Dual Axis Tracker V2.0: 15 passaggi (con immagini)

2024 Autore: John Day | [email protected]. Ultima modifica: 2024-01-30 10:03

Nel lontano 2015 abbiamo progettato un Simple Dual Axis Tracker da utilizzare come un divertente progetto per studenti o hobby. Era piccolo, rumoroso, un po' complicato e ha provocato molti commenti della community davvero strani. Detto questo, tre anni e mezzo dopo riceviamo ancora e-mail e telefonate da persone di tutto il mondo che vogliono costruirne uno proprio.

Grazie al successo del nostro post sul progetto originale, del video di YouTube e dei kit che vendevamo, abbiamo ricevuto un'ampia gamma di feedback da un'ampia gamma di utenti. La maggior parte è buona, in parte fastidiosa, e alcuni erano sulla falsariga di "cablare questa cosa è davvero dannatamente complicato, quindi per favore passa un'ora al telefono con noi per capirlo". Con questo in mente, abbiamo trascorso diversi mesi a ridisegnare il progetto da zero per renderlo un'attività molto più snella e facile.

In questo articolo troverai informazioni sui nostri aggiornamenti, su come funzionano gli inseguitori solari, un elenco di parti, collegamenti al nostro hardware Open Source, codice Open Source e collegamenti a dove puoi acquistare molte di queste cose.

Divulgazione completa: vendiamo questo progetto e tutte le parti come kit educativo. Non è necessario acquistare nulla da noi per realizzare questo progetto. In effetti, puoi utilizzare tutte le nostre risorse per creare i tuoi PCB, tagliare al laser il tuo legno presso un Maker Space o un'università locale, o anche solo usare un mucchio di cartone e colla a caldo per creare la tua fantastica creazione. Questo è un progetto Open Source in tutto e per tutto.

Give Away: stiamo provando qualcosa di nuovo nel 2019. Seguici su instructables, Facebook, Instagram e YouTube per avere la possibilità di vincere alcune parti gratuite (solo per i residenti negli Stati Uniti). Metti mi piace e commenta i nostri post e video per questo progetto e sceglieremo alcuni vincitori nel prossimo mese. Daremo via un paio di lotti di PCB e un paio di kit.

Passaggio 1: perché gli inseguitori solari?

I pannelli solari sono ovunque. Sono economici, facilmente reperibili e molto facili da usare. Ci sono decine di migliaia di progetti di pannelli solari su piccola scala trovati in tutti i siti web di YouTube e fai-da-te.

La maggior parte delle persone probabilmente ha un paio di impianti solari su larga scala nel proprio quartiere grazie alla proliferazione degli acquisti di Solar Group e degli incentivi governativi. Nella stragrande maggioranza di queste installazioni i pannelli solari sono fissati sul tetto di un edificio che punta a 45 gradi a sud (quando nell'emisfero settentrionale). Le installazioni solari fisse sono di gran lunga il modo più semplice per alimentare una casa o un edificio poiché richiedono pochissima manutenzione e manutenzione. Diciamo spesso alle persone che ci contattano che è molto più conveniente NON costruire un inseguitore solare per la tua casa, ma semplicemente aggiungere più pannelli solari al tuo array.

Tuttavia, il modo più efficiente per raccogliere energia da un singolo pannello è tramite un inseguitore solare. Ciò consente al pannello solare di essere nella posizione ottimale per tutto il giorno, aumentando la generazione di energia di oltre il 20%. Questo tipo di sistema è perfetto per edifici o strutture che non hanno molto spazio sul tetto piano o situazioni in cui l'energia solare è incoerente.

Dimostreremo un inseguitore solare attivo che si muove sia sull'asse X che sull'asse Y. Questo tipo di sistema utilizza un microcontrollore, o un circuito analogico ben progettato, e sensori per mantenere il pannello solare nella giusta posizione. Anche se questo è una demo davvero brillante che puoi mostrare usando una torcia in un'aula, usa anche molta potenza e ha molte parti mobili.

