DIY Solar Tracker: 27 vaihetta (kuvilla)

2024 Kirjoittaja: John Day | [email protected]. Viimeksi muokattu: 2024-01-30 09:00

Johdanto

Tavoitteenamme on esitellä nuorille opiskelijoille tekniikka ja opettaa heille aurinkoenergiaa. antamalla heidän rakentaa Helios osana opetussuunnitelmaansa. Suunnittelussa pyritään siirtämään energiantuotanto pois fossiilisten polttoaineiden käytöstä ja kohti ekologisempia vaihtoehtoja. Yksi vaihtoehto vihreämmälle energialle on käyttää heliostaatiksi kutsuttua laitetta, joka ohjaa peilin avulla auringon valoa kohteeseen koko päivän. Tällaista laitetta voidaan käyttää monissa sovelluksissa, aurinkoenergian keskittämisestä voimalaitoksen lämmönvaraajaan ja auringonvalolta suojattujen alueiden valaisemiseen.

Tämän tekniikan käyttötarkoitusten lisäksi on myös monia erilaisia rakenteita, jotka on suunniteltu mahdollistamaan auringon seuranta. Heliosin suunnittelun fyysinen rakenne, kuten muutkin heliostaatit, toimii peilin asentamiseksi kahteen ohjattavaan akseliin. Mekanismi seuraa aurinkoa käyttämällä ohjelmaa, joka laskee tähden sijainnin taivaalla päivän ajattuna Heliosin maailmanlaajuisen sijainnin perusteella. Arduinon mikro-ohjainta käytetään ohjelman suorittamiseen ja kahden servomoottorin ohjaamiseen.

Suunnittelussa huomioonotettavia seikkoja

Tämän hankkeen laajalle levinneisyyden varmistamiseksi käytettiin huomattavia ponnistuksia Heliosin suunnittelussa, joka rakennettaisiin tavallisilla työkaluilla ja halvoilla materiaaleilla. Ensimmäinen suunnitteluvaihtoehto oli rakentaa runko lähes kokonaan vaahtomuovista, joka on jäykkä, edullinen, helppo hankkia ja helppo leikata. Lisäksi maksimaalisen lujuuden ja jäykkyyden takaamiseksi runko suunniteltiin siten, että kaikki vaahtomuoviosat ovat joko jännittyneitä tai puristuneita. Tämä tehtiin hyödyntämään vaahtomuovin lujuutta jännityksessä ja puristuksessa ja koska käytetty liima tukee tehokkaammin kuormitusta jännityksessä kuin taivutusta. Lisäksi peiliin kiinnitettyyn akseliin syötetään ajoitushihnaa, mikä mahdollistaa pienen kohdistusvirheen moottorin ja peilin välillä, servomoottorit ovat 1 asteen tarkkuudella ja alusta toimii avoimen lähdekoodin Arduinolla alustalle. Nämä suunnitteluvalinnat yhdessä muutamien muiden näkökohtien kanssa tekevät esitetystä mallista kestävän ja edullisen opetusvälineen.

Avoimen lähdekoodin lupauksemme

Heliosin tavoitteena on edistää insinöörikoulutusta. Koska tämä on pääpaino, työmme on lisensoitu GNU FDL -lisenssillä. Käyttäjillä on täysi oikeus kopioida ja parantaa tekemäämme toimintaa, kunhan he jatkavat samaan lisenssiin. Toivomme, että käyttäjät parantavat suunnittelua ja kehittävät Heliosta edelleen tehokkaamman oppimistyökalun.

Epilog Challenge VIAn Epilog Zing 16 Laser antaa minulle mahdollisuuden suorittaa laadukkaampia projekteja ja lisätä niihin kohdistuvaa vaikutusta. Rakentaa mielenkiintoisia laajamittaisia asioita ja tehdä töitä tehokkaammin yleensä. Epliog -laserin avulla voisin myös rakentaa mielenkiintoisempia asioita ja kirjoittaa hienoja ohjekirjoja, kuten tämän kunnostamastani kajakista. Seuraava tavoitteeni on rakentaa kajakki laserleikatusta vanerista, joka on vahvistettu hiilikuidulla tai lasikuidulla, sekä pahvilaudasta, joka on kääritty rakennekuituun.

Olen myös osallistunut tähän ohjeeseen Tech- ja Teach It -kilpailuissa. Jos pidit tästä postauksesta, äänestä!

