Inseguitore solare fai da te: 27 passaggi (con immagini)

2024 Autore: John Day | [email protected]. Ultima modifica: 2024-01-30 10:00

introduzione

Il nostro obiettivo è introdurre i giovani studenti all'ingegneria e insegnare loro l'energia solare; facendogli costruire un Helios come parte del loro curriculum. C'è uno sforzo nell'ingegneria per allontanare la generazione di energia dall'uso di combustibili fossili e verso alternative più verdi. Un'opzione per un'energia più verde è utilizzare un dispositivo chiamato eliostato, che utilizza uno specchio per dirigere la luce del sole su un bersaglio durante il giorno. Un tale dispositivo può essere utilizzato per molte applicazioni, dalla concentrazione dell'energia solare sul serbatoio di calore di una centrale elettrica all'illuminazione di aree bloccate dal sole.

Oltre al numero di utilizzi di questa tecnologia, esiste anche una vasta gamma di strutture progettate per consentire l'inseguimento solare. La struttura fisica del design di Helios, come con altri progetti di eliostati, funziona per montare uno specchio su due assi controllabili. Il meccanismo seguirà il sole utilizzando un programma per calcolare la posizione della stella nel cielo durante il giorno, in base alla posizione globale dell'Helios. Un microcontrollore Arduino verrà utilizzato per eseguire il programma e controllare i due servomotori.

considerazioni sul design

Per garantire che questo progetto fosse ampiamente disperso, è stato fatto uno sforzo considerevole per progettare l'Helios da costruire con strumenti comuni e materiali economici. La prima scelta progettuale è stata quella di costruire il corpo quasi interamente con un'anima in schiuma, che è rigida, economica, facile da acquisire e facile da tagliare. Inoltre, per la massima resistenza e rigidità, è stata prestata attenzione alla progettazione del corpo in modo che tutte le parti in schiuma siano in tensione o compressione. Ciò è stato fatto per sfruttare la forza dell'anima in schiuma in termini di tensione e compressione e perché l'adesivo utilizzato è più efficace nel supportare un carico in tensione che in flessione. Inoltre, l'albero collegato allo specchio è alimentato tramite una cinghia di distribuzione, che consente un piccolo errore di allineamento tra il motore e lo specchio, i servomotori sono precisi entro 1 grado e la piattaforma funziona con Arduino open source piattaforma. Queste scelte progettuali, insieme ad alcune altre considerazioni, rendono il design presentato uno strumento educativo durevole e conveniente.

La nostra promessa open-source

L'obiettivo di Helios è promuovere la formazione ingegneristica. Poiché questo è il nostro obiettivo principale, il nostro lavoro è concesso in licenza con la licenza GNU FDL. Gli utenti hanno pieno diritto di riprodurre e migliorare ciò che abbiamo fatto, purché continuino a farlo con la stessa licenza. Ci auguriamo che gli utenti migliorino il design e continuino a far evolvere Helios in uno strumento di apprendimento più efficace.

Epilog Challenge VIan Epilog Zing 16 Laser mi permetterebbe di completare progetti di qualità superiore e aumentare la quantità di impatto che ho con loro. Costruire cose interessanti su larga scala e armeggiare in modo più efficace in generale. Un Epliog Laser mi permetterebbe anche di costruire cose più interessanti e scrivere Instructables più interessanti, come questo su un Kayak che ho ristrutturato. Il mio prossimo obiettivo è costruire un kayak da compensato tagliato al laser e rinforzato con fibra di carbonio o fibra di vetro, nonché una tavola da surf in cartone avvolta in fibra strutturale.

Ho anche inserito questo istruttore nei concorsi Tech e Teach It. Se ti è piaciuto questo post, vota!

Passaggio 1: Sommario

Sommario:

• Introduzione: inseguitore solare fai-da-te
• Sommario
• Strumenti e Distinta Materiali
• Passaggio 1-16 Assemblaggio hardware
• Step 17-22 Assemblaggio dell'elettronica
• Link di acquisto
• Opere citate
• Grazie per il vostro sostegno!!!

Passaggio 2: strumenti e distinta base

Tutti questi strumenti possono essere acquistati presso i negozi locali o ai link nella sezione di riferimento. Il costo totale di questi materiali è di circa $ 80, se sono tutti acquistati online ai link indicati.

