Направи си сам соларен тракер: 27 стъпки (със снимки)

2024 Автор: John Day | [email protected]. Последно модифициран: 2024-01-30 07:50

Въведение

Имаме за цел да запознаем младите студенти с инженерството и да ги научим за слънчевата енергия; като ги накара да построят Helios като част от учебната си програма. В инженерството се полагат усилия за изтласкване на производството на енергия от използването на изкопаеми горива и към по -екологични алтернативи. Една от възможностите за по -зелена енергия е използването на устройство, наречено хелиостат, което използва огледало, за да насочва слънчевата светлина към цел през целия ден. Такова устройство може да се използва за много приложения, от концентриране на слънчева енергия върху топлинния резервоар на електроцентрала до осветяване на зони, които са блокирани от слънцето.

В допълнение към броя на приложенията на тази технология, има и разнообразна гама от структури, проектирани да позволяват слънчево проследяване. Физическата структура на дизайна на Helios, както и при други конструкции на хелиостат, функционира за монтиране на огледало върху две контролирани оси. Механизмът ще проследява слънцето, като използва програма за изчисляване на местоположението на звездата в небето за деня, въз основа на глобалната позиция на Хелиос. Микроконтролер Arduino ще се използва за стартиране на програмата и управление на двата серво мотора.

Съображения за проектиране

За да се гарантира, че този проект е широко разпръснат, са положени значителни усилия за проектирането на Helios за изграждане с общи инструменти и евтини материали. Първият избор за дизайн беше да се изгради тялото почти изцяло от сърцевина от пяна, която е твърда, достъпна, лесна за придобиване и лесна за рязане. Също така, за максимална здравина и твърдост, беше положено внимание да се проектира тялото така, че всички части от пяна да са или в напрежение, или в компресия. Това беше направено, за да се възползва от якостта на сърцевината от пяна при опън и компресия, и тъй като използваното лепило е по -ефективно при поддържане на натоварване при опън, отколкото при огъване. Освен това, валът, който е прикрепен към огледалото, се захранва чрез ангренажен ремък, което позволява малка грешка в подравняването между двигателя и огледалото, серво моторите са точни с точност до 1 градус, а платформата работи на Arduino с отворен код платформа. Тези избори за дизайн, заедно с няколко други съображения, правят представения дизайн траен и достъпен образователен инструмент.

Нашето обещание с отворен код

Целта на Helios е да насърчава инженерното образование. Тъй като това е основният ни фокус, нашата работа е лицензирана под лиценза на GNU FDL. Потребителите имат пълни права да възпроизвеждат и подобряват това, което сме направили, стига да продължават да го правят под същия лиценз. Надяваме се, че потребителите ще подобрят дизайна и ще продължат да развиват Helios в по -ефективен инструмент за обучение.

Epilog Challenge VIAn Epilog Zing 16 Laser ще ми позволи да завърша проекти с по -високо качество и да увелича степента на въздействие, което имам с тях. Да изградя интересни мащабни неща и да се справям по -ефективно като цяло. Лазер Epliog също би ми позволил да създавам по -интересни неща и да пиша по -готини инструктажи, като този за каяк, който ремонтирах. Следващата ми цел е да изградя каяк от лазерно изрязан шперплат, подсилен с въглеродни влакна или стъклени влакна, както и картонена дъска за сърф, обвита в структурни влакна.

Аз също участвах в тази инструкция в конкурсите Tech and the Teach It. Ако ви хареса тази публикация, моля, гласувайте!

Стъпка 1: Съдържание

Съдържание:

• Въведение: Направи си сам соларен тракер
• Съдържание
• Инструменти и материал
• Стъпка 1-16 Сглобяване на хардуер
• Стъпка 17-22 Сглобяване на електроника
• Закупуване на връзки
• Цитирани творби
• Благодаря за подкрепата!!!

