jos et sisällytä lämpötila -anturia tähän projektiin, tarvitset vain yhden RCA -tulon ja voit porata sen mukaisesti.

Arduino on painettava leipälautaan, kuten kuvassa. Tässä projektissa käytettävillä leipälevyillä on tahmea pohja, joten laatikon poraamisen jälkeen voi olla hyödyllistä kiinnittää leipälaatikko laatikkoon organisaation helpottamiseksi.

Jos sinulla on 3D -tulostin, voit vaihtoehtoisesti tulostaa SID -laatikon.

Vaihe 3: Liitä johdot RCA -tuloihin

Liitä kaksi hyppyjohtoa kuhunkin RCA -tuloon. Vaikka nämä johdot voitaisiin juottaa tuloihin, on nopeampaa ja helpompaa yksinkertaisesti puristaa johto tulon ympärille. Varmista, että paljastamattomat johdot eivät kosketa toisiaan, tai piirisi voi oikosulkea. Tässä tapauksessa keltainen ja sininen johto on kytketty maahan, kun taas punainen ja vihreä johto on kytketty johtimiin. Nämä värit eivät ole välttämättömiä laitteen rakentamiseen, mutta helpottavat sen näkemistä, miten johdot on kytketty Arduinoon.

Vaihe 4: Valmistele RCA -kaapeli

Leikkaa kaksipuolinen (uros-uros) RCA-kaapeli puoliksi ja irrota noin tuuman verran kaapelin kummaltakin puolelta. Kierrä johtimena toimivat ulkojohdot yhteen ja irrota ja kierrä sitten yhteen sisäjohdot, jotka ovat maata (näissä kuvissa maadoitusjohtoja ympäröi aluksi valkoinen lanka, vaikka pinnoitteen väri riippuu usein RCA -kaapeli). Tee tämä molemmille johtimille. Nämä yhdistävät RCA -tulosi aurinko- ja lämpötila -antureihisi.

Vaihe 5: Rakenna aurinkosensori

Tässä prosessissa käytetyt paneelit ovat edullisia, mutta niissä on usein johtoja, jotka putoavat helposti. On hyvä idea kiinnittää johdot sähköteipillä tämän ongelman korjaamiseksi.

Irrota tuuman johto aurinkopaneelin johdoista, jotka ovat tässä tapauksessa keltaisia (positiivisia) ja ruskeita (negatiivisia). Kierrä yhteen 2,2 ohmin vastuksen pää, RCA -kaapelin johto ja paneelin positiivinen pää (tässä keltainen). Kierrä aurinkopaneelin negatiivinen pää (tässä ruskeana), RCA -kaapelin maa (tässä valkoisena) ja vastus. Huomaa, että vastus on tässä rinnakkain.

Juotos paneelin ja RCA -kaapelin johdot yhteen. Laite ei toimi oikein, jos johto ja maadoitusjohdot risteytyvät, joten käytä sähköteippiä tai lämpökutistusta johtojen sulkemiseen.

Vaihe 6: Johdot aurinkosensorisi

Tässä mallissa aurinkosensori on kytketty oikeaan RCA -naarasliitäntään, jossa on vihreä (lyijy) ja sininen (maa) kaapeli. Vaikka voit käyttää jompaakumpaa RCA -tuloa, tämä estää sinua joutumasta johtoja Arduinon vastakkaiselle puolelle.

Liitä johdinkaapeli (tässä vihreä) Arduino A5 -tappiin. Liitä maadoitusjohto (täällä sinisenä) analogiseen puoleen (GND) olevaan maadoitusnastaan (kaikki Arduinon tämän puolen nastat alkavat A: lla).

Jos lopetat tämän projektin ja aurinkoanturi lukee 0 volttia, kokeile vaihtaa maa- ja johtojohdot. Jos anturi on juotettu väärin, ne on ehkä vaihdettava.

Vaikka näissä kuvissa on vastus, sinun ei tarvitse sisällyttää vastusta, jos et halua sisällyttää lämpötila -anturia.