BOM

• Trapano elettrico
• Punte da trapano (diametro.1258",.18" e.5")
• Set di cacciaviti
• Bordo dritto
• Taglierino
• Grandi impugnature per morse
• 2 fogli con anima in schiuma (20 "X 30", ~.2 pollici di spessore)
• Asta lunga 9,5" per 1/2" di diametro
• Dado quadrato (7/16" -14 dimensione filettatura, 3/8" di spessore)
• Servo Vigor VS-2A (39,2 g/5 kg/0,17 sec)
• Nastro
• Pulegge per cinghie dentate (2), 1” DE
• rondelle
• Colla Krazy
• Cinghia Dentata 10"
• Modelli (file allegati)
• Foglio acrilico specchiato (6 "X 6")
• Krazy Colla Gel
• 8 viti a macchina (4-40, lunghe 25 mm)
• 8 noci (4-40)
• Unghie lunghe 1,5"
• Starter Kit per Arduino Uno
• Modulo orologio in tempo reale
• Alimentatore adattatore da parete (5VDC 1A)
• Batteria da 9V
• Resistenza da 3,3 KOhm (2)

Passaggio 3:

Stampa i modelli nel file allegato.

Nota: devono essere stampati a grandezza naturale. Confronta le stampe con i PDF, per assicurarti che la tua stampante non abbia cambiato la scala.

Passaggio 4:

Fissare i modelli al pannello poster come mostrato nella Figura 1 e, utilizzando le linee centrali come guide, praticare i fori da 0,18 pollici e 0,5 pollici.

Nota: praticare prima i fori da 0,5 pollici con la punta da trapano da 0,18 pollici per una maggiore precisione.

Passaggio 5:

Con un taglierino affilato ritagliate i singoli componenti.

Nota: Tagliare l'anima in schiuma con più passaggi del taglierino, questo risulterà in un taglio molto più pulito. Non cercare di tagliare l'intero foglio in una sola passata.

Passaggio 6:

Incolla insieme i ritagli corrispondenti come mostrato nella Figura 2, usando la super colla. Dovresti essere in grado di guardare attraverso i ritagli e vedere che tutti i fori sono allineati, la base delle parti 1 e 2 dovrebbe essere piatta e un modello sulla parte 3 dovrebbe essere rivolto verso l'esterno.

Nota: dopo aver applicato la colla su una superficie, unire le parti e premerle insieme per 30 secondi. Quindi, lascia che la colla si fissi per cinque minuti.

Passaggio 7:

Usando il gel della supercolla, incolla le parti 1, 2 e 3 insieme come mostrato nella Figura 3. Assicurati che le parti siano disposte in modo che i fori di diametro 0,5 siano più vicini alla sezione della base etichettata come corta, assicurati anche che la sagoma sulla base sia rivolta verso il basso/fuori. Lascia che la colla si fissi per cinque minuti. Dopo che la colla si è fissata, inserisci 3 chiodi attraverso la base e in ciascuno dei montanti per un maggiore supporto.

Passaggio 8:

Tagliare lo strato superiore di entrambe le traverse e inserirle nell'Helios come mostrato nella Figura 4. Applicare il gel di supercolla ai giunti tra le traverse e le pareti dell'Helios e la superficie condivisa tra le due traverse, come indicato in blu. Lascia che la colla si fissi per cinque minuti.

Passaggio 9:

Posizionare un pezzo di nastro adesivo lungo i tagli, come mostrato nella Figura 5.

Passaggio 10:

Superincolla il distanziatore alla base, allineandolo alla sagoma come mostrato in Figura 6, e lascia che la colla si fissi per cinque minuti.

Passaggio 11:

Centrare la squadretta del servo più grande sulla base inferiore e fissarla con la supercolla, come mostrato nella Figura 7. Lasciare che la colla si fissi per cinque minuti.

Passaggio 12:

Alesare una delle pulegge della cinghia di distribuzione in un foro di diametro 0,5 pollici utilizzando la punta del trapano da 0,5 pollici e verificare che si adatti all'albero di diametro 0,5 pollici. Dovrebbe premere o avere uno spazio abbastanza piccolo da riempire con la super colla. Se il foro è troppo piccolo, levigare a mano il diametro esterno dell'albero.

Passaggio 13:

Alesare con cautela due dadi quadrati in fori di diametro 0,5 e verificare che si adattino perfettamente all'albero.

Nota: Fissare il dado a una superficie sacrificale, con un paio di morse, e aumentare progressivamente il diametro del foro con più punte fino a lasciare un foro di diametro 0,5 pollici. Ricordarsi di affondare lentamente la punta del trapano nel dado.

Passaggio 14:

Fissare una squadretta del servo alla puleggia della cinghia di distribuzione come mostrato qui, facendo attenzione a centrare l'asse della squadretta del servo con la puleggia, come mostrato nella Figura 8.