Стъпка 2: Инструменти и материал

Всички тези инструменти могат да бъдат закупени в местни магазини или на връзките в раздела за справки. Общата цена на тези материали е приблизително 80 долара, ако всички те са закупени онлайн на дадените връзки.

BOM

• Бормашина
• Свредла (.1258”,.18” и.5”диаметър)
• Комплект отвертки
• Прав ръб
• Фреза за кутии
• Големи дръжки
• 2 основни листа от пяна (20”X 30”, дебелина ~.2 инча)
• 9,5”Дълъг с 1/2” диаметър прът
• Квадратна гайка (7/16”-14 размер на резбата, 3/8” дебела)
• Vigor VS-2A Servo (39.2g/5kg/0.17 sec)
• Лента
• Ремъчни шайби (2), 1”OD
• Шайби
• Крейзи лепило
• Зъбен ремък 10"
• Шаблони (прикачени файлове)
• Огледален акрилен лист (6”X 6”)
• Krazy Glue Gel
• 8 машинни винта (4-40, 25 мм дълги)
• 8 ядки (4-40)
• 1,5 "дълги нокти
• Стартов комплект за Arduino Uno
• Модул за часовник в реално време
• Захранване за стенен адаптер (5VDC 1A)
• 9V батерия
• 3.3 KOhm резистор (2)

Стъпка 3:

Отпечатайте шаблоните в прикачения файл.

Забележка: Те трябва да бъдат отпечатани в пълен мащаб. Сравнете разпечатките с PDF файловете, за да сте сигурни, че вашият принтер не е променил мащаба.

Стъпка 4:

Закрепете шаблоните към плаката, както е показано на Фигура 1 и, като използвате централните линии като водачи, пробийте отворите.18 инча и.5 инча.

Забележка: Първо пробийте отворите с диаметър 0,5 инча със свредлото с диаметър 18 инча за по -голяма точност.

Стъпка 5:

С остър нож за рязане на кутии изрежете отделните компоненти.

Забележка: Изрежете сърцевината от пяна с множество преминавания на фрезата, това ще доведе до много по -чисто рязане. Не се опитвайте да прережете целия лист с един проход.

Стъпка 6:

Залепете съвпадащите изрези заедно, както е показано на фигура 2, като използвате супер лепилото. Трябва да можете да гледате през изрезите и да видите, че всички отвори са подравнени, основата на части 1 и 2 трябва да е плоска, а един шаблон на част 3 трябва да е обърнат навън.

Забележка: След като нанесете лепило върху една повърхност, съединете частите и ги притиснете заедно за 30 секунди. След това оставете лепилото да стегне за пет минути.

Стъпка 7:

Използвайки гела за суперлепило, залепете части 1, 2 и 3 заедно, както е показано на фигура 3. Уверете се, че частите са подредени така, че отворите с диаметър.5”да са най -близо до секцията на основата, която е обозначена късо, също така бъдете сигурни че шаблонът върху основата е обърнат надолу/навън. Оставете лепилото да стегне за пет минути. След като лепилото стегне, поставете 3 пирона през основата и във всяка от стойките за допълнителна опора.

Стъпка 8:

Изрежете горния слой на двата напречни греди и ги поставете в Helios, както е показано на фигура 4. Нанесете суперлепилен гел върху фугите между напречните греди и стените на Helios и върху повърхността, споделена между двете напречни греди, както е посочено в син. Оставете лепилото да стегне за пет минути.

Стъпка 9:

Поставете парче лента по разрезите, както е показано на фигура 5.

Стъпка 10:

Супер залепете дистанционера към основата, като го подравните с шаблона, както е показано на фигура 6, и оставете лепилото да стегне за пет минути.

Стъпка 11:

Центрирайте най -големия серво рог върху долната основа и го закрепете със суперлепилото, както е показано на фигура 7. Оставете лепилото да стегне за пет минути.