Vaihe 1: Sisällysluettelo

Sisällysluettelo:

• Johdanto: DIY Solar Tracker
• Sisällysluettelo
• Työkalut ja materiaaliluettelo
• Vaihe 1-16 Laitteiston kokoaminen
• Vaihe 17-22 Elektroniikan kokoonpano
• Ostolinkit
• Viitatut teokset
• Kiitos tuestasi!!!

Vaihe 2: Työkalut ja materiaaliluettelo

Kaikkia näitä työkaluja voi ostaa paikallisista kaupoista tai viiteosion linkeistä. Näiden materiaalien kokonaiskustannukset ovat noin 80 dollaria, jos ne kaikki ostetaan verkossa annetuista linkeistä.

BOM

• Porakone
• Poranterät (.1258”,.18” ja.5”)
• Ruuvimeisselisarja
• Suora reuna
• Laatikon leikkuri
• Suuret vipukahvat
• 2 vaahtomuovilevyä (20 x 30 tuumaa, ~ 0,2 tuumaa paksu)
• Halkaisijaltaan 9,5 tuumaa pitkä ja 1/2 tuumaa
• Neliömutteri (7/16”-14 kierteen koko, 3/8” paksu)
• Vigor VS-2A Servo (39,2 g/5 kg/0,17 sekuntia)
• Nauha
• Hammashihnapyörät (2), 1”OD
• Aluslevyt
• Krazy -liima
• Jakohihna 10"
• Mallit (liitetiedostot)
• Peilattu akryylilevy (6”X 6”)
• Krazy -liimageeli
• 8 koneruuvia (4-40, 25 mm pitkä)
• 8 mutteria (4-40)
• 1,5 "pitkät kynnet
• Aloituspakkaus Arduino Unolle
• Reaaliaikainen kellomoduuli
• Seinäadapterin virtalähde (5VDC 1A)
• 9V akku
• 3,3 Kohmin vastus (2)

Vaihe 3:

Tulosta mallit liitteenä olevaan tiedostoon.

Huomautus: Nämä on tulostettava täysimittaisesti. Vertaa tulosteita PDF -tiedostoihin varmistaaksesi, että tulostimesi ei ole muuttanut mittakaavaa.

Vaihe 4:

Kiinnitä mallit julistelevylle kuvan 1 mukaisesti ja poraa 0,18 tuuman ja.5 tuuman reiät käyttämällä keskiviivoja ohjaimina.

Huomautus: Poraa.5 tuuman reiät ensin.18 tuuman poranterällä tarkkuuden lisäämiseksi.

Vaihe 5:

Leikkaa yksittäiset osat terävällä laatikkoleikkurilla.

Huomautus: Leikkaa vaahtosydän laatikkoleikkurin usealla kerralla, jolloin leikkaus on paljon puhtaampi. Älä yritä leikata koko arkkia yhdellä kertaa.

Vaihe 6:

Liimaa vastaavat leikkaukset yhteen kuvan 2 mukaisesti superliimalla. Sinun pitäisi pystyä katsomaan aukkojen läpi ja nähdä, että kaikki reiät ovat kohdakkain, osien 1 ja 2 pohjan tulee olla tasainen ja yhden mallin osassa 3 tulee olla ulospäin.

Huomautus: Liiman levittämisen jälkeen yhdelle pinnalle liitä osat ja paina niitä yhteen 30 sekunnin ajan. Anna liiman kovettua viiden minuutin ajan.

Vaihe 7:

Liimaa osat 1, 2 ja 3 yhteen liimausgeelin avulla, kuten kuvassa 3. Varmista, että osat on järjestetty niin, että halkaisijaltaan 0,5 mm: n reiät ovat lähimpänä pohjan osaa, joka on merkitty lyhyeksi. että pohjassa oleva malli osoittaa alas/ulos. Anna liiman kovettua viisi minuuttia. Kun liima on kovettunut, työnnä 3 naulaa alustan läpi ja jokaiseen tukipilariin lisätuen saamiseksi.

Vaihe 8:

Leikkaa molempien poikkipalkkien yläkerros läpi ja aseta ne Heliosiin kuvan 4 mukaisesti. Levitä superliimageeliä poikkipalkkien ja Helios -seinien välisiin saumoihin ja kahden poikkipalkin väliseen pintaan, kuten sininen. Anna liiman kovettua viisi minuuttia.

Vaihe 9:

Aseta pala teippiä leikkauksiin, kuten kuvassa 5.