Passaggio 15:

Assemblare l'albero e il servo, senza colla, e allineare le due pulegge della cinghia di distribuzione come mostrato nella Figura 9. Parte dell'asta dovrebbe essere esposta dalla parete opposta alla puleggia.

Nota: Avvitare il servo nei montanti, facendo attenzione a non forzare le viti attraverso l'anima in schiuma, e avvitare la squadretta del servo nel servo. Puoi usare la supercolla invece delle viti, tuttavia non sarai in grado di smontare facilmente l'unità.

Passaggio 16:

Una volta che la puleggia dell'albero è allineata con la puleggia del servo, fai scorrere il set interno di rondelle contro ogni parete e incollale all'albero usando il gel della supercolla. Eviteranno che l'albero scivoli fuori allineamento. Inoltre, incolla la puleggia sull'albero usando la super colla. Lascia agire la colla per cinque minuti.

Passaggio 17:

Accorciare la cinghia di distribuzione alla lunghezza corretta, circa 7,2 pollici, e utilizzare il gel di supercolla per creare un anello che collega la puleggia dell'albero alla puleggia del servo, come mostrato nella Figura 10. Per prima cosa, avvolgere la cinghia attorno a entrambe le pulegge ed estrarre la lento. Ora, taglia la cintura subito dopo i denti su entrambe le estremità, le estremità della cintura in modo che si uniscano appena l'una all'altra. Ora taglia circa 0,5 di cintura dal pezzo che hai appena rimosso. Infine, unisci entrambe le estremità e incollale con questa lunghezza extra di cintura, immagine 2. Una volta che la colla si asciuga, posiziona la cintura attorno alle pulegge. Dovrebbe essere così aderente che dovrai staccare la puleggia dal servo per montare la cinghia. Se si adatta, mettilo da parte per dopo.

Passaggio 18:

Incolla il modello dello specchio sul retro dello specchio o disegna la linea centrale a mano. Quindi, usando la linea come guida, incolla i dadi quadrati sullo specchio con il gel della super colla. Assicurati che lo specchio sia in grado di ruotare di 180 gradi da rivolto verso l'alto a rivolto verso il basso senza interferire con nulla, quindi incolla i dadi quadrati all'asta con il gel della supercolla.

Nota: il bordo inferiore delle rondelle quadrate deve essere allineato con la linea tratteggiata sul modello.

Passaggio 19:

Installa il servo finale, fissa la base inferiore al servo finale con una vite attraverso la squadretta del servo e posiziona la cinghia di distribuzione sulle pulegge per completare l'Helios.

Nota: una volta compreso il funzionamento dell'elettronica e del software, leggendo di seguito, è possibile regolare il proprio Helios per aumentarne la precisione.

Passaggio 20:

Collegare i servi come mostrato, lasciando l'alimentazione scollegata dal jack DC. (Figura 12)

Nota: Collega la batteria da 9 volt direttamente all'Arduino tramite il jack sulla scheda e collega l'Arduino al computer tramite la sua porta USB. NON collegare la batteria da 9 volt alla scheda di prototipazione, poiché ciò potrebbe danneggiare l'orologio in tempo reale.

Passo 21:

Scarica e installa Arduino versione 1.0.2 da qui.

Nota: questo download include il codice di controllo Helios e tutte le librerie necessarie per eseguirlo. Per installarlo, scarica la cartella e decomprimila. Il programma Arduino viene eseguito direttamente dalla sua directory, non è richiesta alcuna installazione formale. Per indicazioni generali sull'installazione e indicazioni su come installare i driver per il tuo Arduino, vai qui.

Passaggio 22:

Esegui il Blink Arduino Sketch in base alle indicazioni qui. Una volta che questo breve schizzo funziona, puoi essere sicuro di aver collegato correttamente il tuo Arduino al tuo computer.

Passaggio 23:

Aprire il programma di controllo (ArduinoCode >Helios_2013) per impostare l'ora e la posizione dell'Heliostat e per caricare il programma su Arduino.

1) Scegli se vuoi che Helios agisca come un pannello solare e segua il sole (imposta la variabile eliostato=0) o un eliostato (imposta la variabile eliostato=1)

un. Nota: ti consigliamo di provarlo prima come pannello solare per assicurarti che si muova come previsto. Se uno degli assi sembra essere spento, potresti aver inserito uno dei servi al contrario.

2) Ruotare delicatamente Helios in senso orario fino in fondo. Quindi puntare l'intera macchina verso est.