Стъпка 12:

Пробийте една от ролките на ангренажния ремък към отвор с диаметър 0,5 инча с помощта на свредлото с диаметър 0,5 инча и проверете дали се вписва в вала с диаметър 0,5 инча. Тя трябва или да натисне, или да има достатъчно малка празнина, за да се запълни със супер лепило. Ако пробитият отвор е твърде малък, изстържете ръчно външния диаметър на вала.

Стъпка 13:

Внимателно пробийте две квадратни гайки с отвори с диаметър.5”и проверете дали те прилепват плътно към вала.

Забележка: Затегнете гайката към жертвена повърхност, с двойка хватки и постепенно увеличавайте диаметъра на отвора с множество накрайници, докато остане отвор с диаметър.5”. Не забравяйте бавно да забиете свредлото в гайката.

Стъпка 14:

Прикрепете серво клаксон към ролката на ангренажния ремък, както е показано тук, като внимавате да центрирате оста на серво рога с ролката, както е показано на фигура 8.

Стъпка 15:

Сглобете вала и серво, без лепило, и подравнете двете ролки на ангренажния ремък, както е показано на Фигура 9. Някои от пръта трябва да бъдат изложени от стената срещу шайбата.

Забележка: Завийте серво в стойките, като внимавате да не натискате винтовете през сърцевината от пяна, и завийте серво рога в серво. Можете да използвате суперлепило вместо винтове, но няма да можете лесно да разглобите устройството.

Стъпка 16:

След като ролката на вала е подравнена с ролката на серво, плъзнете вътрешния комплект шайби към всяка стена и ги залепете към вала с помощта на суперлепилния гел. Те ще предпазят вала от изплъзване от подравняване. Също така, залепете ролката към вала с помощта на супер лепилото. Оставете лепилото да стегне за пет минути.

Стъпка 17:

Съкратете зъбния ремък до правилната дължина, около 7,2 инча, и използвайте гела за суперлепило, за да направите контур, който свързва ролката на вала с ролката на серво, както се вижда на Фигура 10. Първо, увийте колана около двете ролки и извадете отпуснат. Сега изрежете колана точно след зъбите от двата края, краищата на колана, за да достигнат един до друг. Сега отрежете около 0,5 инча колан от парчето, което току -що сте свалили. Накрая съберете двата края и ги залепете с тази допълнителна дължина на колана, изображение 2. След като лепилото изсъхне, поставете колана около ролките. Тя трябва да е толкова плътно прилепнала, че ще трябва да откачите ролката от сервото, за да поставите колана. Ако приляга, поставете го отстрани за по -късно.

Стъпка 18:

Залепете шаблона на огледалото върху задната част на огледалото или нарисувайте централната линия на ръка. След това, използвайки линията като водач, залепете квадратните гайки върху огледалото с гела за супер лепило. Уверете се, че огледалото може да се завърти на 180 градуса от изправено нагоре към изправено надолу, без да пречи на нищо, и след това залепете квадратните гайки към вала с гела за суперлепило.

Забележка: Долният ръб на квадратните шайби трябва да бъде подравнен с пунктираната линия на шаблона.

Стъпка 19:

Инсталирайте крайното серво, закрепете долната основа към крайното серво с винт през серво рога и поставете ангренажния ремък върху ролките, за да завършите Helios.

Забележка: След като разберете как работят електрониката и софтуерът, като прочетете по -долу, можете да настроите вашия Helios, за да увеличите неговата точност.

Стъпка 20:

Свържете сервомоторите, както е показано, оставяйки захранването изключено от DC жака. (Фигура 12)

Забележка: Свържете 9 -волтовата батерия директно към Arduino през жака на платката и свържете Arduino към вашия компютър през USB порта. НЕ свързвайте 9 -волтовата батерия към прототипната платка, тъй като това може да повреди часовника ви в реално време.

Стъпка 21:

Изтеглете и инсталирайте Arduino Версия 1.0.2 от тук.

