Dispositivo di irraggiamento solare (SID): un sensore solare basato su Arduino: 9 passaggi

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

Il Solar Irradiance Device (SID) misura la luminosità del sole ed è specificamente progettato per essere utilizzato in classe. Sono costruiti utilizzando Arduino, che consente loro di essere creati da tutti, dagli studenti delle scuole medie agli adulti. Questo istruttivo è stato prodotto dagli insegnanti 2017-2018 del programma QESST dell'ASU.

Passaggio 1: raccogliere i rifornimenti

SIDC Analisi dei costi

1. Un Arduino (il nano è stato utilizzato per questo progetto) $ 19,99/5 = $ 4,00

2. Una breadboard $ 3,99/6 = $ 0,66

3. Un resistore da 4,7K ohm $ 6,50/100 = $ 0,07

4. Un resistore da 2,2 ohm $ 4/100 = $ 0,04

5. 1 cavo RCA a due estremità $ 6/3 = $ 2,00

6. Sonda di temperatura $ 19,99/10 = $ 2,00

7. Un sensore solare $ 1,40/1 = $ 1,40

8. Quattro (4) cavi jumper $ 6,99/130 = $ 0,22 (non disponibile al momento, ma sono disponibili altre opzioni)

9. Saldatore e saldatore

10. Tagliafili

Totale $ 6,39

Per creare la tua scatola (invece di stamparla in 3D), avrai anche bisogno di:

1. Scatola nera $ 9,08/10 = $ 0,91

2. Due (2) ingressi femmina RCA $ 8,99/30 = $ 0,30

3. Trapano, punta da 6 e punta a gradino

Totale $1.21

Totale cumulativo $ 7,60

Passaggio 2: costruire il tuo caso

Poiché ci si aspetta che gli studenti della scuola primaria e secondaria utilizzino questi sensori, è utile che tutti i cavi siano racchiusi in una scatola. Un lato della scatola ha un foro più grande per l'alimentazione al computer e l'altro ha due fori per gli ingressi RCA femmina. Utilizzare una punta da trapano di dimensione 6 per praticare i fori per gli ingressi RCA e una punta da trapano a gradini per praticare un foro per l'alimentazione del computer. La tua breadboard e Arduino devono essere comodamente collegati, quindi sarebbe probabilmente saggio misurare dove devono essere i fori prima di praticarli. Una volta fatto questo, puoi avvitare i tuoi ingressi RCA. Se scegli di non includere un sensore di temperatura in questo progetto, avrai bisogno di un solo ingresso RCA e potrai eseguire il foro di conseguenza.

Il tuo Arduino deve essere premuto nella breadboard, come mostrato nell'immagine. Le breadboard utilizzate in questo progetto hanno un fondo appiccicoso, quindi dopo che la scatola è stata forata, può essere utile attaccare la breadboard alla scatola per aiutare l'organizzazione.

Se hai accesso a una stampante 3D, puoi in alternativa stampare una scatola per SID.

Passaggio 3: collega i cavi agli ingressi RCA

Collegare due cavi jumper a ciascun ingresso RCA. Sebbene questi cavi possano essere saldati agli ingressi, è più semplice e veloce crimpare semplicemente il filo attorno all'ingresso. Assicurati che nessun filo scoperto si tocchi l'un l'altro o il circuito potrebbe essere in corto. In questo caso i fili giallo e blu sono collegati a terra, mentre i fili rosso e verde sono collegati ai conduttori. Questi colori non sono necessari per la costruzione del dispositivo, ma rendono più facile vedere come i cavi sono collegati ad Arduino.

Passaggio 4: prepara il cavo RCA

Taglia a metà un cavo RCA a doppia faccia (maschio-maschio) e spella circa un pollice da ciascun lato del cavo. Attorcigliare insieme i fili esterni che fungono da conduttore, quindi spellare e attorcigliare i fili interni che costituiscono la massa (in queste immagini, i fili di massa sono inizialmente circondati da filo bianco, sebbene il colore del rivestimento spesso dipenda dal colore del il cavo RCA). Fai questo per entrambi i fili. Questi collegheranno i tuoi ingressi RCA con i tuoi sensori solari e di temperatura.

Passaggio 5: costruisci il tuo sensore solare

I pannelli utilizzati in questo processo sono economici, ma spesso hanno cavi che si staccano facilmente. È una buona idea fissare i cavi con un pezzo di nastro isolante per risolvere questo problema.

Spellare un pollice di filo dai cavi del pannello solare, che in questo caso sono gialli (positivi) e marroni (negativi). Attorcigliare l'estremità di un resistore da 2,2 ohm, il cavo del cavo RCA e l'estremità positiva del pannello (qui in giallo). Attorcigliare l'estremità negativa del pannello solare (qui in marrone), la massa del cavo RCA (qui in bianco) e l'altro lato del resistore. Nota che il resistore è in parallelo qui.

Saldare i fili dal pannello e il cavo RCA insieme. Il dispositivo non funzionerà correttamente se il cavo e i fili di terra si incrociano, quindi utilizzare nastro isolante o termoretraibile per racchiudere i fili.