Un tracker basato sulla data o un tracker pianificato utilizza le informazioni di data e ora per seguire un percorso impostato ogni giorno poiché il movimento del sole è prevedibile al 100%. Un esempio di questo è il progetto dell'utente Instructable pdaniel7 e utilizza due servi in un nuovo design per tracciare il sole in modo molto efficiente. La chiave per questo tipo di progettazione è assicurarsi che il software sia configurato per essere più efficiente per la tua posizione esatta.

Un Personal Powered Tracker è alimentato dalle persone. Questo può variare da qualcosa di semplice come una persona che cambia l'angolazione dei propri pannelli solari un paio di volte all'anno a mettere un pannello su una piattaforma rotante collegata a una puleggia ponderata che viene ripristinata ogni mattina. Ad esempio, un agricoltore locale che conosciamo ha diversi pannelli solari montati su tubi in PVC nel suo cortile. Ogni mese ne cambiava leggermente la posizione e l'angolazione. È molto semplice e aiuta a fargli ottenere qualche amplificatore in più di energia dal suo sistema.

Passaggio 2: aggiornamenti al design originale

La nostra versione originale era più interessata alla meccanica fisica che all'elettronica e questa si è rivelata la sua più grande rovina. Quando abbiamo iniziato a riprogettare questo progetto, abbiamo preso la decisione di cambiare il nostro cablaggio da un approccio "fascio di cavi" a un semplice approccio "plug and play" poiché il nostro pubblico tendeva ad essere studenti.

La prima cosa che abbiamo fatto è stata creare uno scudo Arduino personalizzato per collegare i servi e i sensori. Il design originale utilizzava uno scudo sensore Arduino generico che funzionava bene per i servi ma non bene per i sensori. Il nostro Scudo non è niente di speciale nel complesso ed è stato di gran lunga l'aspetto più semplice da progettare. (L'abbiamo usato anche per altri progetti in cui avevamo bisogno di collegare un semplice sensore e un servo.)

Per mantenere i sensori in posizione abbiamo progettato un supporto per sensori molto semplice che potrebbe essere facilmente avvitato al legno. Una serie di pin header ci ha poi permesso di collegare il PCB del sensore allo shield con jumper femmina. La risoluzione dei problemi di questa configurazione è molto più semplice del nostro "fascio di cavi" originale o di una breadboard.

Alla fine abbiamo rivisto il nostro progetto e cambiato un bel po' di legno da un quarto di pollice a un ottavo di pollice per ridurre il peso. Anche se non abbiamo mai avuto segnalazioni di persone che hanno avuto problemi con i loro servi 9G che si bruciavano, meno peso spostavano, meglio era. Ciò ha anche ridotto i costi e i pesi di spedizione per noi poiché tendiamo a spedire molti kit a livello internazionale.

Passaggio 3: parti necessarie

Per costruire questo progetto avrai bisogno dei seguenti elementi:

Utensili:

• Cacciaviti
• Computer
• Taglierina laser o router CNC se stai ritagliando le parti da solo

Elettronica:

• Arduino Uno
• Schermo inseguitore solare (intestazioni pin e resistori da 10.000 ohm)
• PCB supporto sensore (intestazioni pin e resistori di rilevamento della luce)
• Cavi jumper da femmina a femmina
• 2 servi di ingranaggi in metallo di dimensioni 9G

Hardware:

• Parti in legno tagliate al laser o CNC
• 4 viti M3 + dadi di circa 14-16 mm di lunghezza
• 4 viti per legno misura 2 con una lunghezza di 1/4 di pollice o alcune viti M1 di lunghezza simile
• 21 x 8-32 Viti a 1/2 pollice di lunghezza
• 1 x 8-32 a 3/4 di pollice
• 1 x 8-32 vite a 2,5 pollici di lunghezza e un dado opzionale
• 24 x 8-32 dadi
• 4 x piedini in gomma

Opzionale:

• Cella solare (6V 200mA è quello che usiamo)
• LED Voltmetro
• Filo per collegare i due insieme

La maggior parte di queste parti sono abbastanza facili da trovare. Se vuoi creare i tuoi PCB, puoi farlo tramite OSHPark.com o altri servizi PCB. Assicurati di ottenere i servi Metal Gear 9G per il tor extra che forniscono.