Vaihe 7: Rakenna lämpötila -anturi

Koska aurinkokennojen jännitelähtö vaihtelee suuresti lämmön vaikutuksesta, lämpötila -anturi auttaa määrittämään, kuinka hyvin aurinkosensori voi toimia. Voit kuitenkin rakentaa tämän laitteen ilman lämpötila -anturia, ja se toimii edelleen melko hyvin aurinkosensorina.

Valinnaiset lämpömittarin ohjeet:

Kuori tuuman lanka kullekin lämpötilamittarista tulevalle kolmelle johdolle. Kierrä keltainen ja punainen johto yhteen. Kierrä mustat johdot (maadoitettu) erikseen. Kierrä toisella RCA -kaapelilla lämpöanturin mustat (maadoitus) johdot yhdessä valkoisten (maadoitus) johtojen kanssa RCA -kaapelista. Juotos yhteen ja kääri sähköteipillä tai kutistemuovilla. Kierrä punaiset ja keltaiset (lyijy) johtimet lämpötilamittapäästä RCA -kaapelin johtoihin. Juottaa ja kääriä sähköteipillä tai kutistella.

Vaihe 8: Johda lämpötila -anturi

Valinnaiset lämpömittarin ohjeet:

Tässä mallissa lämpötila -anturi on vasemmassa RCA -tulossa, jossa on punainen (johto) ja keltainen (maa) johto.

Taivuta sivut ja liitä 4,7 k ohmin vastus 5 V: n tapista leipälevyn D2 -nastaan (näet näiden tarrat Arduinolla, mutta kytket vastuksen itse leipälevyyn).

Liitä maadoituskaapeli (keltainen) maadoitusnastaan (gnd) D2: n vieressä.

Liitä D2 -nastan toisessa sarakkeessa oleva johto (tässä punaisena). Tämä asetus sallii virran kulkea vastuksen yli ennen kuin Arduino lukee sen.

Vaihe 9: Ohjelmoi Arduino

Tätä koodia käytetään tässä projektissa. Se antaa jännitteen voltteina ja lämpötilan celsiusasteina sarjamonitorin avulla. Jos tämä koodi ei toimi heti, kokeile kytkeä aurinkoanturin johto ja maa.

Sinun on ladattava Dallas Temperature (https://github.com/milesburton/Arduino-Temperature-Control-Library) ja One Wire (https://github.com/PaulStoffregen/OneWire) kirjasto ja sisällytettävä ne arduino -ohjelmasi.

const int sunPin = A5; // liitin käytettäväksi Arduino -kortilla

float sunValue = 0; // ilmoittaa muuttujan

float avgMeasure (int pin, float scale, int num) {analogRead (pin); // hylkää ensimmäisen arvon viive (2); float x = 0; for (int count = 0; count <numero; count ++) {x = x+analogRead (pin); // viive (5); } x = x / numero; paluu (x * asteikko); }

#include #include // Tietojohto on kytketty Arduino -nastaan 2 #define ONE_WIRE_BUS 2 // Määritä oneWire -ilmentymä kommunikoimaan minkä tahansa OneWire -laitteen kanssa // (ei vain Maxim/Dallas -lämpötilan IC) OneWire oneWire (ONE_WIRE_BUS); // Välitä oneWire -viittauksemme Dallasin lämpötilaan. DallasLämpötila -anturit (& oneWire); void setup () {analogReference (INTERNAL); // käytä 1,1 V: n viitettä Serial.begin (115200); // kommunikoida 115200. Nopeampi kuin standardi 9600 Serial.print ("Jännite"); // Jännitteen nimi Serial.print (""); // spacer Serial.print ("Lämpötila"); // Lämpötila -anturin nimi

// Käynnistä kirjaston anturit.begin ();}

void loop () {sunValue = avgMeasure (sunPin, 1,0, 100); // kutsua aliohjelma tekemään 100 mittausta keskimääräinen sunValue = sunValue * 1.07422; // Muuntaa Arduinon laskurit jännitteeksi, koska niitä on 1024 ja 1,1 V. sensors.requestTemperatures (); // Lähetä komento lämpötilojen saamiseksi Serial.println (""); // aloita uusi rivi Serial.print (sunValue); // antaa jännitteen Serial.print (""); // spacer Serial.print (sensors.getTempCByIndex (0)); // antaa lämpötilan viiveen (1000); // lukee tiedot kerran sekunnissa.

}