Vaihe 10:

Liimaa välikappale pohjaan vuoraamalla se mallin kanssa kuvan 6 mukaisesti ja anna liiman kovettua viisi minuuttia.

Vaihe 11:

Keskitä suurin servosarvi pohjan pohjaan ja kiinnitä se superliimalla, kuten kuvassa 7. Anna liiman kovettua viisi minuuttia.

Vaihe 12:

Poraa yksi jakohihnapyöristä halkaisijaltaan.5 "reikään.5 tuuman poranterällä ja tarkista, että se sopii halkaisijaltaan.5" akselille. Sen pitäisi joko painaa tai siinä on oltava tarpeeksi pieni rako täytettäväksi superliimalla. Jos porattu reikä on liian pieni, hio akselin ulkohalkaisija käsin.

Vaihe 13:

Poraa varovasti kaksi neliömäistä mutteria halkaisijaltaan 0,5 tuuman reikiin ja tarkista, että ne sopivat tiukasti akselille.

Huomautus: Kiinnitä mutteri uhripinnalle parilla ruuvipuristimella ja lisää vähitellen reiän halkaisijaa useilla terillä, kunnes halkaisijaltaan 5,5 cm: n reikä on jäljellä. Muista upottaa poranterä mutteriin hitaasti.

Vaihe 14:

Kiinnitä servosarvi jakohihnapyörään tässä esitetyllä tavalla ja keskitä servosarven akseli hihnapyörän akseliin kuvan 8 mukaisesti.

Vaihe 15:

Kokoa akseli ja servo ilman liimaa ja kohdista kaksi hammashihnapyörää kuvan 9 mukaisesti.

Huomaa: Kierrä servo pystytukiin varoen, ettet työnnä ruuveja vaahtomuovisydämen läpi, ja kierrä servosarvi servoon. Voit käyttää superliimaa ruuvien sijaan, mutta et voi helposti purkaa laitetta.

Vaihe 16:

Kun akselin hihnapyörä on linjassa servopyörän kanssa, liu'uta aluslaattojen sisäosa jokaista seinää vasten ja liimaa ne akseliin superliimageelillä. Ne estävät akselia liukumasta kohdasta. Liimaa myös hihnapyörä akselille superliimalla. Anna liiman kovettua viisi minuuttia.

Vaihe 17:

Lyhennä jakohihna oikealle pituudelle, noin 7,2 tuumaa, ja tee superliimageelillä silmukka, joka yhdistää akselin hihnapyörän servopyörään, kuten kuvassa 10. Kääri ensin hihna molempien hihnapyörien ympärille ja irrota löysä. Leikkaa hihna heti molempien päiden hampaiden jälkeen, niin että hihnan päät vastaavat toisiaan. Leikkaa nyt noin 0,5 tuuman hihna juuri irrotetusta kappaleesta. Kokoa lopuksi molemmat päät yhteen ja liimaa ne tällä hihnan lisäpituudella, kuva 2. Kun liima on kuivunut, aseta hihna hihnapyörien ympärille. Sen tulisi olla niin tiukka, että joudut irrottamaan hihnapyörän servosta kiinnittääksesi hihnan. Jos se sopii, aseta se sivulle myöhempää käyttöä varten.

Vaihe 18:

Liimaa peilimalli peilin taakse tai piirrä keskiviiva käsin. Käytä sitten siimaa ohjaimena ja liimaa neliömäiset mutterit peiliin superliimageelillä. Varmista, että peili pystyy kääntymään 180 astetta suoraan ylöspäin suoraan alaspäin häiritsemättä mitään, ja liimaa sitten neliömäiset mutterit akseliin superliimageelillä.

Huomautus: Neliönmuotoisten aluslevyjen alareuna tulee kohdistaa mallin katkoviivan kanssa.

Vaihe 19:

Asenna viimeinen servo, kiinnitä pohjajalusta lopulliseen servoon ruuvilla servosarven läpi ja aseta jakohihna hihnapyörille Heliosin loppuun saattamiseksi.

Huomautus: Kun olet ymmärtänyt elektroniikan ja ohjelmiston toiminnan, voit lukea Heliosta säätämällä sen tarkkuutta lukemalla alla.

Vaihe 20:

Liitä servot kuvan osoittamalla tavalla ja jätä virta pois DC -liittimestä. (Kuva 12)

Huomautus: Kytke 9 voltin akku suoraan Arduinoon levyn liittimen kautta ja liitä Arduino tietokoneeseen sen USB -portin kautta. ÄLÄ kytke 9 voltin akkua prototyyppikorttiin, koska se voi vahingoittaa reaaliaikaista kelloa.