Забележка: Това изтегляне включва контролния код на Helios и всички библиотеки, които ще ви трябват, за да го стартирате. За да инсталирате, изтеглете папката и я разархивирайте. Програмата Arduino работи директно от директорията си, не се изисква официална инсталация. За общи указания за инсталиране и указания как да инсталирате драйвери за вашия Arduino, отидете тук.

Стъпка 22:

Стартирайте Blink Arduino Sketch въз основа на указанията тук. След като стартирате тази кратка скица, можете да сте сигурни, че сте свързали правилно вашия Arduino към компютъра си.

Стъпка 23:

Отворете програмата за управление (ArduinoCode> Helios_2013), за да зададете часа и местоположението на Heliostat и да качите програмата в Arduino.

1) Изберете дали искате Helios да действа като слънчев панел и да проследява слънцето (задайте променливата heliostat = 0) или heliostat (задайте променливата heliostat = 1)

а. Забележка: Предлагаме ви първо да опитате като слънчев панел, за да се уверите, че той се движи така, както очаквате. Ако изглежда, че една от оста е изключена, може да сте поставили един от сервомоторите назад.

2) Внимателно завъртете Helios по посока на часовниковата стрелка докрай. След това насочете цялата машина на изток.

3) Въведете координатите на вашето местоположение.

а. Намерете координатите на местоположение, като Google търси адреса. След това щракнете с десния бутон върху местоположението и изберете „Какво има тук?“. Координатите ще се появят в полето за търсене с географска ширина и дължина.

б. Променете стойностите на географската ширина и дължина по подразбиране в програмата на стойностите на географската ширина и дължина на Helios.

4) Ако решите да използвате Helios като слънчев панел, пропуснете тази стъпка. Ако решите да използвате Helios като хелиостат, въведете надморската височина и азимуталния ъгъл на целта на Helios. Координатната система е дефинирана на фигура 15.

5) За да настроите часовника в реално време, определете текущото време в UTC и заменете съответните променливи с тези стойности във военно време. След това изтрийте „//“, където е посочено, качете скицата и заменете „//“(напр. 18:30 ч. EST е 10:30 ч. UTC. В програмата това ще изглежда като час = 22, минута = 30 и втори = 0)

а. След като часовникът е настроен, изключете сервомоторите и стартирайте кода в режим „слънчев панел“(heliostat = 0). Проверете изчислените ъгли на соларния тракер с нещо като калкулатора на слънчевата позиция от sunearthtools.com (https://www.sunearthtools.com/dp/tools/pos_sun.php). „DAzimuth“е азимутният ъгъл на слънцето, както е предсказано от Хелиос, а „dElevation“е ъгълът на височината /надморската височина на слънцето. И прогнозите на Хелиос и на уебсайта трябва да се съгласят в рамките на около пет градуса. Всяко несъответствие в рамките на този диапазон е от времето, в което каченият отсъства с няколко минути, и би причинило незабележима промяна в поведението на Хелиос.

б. След като прогнозата на Хелиос за местоположението на слънцето е точна, тогава заменете „//“, за да коментирате кода, който настройва часовника. Часовникът в реално време трябва да бъде настроен само веднъж, така че няма да се налага да се актуализира, докато качвате нови скици или променяте цели.

6) Извадете USB и захранването от Arduino и свържете отново серво моторите.

Стъпка 24:

Ако Хелиос е бил сглобен правилно, тогава той трябва да сочи към целта, която командвате, и да държи отражението на слънцето неподвижно там, когато отново се приложи мощност към Arduino. Хелиос ще коригира отражението на слънцето на всяка степен. Това означава, че отражението на слънцето ще се измести, докато слънцето се премести с един градус, в този момент Хелиос ще се премести, за да коригира отражението. След като разберете как работи програмата, може да искате да играете с променливите “offset_Elv” (кота) и “offset_Az” (азимут), за да компенсирате всяка грешка при сглобяването. Тези променливи контролират ориентацията на координатната система на Хелиос.