Infine, realizziamo e vendiamo un kit per questo che include tutto. Vendiamo anche solo le parti in legno e solo l'elettronica in quanto abbiamo ricevuto molte richieste di opzione. I nostri kit sono già saldati, includono tutte le parti necessarie per realizzare questo progetto e forniamo assistenza clienti.

Aaaaaaaaa e prima di iniziare a ricevere molti commenti strani e arrabbiati dalle persone, questo è un progetto Open Source al 100%. Sentiti libero di crearne uno usando le nostre indicazioni.

Passaggio 4: preparazione dei PCB

Se stai usando i nostri kit o parti, i due PCB saranno già saldati per te.

Se vuoi truccarti, puoi trovare i nostri file PCB sul nostro GitHub Repo e quindi utilizzare un servizio come OSHPark per truccare alcuni PCB. Avrai anche bisogno di circa 10.000 Ohm resistori, intestazioni pin e resistori di rilevamento della luce per popolare le schede.

In generale questo è abbastanza facile attraverso la saldatura dei fori. Assicurati di utilizzare un saldatore con una punta appropriata all'estremità.

Saldatura dello schermo: saldare le intestazioni dei pin del servo e del sensore rivolte verso l'alto e le intestazioni dei pin di collegamento di Arduino rivolte verso il basso.

Saldatura del sensore: resistori di rilevamento della luce rivolti verso l'alto, intestazioni dei pin rivolte verso il basso.

Abbiamo anche un PCB progettato che utilizza un Arduino Nano, ma non è stato testato. Se qualcuno ne realizzasse uno, ci piacerebbe vederlo in azione!

Passaggio 5: preparare le parti in legno

Siamo abbastanza fortunati da avere sia una taglierina laser che un router CNC nella nostra officina, il che rende il taglio delle parti molto facile per noi. La maggior parte delle persone dovrà cercare una macchina presso il proprio Maker Space, Università o Biblioteca locale. Qualsiasi taglierina laser desktop o router CNC sarà in grado di gestire il legno da 1/8 e 1/4 di pollice che stiamo utilizzando. Abbiamo avuto diversi gruppi di studenti che hanno costruito con successo questo progetto con cartone o cartone espanso tagliato a mano.

Una cosa che NON consigliamo di usare è l'acrilico. È molto pesante e denso che può sopraffare i due servi.

I PDF con linee vettoriali possono essere facilmente trovati sul nostro GitHub Repo. Inseriscili nel tuo software di taglio laser preferito, inkscape o altro software di disegno. Si prega di notare che abbiamo sia le linee CUT che le linee ETCHING nei nostri file.

Se volessi semplificare questo progetto, puoi provare a eliminare il servo Y che controlla la piattaforma della cella solare e quindi regolare manualmente l'asse Y. Questo lo trasformerebbe in un inseguitore ad asse singolo piuttosto elegante.

Abbiamo molte richieste SOLO per le parti in legno tagliate al laser. Li vendiamo come opzione sul nostro sito Web e ci assicuriamo di inviare anche tutte le viti appropriate.

Passaggio 6: collegare il servo X, le gambe e la base

Nota: ci sono molti modi per mettere insieme questo progetto e l'ordine in cui lo costruisci non ha molta importanza. Se desideri visualizzare alcune indicazioni sullo stile della grafica al tratto, puoi farlo con le indicazioni sul nostro sito web.

Quando si costruisce il primo passo è quello di collegare uno dei servi al Circle Servo Mount.

Usa le viti fornite con il tuo servo e fissalo alla parte inferiore del pezzo di legno. Questo è il lato SENZA incisione su di esso.

Quindi fissare le quattro gambe con una vite 8-32 e dadi. Non avvitarli fino in fondo, lascia un po' di margine di manovra.