Vaihe 21:

Lataa ja asenna Arduino -versio 1.0.2 täältä.

Huomautus: Tämä lataus sisältää Helios -ohjauskoodin ja kaikki sen suorittamiseen tarvittavat kirjastot. Asenna lataamalla kansio ja pura se. Arduino -ohjelma loppuu suoraan hakemistostaan, eikä muodollista asennusta tarvita. Yleiset asennusohjeet ja ohjeet Arduinon ohjainten asentamiseen löydät täältä.

Vaihe 22:

Suorita Blink Arduino Sketch täällä olevien ohjeiden perusteella. Kun saat tämän lyhyen luonnoksen toimimaan, voit olla varma, että olet liittänyt Arduinon tietokoneeseen oikein.

Vaihe 23:

Avaa ohjausohjelma (ArduinoCode> Helios_2013) asettaaksesi Heliostatin ajan ja sijainnin ja ladataksesi ohjelman Arduinolle.

1) Valitse haluatko, että Helios toimii aurinkopaneelina ja seuraa aurinkoa (aseta muuttuva heliostaatti = 0) vai heliostaatti (aseta muuttuva heliostaatti = 1)

a. Huomautus: Suosittelemme kokeilemaan sitä ensin aurinkopaneelina varmistaaksesi, että se liikkuu odotetulla tavalla. Jos jokin akselista näyttää olevan pois päältä, olet ehkä asettanut jonkin servoista taaksepäin.

2) Käännä Helios varovasti myötäpäivään kokonaan. Suuntaa sitten koko kone itään.

3) Anna sijaintisi koordinaatit.

a. Etsi sijainnin koordinaatit Googlesta etsimällä osoitetta. Napsauta seuraavaksi sijaintia hiiren kakkospainikkeella ja valitse "Mitä täällä on?". Koordinaatit näkyvät hakukentässä leveys- ja pituusasteiden kanssa.

b. Muuta ohjelman leveys- ja pituusasteiden oletusarvot Heliosin leveys- ja pituusasteiksi.

4) Jos päätät käyttää Heliosa aurinkopaneelina, ohita tämä vaihe. Jos päätät käyttää Heliosta heliostaattina, syötä Heliosin kohteen korkeus ja atsimuuttikulma. Koordinaattijärjestelmä on määritelty kuvassa 15.

5) Jos haluat asettaa reaaliaikaisen kellon, määritä nykyinen aika UTC -aikana ja korvaa vastaavat muuttujat näillä arvoilla sotilasaikana. Poista sitten "//", jos se on merkitty, lataa luonnos ja korvaa "//" (esim. Klo 18.30 EST on 22.30 UTC. Ohjelmassa tämä näyttäisi tunnilta = 22, minuutilta = 30 ja toinen = 0)

a. Kun kello on asetettu, irrota servot ja käynnistä koodi aurinkopaneelitilassa (heliostaatti = 0). Tarkista aurinkokennon lasketut kulmat esimerkiksi aurinkosijaintilaskurin avulla osoitteesta sunearthtools.com (https://www.sunearthtools.com/dp/tools/pos_sun.php). "DAzimuth" on auringon atsimuuttikulma, kuten Helios ennustaa, ja "dElevation" on auringon korkeus- /korkeuskulma. Sekä Heliosin että verkkosivuston ennusteiden on oltava noin viiden asteen sisällä. Mahdolliset poikkeamat tällä alueella johtuvat siitä, että latausaika on muutama minuutti, ja ne aiheuttavat huomaamattoman muutoksen Heliosin käyttäytymiseen.

b. Kun Helioksen ennustus auringon sijainnista on tarkka, korvaa”//” kommentoidaksesi kellon asettavan koodin. Reaaliaikainen kello on asetettava vain kerran, joten sitä ei tarvitse päivittää, kun lataat uusia luonnoksia tai muutat tavoitteita.

6) Irrota USB ja virta Arduinosta ja kytke servomoottorit uudelleen.