Passaggio 6: cablare il sensore solare

Su questo modello, il sensore solare è cablato per l'ingresso femmina RCA destro, che ha cavi verdi (cavo) e blu (massa). Sebbene sia possibile utilizzare entrambi gli ingressi RCA, ciò eviterà di dover incrociare i cavi sul lato opposto dell'Arduino.

Collega il cavo (qui in verde) al pin Arduino A5. Collega il cavo di massa (qui in blu) al pin di terra (GND) sul lato analogico (tutti i pin su questo lato di Arduino iniziano con A).

Se finisci questo progetto e il sensore solare sta leggendo 0 volt, prova a cambiare terra e cavi. Se il sensore è stato saldato in modo errato, potrebbe essere necessario cambiarli.

Sebbene in queste immagini sia presente un resistore, non è necessario includere un resistore se si sceglie di non includere un sensore di temperatura.

Passaggio 7: costruisci il tuo sensore di temperatura

Poiché l'uscita di tensione delle celle solari fluttua così notevolmente con il calore, un sensore di temperatura è utile per determinare quanto bene possa funzionare il sensore solare. Tuttavia, puoi scegliere di costruire questo dispositivo senza la sonda di temperatura e funzionerà comunque abbastanza bene come sensore solare.

Istruzioni per il termometro opzionale:

Spelare un pollice di filo per ciascuno dei tre fili che escono dalla sonda di temperatura. Attorcigliare i fili giallo e rosso insieme. Attorcigliare i fili neri (massa) separatamente. Usando il tuo secondo cavo RCA, attorciglia i fili neri (massa) dal sensore di temperatura insieme ai fili bianchi (massa) dal cavo RCA. Saldare insieme e avvolgere con nastro isolante o termoretraibile. Attorcigliare i fili rosso e giallo (piombo) dalla sonda di temperatura ai fili conduttori sul cavo RCA. Saldare e avvolgere con nastro isolante o termoretraibile.

Passaggio 8: collegare il sensore di temperatura

Istruzioni per il termometro opzionale:

Su questo modello, il sensore di temperatura si trova nell'ingresso RCA sinistro, che ha i cavi rosso (cavo) e giallo (massa).

Piega i lati e collega un resistore da 4,7k ohm dal pin 5V al pin D2 sulla breadboard (vedrai le etichette per questi su Arduino, ma in realtà collegherai il resistore alla breadboard).

Collega il cavo di terra (giallo) al pin di terra (gnd) accanto a D2.

Sulla seconda colonna del pin D2, collegare il cavo principale (qui in rosso). Questa configurazione consente alla corrente di fluire attraverso il resistore prima di essere letta da Arduino.

Passaggio 9: programma il tuo Arduino

Questo è il codice utilizzato in questo progetto. Emette tensione in volt e temperatura in gradi Celsius utilizzando il monitor seriale. Se questo codice non funziona immediatamente, prova a cambiare il cavo e la massa per il tuo sensore solare.

Dovrai scaricare le librerie Dallas Temperature (https://github.com/milesburton/Arduino-Temperature-Control-Library) e One Wire (https://github.com/PaulStoffregen/OneWire) e includerle in il tuo programma arduino.

const int sunPin = A5; // connettore da usare sulla scheda Arduino

float valoresole = 0; //dichiara la variabile

float avgMeasure(int pin, float scale, int num) { analogRead(pin); //scarta il ritardo del primo valore(2); float x = 0; for (int count = 0; count < num; count++) { x = x + analogRead(pin); //ritardo(5); } x = x / numero; ritorno (x * scala); }

#include #include // Il cavo dati è collegato al pin 2 di Arduino #define ONE_WIRE_BUS 2 // Imposta un'istanza oneWire per comunicare con qualsiasi dispositivo OneWire // (non solo i circuiti integrati di temperatura Maxim/Dallas) OneWire oneWire (ONE_WIRE_BUS); // Passa il nostro riferimento oneWire a Dallas Temperature. DallasSensori di temperatura(&oneWire); void setup() { analogReference(INTERNO); //usa il riferimento 1.1 V Serial.begin(115200); // comunica a 115200. Più veloce dello standard di 9600 Serial.print("Voltage"); //Titolo per la tensione Serial.print(" "); //spacer Serial.print("Temperatura"); //Titolo per il sensore di temperatura

// Avvia la libreria sensor.begin();}

void loop() { sunValue = avgMeasure(sunPin, 1.0, 100); //chiama la subroutine per prendere 100 misurazioni una media sunValue = sunValue * 1.07422; //Converte i conteggi di Arduino in tensione, poiché ci sono 1024 conteggi e 1,1 V. sensori.requestTemperatures(); // Invia il comando per ottenere le temperature Serial.println(""); //inizia una nuova riga Serial.print(sunValue); //emette la tensione Serial.print(" "); //spacer Serial.print(sensors.getTempCByIndex(0)); // emette il ritardo di temperatura (1000); //legge i dati una volta al secondo.

}