Вятърна мелница с активен контрол: 5 стъпки

2025 Автор: John Day | [email protected]. Последно модифициран: 2025-01-23 12:57

Тази инструкция е създадена в изпълнение на проектните изисквания на Makecourse в Университета на Южна Флорида (www.makecourse.com)

Трябва да избера проект за проектиране и изграждане от нулата. Реших, че искам да опитам да построя вятърна мелница, която да усеща посоката на вятъра и активно да се изправя срещу нея, без да се нуждае от лопатка или опашка. Тъй като моят фокус в този проект беше върху комбинацията от сензор и PID управление, вятърната мелница не прави нищо с енергията, която върти ножовете. Чувствайте се свободни да промените дизайна, за да бъде по -полезен! Това, което следва, не е единственият начин да се изгради това. Трябваше да реша няколко непредвидени проблема по пътя и това ме накара да използвам различни материали или инструменти. Няколко пъти се справях с части под ръка или изчиствах от стари уреди или техника. Така че отново, не се колебайте да цигирате там, където съм загънал. За да документирам напълно този проект, ще трябва ефективно да унищожа моя проект, за да предоставя снимки на всяка стъпка на изграждане. Нямам желание да го направя. Вместо това съм предоставил 3D моделите, списък с материали и съм дал полезни съвети, които научих по трудния път по пътя.

Консумативи:

Включих кода на Arduino и файловете на Autodesk. Ще ви трябват и следните: Инструменти:

-Малък резач за тръби-Поялник, спойка, флюс-Винтоверти-Свредло-Бръснач или резачка или точен нож-Пистолет за горещо лепило- (по избор) термопистолет

Материали:

-24 инча от алуминиева тръба с диаметър 0,25 инча (взех моята от Mcmaster-Carr) -Arduino Uno-28BYJ48 Stepper-ULN2003 стъпков контролер- (опция 1) Гравитационен моторен щит и сензор за ефект на Хол от DfRobot- (опция 2) всяка друга аналогов ротационен сензор-3+ оловен плъзгащ или палачинен пръстен-проект кутии-лагери за носа сглобяване-винтове-дърво за платформа-батерии (използвам 9v за дъската и захранвам стъпката със 7.8 Li-Po) -RC плоски тласкащи пръти (всяка твърда тел с малък диаметър е подходяща.)

Стъпка 1: Моделирайте вятърната мелница

Използвах изданието Autodesk Inventor Student за моделиране на този проект за вятърна мелница. Включих stl файловете в тази инструкция. Ако трябваше да направя това отново, бих увеличил драстично площта на моите остриета, така че те да работят по -добре в този мащаб. Нещата, които трябва да имате предвид при моделирането на вашия проект, са мащабът на вашите части спрямо разделителната способност/допустимите отклонения на вашия наличен принтер. Не забравяйте да мащабирате модела си, така че да побере всички необходими сензори или друго бордово оборудване.

Също така открих, че опасенията за якост ме накараха да използвам произведени за всеки продукт, като алуминиеви тръби, за конструктивни части. Купих лагерите си от Mcmaster-Carr и те имаха 3D модел от тях, който използвах, за да направя монтаж, който да им пасва много добре.

Открих, че рисуването на части, преди да се опитам да ги моделирам, помогна на процеса да върви по -бързо, както и намали количеството корекции, които трябва да направя, за да накарам частите да работят заедно.

Стъпка 2: Сглобете отпечатъците

Отчупете всички неравности по носещите повърхности; шлифовайте и тях, ако е необходимо.

Използвах топлина (внимателно!), За да изправя няколко остриета, които се огънаха при охлаждане.

Бъдете бавни, когато поставяте хардуер в техните монтажни слотове/отвори.

След като конструкцията е сглобена, добавете вашите сензори и електроника. Залепих електрониката на място в кутията на проекта и използвах поялника, за да "заваря" сензорния монтаж в гнездото му за монтаж в тялото.

Стъпка 3: Сглобете електрониката

Уверете се, че имате добри връзки с всичко. Без открит проводник; няма потенциални къси съединения.

Уверете се, че вашият сензор е здраво монтиран.

Посочете кода, за да определите кои щифтове са включени къде. (т.е. проводниците на стъпковия двигател или аналоговия проводник на сензора.)

Захранвах двигателя с външен източник, а не чрез платката Arduino. Не исках да повредя платката, ако моторът изтече до голям ток.

Стъпка 4: Програмирайте Arduino

Програмата и схемата за управление със затворен цикъл са ядрото на този проект. Прикачих кода на Arduino и той е напълно коментиран. Когато настройвах PID, установих, че ми е по -лесно, ако направя следното: 1) Задайте всички печалби на PID на нула. 2) Увеличете стойността на P, докато отговорът на грешката не е постоянно колебание. 3) Увеличете стойността D, докато трептенията отшумят. 4) Повторете стъпки 2 и 3, докато не постигнете по -нататъшно подобрение.

5) Задайте P и D на последните стабилни стойности. 6) Увеличете стойността I, докато се върне към зададената стойност без грешка в стационарно състояние.

Поради механичния дизайн създадох функция на мъртва зона, за да прекъсна мощността на двигателя, когато вятърната мелница е правилно ориентирана. Това драстично намалява топлината в стъпковия двигател. Преди това го пуснах и стана достатъчно горещо, за да изкриви платформата на кулата и да падне от стойката.

Монтажът на острието не е перфектно балансиран и е достатъчно тежък, за да предизвика разклащане на шарнирния възел. Разклащането по същество дава фалшива информация за сензора на PID процеса и добавя шум, причинявайки излишно движение и по този начин топлина.

Стъпка 5: Бъдете инженер

След като всичко е сглобено и програмирано, намерете фен или тропическа буря и изпробвайте своето творение! Част от забавлението за изграждането на това беше намирането на начина за решаване на възникналите проблеми. Този Instructable е лек за детайлите поради тази причина. Освен това, ако се опитате да изградите това и да намерите по -добри решения, аз го направих, моля, споделете ги. Всички можем да се учим един от друг.