Vaihe 24:

Jos Helios oli koottu oikein, sen tulisi osoittaa kohti käskyäsi ja pitää auringon heijastus paikallaan, kun virta kytketään jälleen Arduinoon. Helios korjaa auringon heijastusta joka asteessa. Tämä tarkoittaa, että auringon täyttymys muuttuu, kunnes aurinko on siirtynyt yhden asteen, tässä vaiheessa Helios siirtyy korjaamaan heijastusta. Kun olet ymmärtänyt, miten ohjelma toimii, sinun kannattaa ehkä pelata muuttujilla "offset_Elv" (korkeus) ja "offset_Az" (Azimuth) kompensoidaksesi kaikki kokoonpanovirheet. Nämä muuttujat ohjaavat Heliosin koordinaattijärjestelmän suuntaa.

Vaihe 25: Linkkien ostaminen

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+ vaahto+ydin

Vipu: https://www.mcmaster.com/#cast-acrylic/=i6zw7m (osanumero: 8528K32)

Laatikkoleikkuri:

Servo:

Nauha: 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= näkymätön+nauha

Mallit: Tulosta asiakirjan lopussa olevat sivut. Paperia voi ostaa verkossa osoitteesta:

Neliömutteri: https://www.mcmaster.com/#machine-screw-square-nuts/=hflvij (Osanumero: 98694A125)

Superliima:

Superliimageeli: 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+liima

Suora reuna:

Power Drill:

Ruuvit: https://www.mcmaster.com/#machine-ruuvikiinnikkeet/=mumsm1 (osanumero: 90272A115)

Pähkinät: https://www.mcmaster.com/#hex-nuts/=mums50 (osanumero: 90480A005)

Peili: https://www.mcmaster.com/#catalog/118/3571/=i705h8 (osanumero: 1518T18)

Ruuvimeisselisarja:

2 Hammashihnapyörät: https://sdp-si.com/eStore/Direct.asp?GroupID=218 (osanumero: A 6M16-040DF25)

Jakohihna: https://www.mcmaster.com/#timing-belts/=i723l2 (osanumero: 7887K82)

Poranterät:

Aluslevyt: https://www.mcmaster.com/#catalog/118/3226/=hzc366 (osanumero: 95630A246)

Suuret kädensijat:

Kynnet: https://www.mcmaster.com/#standard-nails/=i708x6 (osanumero: 97850A228)

Arduino Kit:

Reaaliaikainen kellomoduuli:

Virtalähde:

Akku:

Vastukset:

Vaihe 26: Viitatut teokset

4 valokuvaa. (2112, 07 07). 3D -kompassinavigointi. Haettu 6. kesäkuuta 2013, 4photos:

Commons, C. (2010, 1. tammikuuta). Reaaliaikainen kellomoduuli. Haettu 28. toukokuuta 2013 Sparkfunista:

Commons, C. (2011, 1. tammikuuta). DC Barrel Jack Adapter - Breadboard -yhteensopiva. Haettu 28. toukokuuta 2013 Sparkfunista:

Commons, C. (2013, 16. toukokuuta). Ethernet -kirjasto. Haettu 28. toukokuuta 2013 Arduinolta:

ElmarM. (2013, 24. maaliskuuta). Haunted Doll. Haettu 28. toukokuuta 2013 ohjeista: https://www.instructables.com/id/Now-the-fun-part-create-a-creepy-story-to-go-wit/step17/Arduino-and-Breadboard -perustaa/

Gaze, M. (n.d.). VAIHEET. Haettu 28. toukokuuta 2013 osoitteesta kennyviper:

sonlineshop. (2012, 1. tammikuuta). Vastus 2,2 K ohmia. Haettu 28. toukokuuta 2013 osoitteesta

Vaihe 27: Kiitos tuestasi !

Haluamme kiittää suuresti Alexander Mitsosia, tukevaa neuvonantajamme ja kaikkia ihmisiä, jotka ovat tukeneet meitä koko projektin ajan:

• Whitney Meriwether
• Benjamin Bangsberg
• Walter Bryan
• Radha Krishna Gorle
• Matthew Miller
• Katharina Wilkins
• Garratt Gallagher
• Rachel Nottelling
• Randall Heath
• Paul Shoemaker
• Bruce Bock
• Robert Davy
• Nick Bolitho
• Nick Bergeron
• Pauli Englanti
• Alexander Mitsos
• Matt C.
• William Bryce
• Nilton Lessa
• Emerson Yearwood
• Jost Jahn
• Carl Miehet
• Nina
• Michael ja Liz
• Walter Lickteig
• Andrew Heine
• Rikas Ramsland
• Bryan Miller
• Netia McCray
• Roberto Melendez

Toinen sija teknisessä kilpailussa

Toinen sija Epilog Challenge VI: ssä