Infine collega le quattro gambe al grande pezzo di legno Project Base con altre quattro viti e dadi 8-32. Una volta fissati, serrare le altre quattro viti sul supporto Circle Servo.

Questo sarebbe anche un buon momento per mettere i piedini di gomma sul fondo del tuo pezzo di legno Project Base in modo che le viti non graffino il tuo tavolo.

Passaggio 7: collegare il servo Y e costruire il centro

Usa il diagramma sopra per costruire le parti centrali.

Fissare il servo utilizzando le viti fornite con esso. Non importa quale lato del pezzo di legno usi, solo che il corpo del servo è puntato all'interno.

Quindi, collega senza stringere i due pezzi rettangolari lunghi e i due pezzi guida vite lunga.

Passaggio 8: collegare le squadrette dei servi

Nota: questa è di gran lunga la parte più fastidiosa di questa build. Se rompi una squadretta del servo non preoccuparti, c'è un motivo in più.

Attacca una delle squadrette del servo a forma di X, fornite con il tuo servo, al grande pezzo del cerchio centrale. Lo avviterai nella parte inferiore, che è il lato senza inciderlo. Per fare ciò, usa due delle piccole viti da legno n.

Fai la stessa cosa con una delle due Triangle Wings usando un altro Servo Horn.

Passaggio 9: collegare il centro e la base, posizionare il servo X

Collega il pezzo Center Circle a cui hai appena attaccato un corno e collegalo con i pezzi Y Servo Center di prima. Collega i pezzi e usa quattro viti e dadi 8-32 per tenerli insieme.

Quindi, posizionalo sulla base usando il corno del servo come punto di connessione. NON avvitarlo ancora in posizione.

Homing del servo X

Usando la squadretta del servo ora collegata al tuo servo, ruota il servo tutto in senso orario. (Puoi anche usare uno dei tuoi Servo Horns rimasti anche per questo.)

Prendi il centro e posizionalo nella posizione più lontana in senso antiorario. Usa l'angolo della base del progetto come punto di riferimento.

Infine usa la vite molto piccola fornita con il tuo servo per avvitare il quadrilatero nel servo. Se puoi, è utile avere un cacciavite con punta magnetica.

Passaggio 10: costruire il viso, posizionare il servo Y e collegare tutto

Per prima cosa, avvitare il PCB del sensore nella piastra frontale utilizzando il dado e la vite da mezzo pollice (o 3/4 di pollice) 8-32. Quindi fissare i due divisori attorno ad esso utilizzando altre viti 8-32.

Quindi, avvitare le due ali triangolari nella piastra frontale.

Assicurati che l'ala con il corno del servo corrisponda a dove si trova il servo dell'asse Y.

Homing del servo

Stiamo facendo la stessa cosa qui. Ruota il servo completamente in senso orario usando una squadretta del servo.

Quindi attaccare l'intera piastra frontale in modo che sia quasi verticale, ma senza urtare contro altre parti in legno.

Collegamento di tutto

La vite da 2,5 pollici collega un lato della piastra frontale con il centro tramite il grande foro tagliato al laser.

Quindi utilizzare l'altra vite del servo molto piccola per avvitare il quadrilatero nel servo dell'asse Y.

Passaggio 11: collegare Arduino e collegare i cavi

Infine dobbiamo avvitare il nostro Arduino nella piastra di base usando alcune viti e dadi M3. Di solito usiamo solo due viti, ma abbiamo aggiunto dei fori per quattro. Quindi collega lo Shield ad Arduino.

Collega i servi allo scudo. Assicurarsi di collegare il servo orizzontale alla connessione dell'asse X e il servo verticale alla connessione dell'asse Y.

Abbina le cinque connessioni tra il PCB del sensore e lo schermo, sono entrambi etichettati. Collega tutti e quattro i fili.

Nota: se avrai problemi, sarà perché hai cablato qualcosa in modo sbagliato. In caso di dubbio, ricontrolla i fili del sensore e ricontrolla che i tuoi servi siano nel punto corretto.