Стъпка 25: Закупуване на връзки

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+ пяна+сърцевина

Пръчка: https://www.mcmaster.com/#cast-acrylic/=i6zw7m (Номер на частта: 8528K32)

Фреза за кутии:

Серво:

Лента: 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= невидима+лента

Шаблони: Отпечатайте страниците в края на този документ. Хартията може да бъде закупена онлайн на:

Квадратна гайка: https://www.mcmaster.com/#machine-screw-square-nuts/=hflvij (Номер на частта: 98694A125)

Супер лепило:

Супер лепилен гел: 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+ мигновено+krazy+лепило

Straight Edge:

Електрическа бормашина:

Винтове: https://www.mcmaster.com/#machine-screw-fasteners/=mumsm1 (Номер на частта: 90272A115)

Ядки: https://www.mcmaster.com/#hex-nuts/=mums50 (Номер на част: 90480A005)

Огледало: https://www.mcmaster.com/#catalog/118/3571/=i705h8 (Номер на частта: 1518T18)

Комплект отвертки:

2 ролки на ангренажния ремък: https://sdp-si.com/eStore/Direct.asp?GroupID=218 (номер на частта: A 6M16-040DF25)

Зъбен ремък: https://www.mcmaster.com/#timing-belts/=i723l2 (Номер на частта: 7887K82)

Свредла:

Шайби: https://www.mcmaster.com/#catalog/118/3226/=hzc366 (Номер на част: 95630A246)

Големи хватки:

Пирони: https://www.mcmaster.com/#standard-nails/=i708x6 (Номер на частта: 97850A228)

Комплект Arduino:

Модул за часовник в реално време:

Захранване:

Батерия:

Резистори:

Стъпка 26: Цитирани произведения

4 снимки. (2112, 07 07). 3D навигация с компас. Изтеглено на 6 юни 2013 г., от 4 снимки:

Commons, C. (2010 г., 1 януари). Модул за часовник в реално време. Взето на 28 май 2013 г. от Sparkfun:

Commons, C. (2011 г., 1 януари). Адаптер DC Barrel Jack - съвместим с дъската. Изтеглено на 28 май 2013 г. от Sparkfun:

Commons, C. (2013 г., 16 май). Ethernet библиотека. Изтеглено на 28 май 2013 г. от Arduino:

ElmarM. (2013 г., 24 март). Кукла с духове. Изтеглено на 28 май 2013 г. от инструкции: https://www.instructables.com/id/Now-the-fun-part-create-a-creepy-story-to-go-wit/step17/Arduino-and-Breadboard -настройвам/

Gaze, M. (n.d.). СТЪПКИ. Изтеглено на 28 май 2013 г. от kennyviper:

Sonlineshop. (2012 г., 1 януари). Резистор 2.2K Ohm. Получено на 28 май 2013 г. от

Стъпка 27: Благодаря за вашата подкрепа !

Бихме искали да изкажем огромни благодарности на Александър Мицос, нашия подкрепящ съветник, и на всички хора, които ни подкрепяха по време на този проект:

• Уитни Мериуетър
• Бенджамин Бангсберг
• Уолтър Брайън
• Радха Кришна Горле
• Матю Милър
• Катарина Уилкинс
• Гарат Галахър
• Рейчъл Нотеллинг
• Рандал Хийт
• Пол Обущар
• Брус Бок
• Робърт Дейви
• Ник Болито
• Ник Бергерон
• Пол Английски
• Александър Мицос
• Мат С.
• Уилям Брайс
• Нилтън Леса
• Емерсън Годиуд
• Йост Ян
• Карл Мъже
• Нина
• Майкъл и Лиз
• Уолтър Ликтейг
• Андрю Хайне
• Богат Рамсланд
• Брайън Милър
• Нетия МакКрей
• Роберто Мелендес

Вицешампион в техническото състезание

Вицешампион в Epilog Challenge VI