Passaggio 12: caricare il codice

Il nostro codice è abbastanza semplice. Confronta la luce che colpisce ciascuno dei quattro resistori di rilevamento della luce e cerca di uniformarli. Questo è anche un modo molto inefficiente di fare le cose e in nessun modo si adatterebbe bene a progetti più grandi. Il più grande vantaggio di questo codice è che è interessante da guardare. Il tracker seguirà una torcia molto facilmente. Il più grande svantaggio è che non è particolarmente preciso e se esci al sole tutto il giorno non si muoverà molto spesso. Puoi modificare il codice per renderlo più sensibile, ma è un sacco di tentativi ed errori.

Se desideri scrivere il tuo codice o provare qualcosa di diverso, fantastico! Assicurati di condividere un link ad esso nei commenti.

Usando il software Arduino ufficiale, carica questo codice su Arduino.

Se i tuoi servi e sensori sono collegati, lo vedrai scattare in posizione 'Home', fermarsi per un secondo e poi muoversi di nuovo.

Passaggio 13: domande e risposte comuni

Problemi comuni con cui le persone ci chiamano.

Q1) È al sole e non funziona! Che fregatura

A1) È collegato a una fonte di alimentazione USB? Il tracker non si autoalimenta ed è interamente gestito dal cavo USB che va nell'Arduino.

Q2) La testa sbatte violentemente contro altre parti o contro il corpo

A2) È necessario "riportare a casa" i servi. Dobbiamo dare dei limiti al Servo. (Questo può essere fatto anche nel codice)

Q3) Non si muove molto, come posso cambiarlo?

A3) Prova a usare una torcia in una stanza con poca luce. Può essere sopraffatto quando si è fuori alla luce del sole.

Q4) Il mio Arduino non si carica. Che cosa sto facendo di sbagliato?

A4) Assicurati di avere i driver per il tuo Arduino installati, assicurati di aver scelto Arduino Uno dall'elenco delle schede, assicurati di aver scelto la porta di comunicazione giusta.

Q4) Questa è una fregatura totale! Come osi far pagare così tanto per un kit! Ragazzi, fate schifo

A4) Grazie per questo commento perspicace anche se non è una domanda, sei venuto qui da YouTube? Sì, addebitiamo denaro per una versione del kit, tuttavia ti forniamo tutti i componenti di cui hai bisogno e ti forniamo un'assistenza clienti reale e dal vivo. Se non vuoi acquistarlo da noi, fallo da solo con i nostri file open source e questa guida di istruzioni.

Passaggio 14: abbellimenti

Quando realizziamo la nostra versione Kit di questo progetto, includiamo anche una cella solare 6V 200mA e un voltmetro LED economico. Questa piccola cella solare non farà molto, ma puoi ricavarne alcuni dati.

Di solito fissiamo la cella solare al viso usando del velcro o del nastro di schiuma. Tieni presente che mentre potresti tecnicamente collegare un pannello solare gigante a questo progetto, lo schiacceresti all'istante. Una cella solare troppo grande aggiungerebbe ulteriore tensione ai Servo. (I tracker più grandi vorrebbero utilizzare un motoriduttore passo-passo.)

Nei nostri file tagliati al laser troverai un semplice supporto per il voltmetro LED che può essere fissato alla base utilizzando altre due viti 8-32. Usiamo i dadi per collegare il voltmetro alla cella solare. Questi tipi di Voltmetri sono alimentati dalla loro fonte, in questo caso la cella solare. Filo nero al negativo, filo rosso e bianco al positivo.

Passaggio 15: divertiti

Speriamo che questo aggiornamento aiuti molte persone e attiri ancora più persone interessate a creare il proprio inseguitore solare desktop. Se hai domande, commenti o creane uno tuo, pubblica un commento qui sotto. Ci piace vedere quali varianti divertenti escogitano le persone.

Se sei interessato a una qualsiasi delle nostre parti o forniture, prendile da BrownDogGadgets.com. E come abbiamo detto numerose volte, questo è un progetto Open Source, quindi sentiti libero di usare le tue parti e le tue forniture quanto vuoi.