3) Inserisci le coordinate della tua posizione.

un. Trova le coordinate di una posizione da Google cercando l'indirizzo. Quindi, fai clic con il pulsante destro del mouse sulla posizione e seleziona "Cosa c'è qui?". Le coordinate appariranno nella casella di ricerca, con latitudine e longitudine.

B. Modificare i valori di latitudine e longitudine predefiniti nel programma con i valori di latitudine e longitudine di Helios.

4) Se scegli di utilizzare Helios come pannello solare, salta questo passaggio. Se scegli di usare Helios come eliostato, inserisci l'altitudine e l'angolo di azimut del bersaglio di Helios. Il sistema di coordinate è definito nella Figura 15.

5) Per impostare il Real Time Clock, determinare l'ora corrente in UTC e sostituire le variabili corrispondenti con questi valori, in ora militare. Quindi elimina "//" dove indicato, carica lo schizzo e sostituisci "//" (Es. 18:30 EST è 22:30 UTC. Nel programma sembrerebbe ora = 22, minuto = 30 e secondo=0)

un. Dopo che l'orologio è stato impostato, scollegare i servi ed eseguire il codice in modalità "pannello solare" (heliostat=0). Verifica gli angoli calcolati dell'inseguitore solare con qualcosa come il calcolatore della posizione solare da sunearthtools.com (https://www.sunearthtools.com/dp/tools/pos_sun.php). "dAzimuth" è l'angolo di azimut del sole come previsto da Helios e "dElevation" è l'angolo di elevazione/altitudine del sole. Sia le previsioni di Helios che quelle del sito web dovrebbero concordare entro circa cinque gradi. Qualsiasi discrepanza all'interno di questo intervallo deriva dall'orario di caricamento che è scaduto di alcuni minuti e causerebbe un cambiamento impercettibile nel comportamento di Helios.

B. Una volta che la previsione di Helios per la posizione del sole è accurata, sostituisci "//" per commentare il codice che imposta l'orologio. L'orologio in tempo reale deve essere impostato solo una volta, quindi non dovrà essere aggiornato quando carichi nuovi schizzi o cambi obiettivi.

6) Rimuovere l'USB e l'alimentazione da Arduino e collegare nuovamente i servomotori.

Passaggio 24:

Se Helios è stato assemblato correttamente, dovrebbe puntare verso il bersaglio che comandi e mantenere stazionario il riflesso del sole quando viene applicata nuovamente l'alimentazione all'Arduino. Helios correggerà il riflesso del sole di ogni grado. Ciò significa che la riflessione del sole si sposterà finché il sole non si sarà spostato di un grado, a questo punto Helios si sposterà per correggere il riflesso. Una volta compreso il funzionamento del programma, potresti voler giocare con le variabili "offset_Elv" (Elevation) e "offset_Az" (Azimut) per compensare eventuali errori di assemblaggio. Queste variabili controllano l'orientamento del sistema di coordinate di Helios.

Passaggio 25: link di acquisto

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+ schiuma + nucleo

Asta: https://www.mcmaster.com/#cast-acrylic/=i6zw7m (Numero parte: 8528K32)

Taglierina:

Servo:

Nastro: 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= invisibile+nastro

Modelli: stampa le pagine alla fine di questo documento. La carta può essere acquistata online su:

Dado quadrato: https://www.mcmaster.com/#machine-screw-square-nuts/=hflvij (Numero parte: 98694A125)

Super colla:

Gel per colla super: 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+ istantaneo+krazy+colla

Bordo diritto:

Trapano elettrico:

Viti: https://www.mcmaster.com/#machine-screw-fasteners/=mumsm1 (Numero parte: 90272A115)

Dadi: https://www.mcmaster.com/#hex-nuts/=mums50 (Numero parte: 90480A005)

Specchio: https://www.mcmaster.com/#catalog/118/3571/=i705h8 (Numero parte: 1518T18)

Set di cacciaviti:

2 pulegge per cinghie dentate: https://sdp-si.com/eStore/Direct.asp?GroupID=218 (Numero parte: A 6M16-040DF25)

Cinghia dentata: https://www.mcmaster.com/#timing-belts/=i723l2 (Numero parte: 7887K82)

Punte da trapano:

Rondelle: https://www.mcmaster.com/#catalog/118/3226/=hzc366 (Numero parte: 95630A246)

Morse grandi:

Unghie: https://www.mcmaster.com/#standard-nails/=i708x6 (Numero parte: 97850A228)

Kit Arduino:

Modulo orologio in tempo reale:

Alimentazione:

Batteria:

Resistori:

Passaggio 26: opere citate

4 foto. (2112, 07 07). navigazione con bussola 3D. Estratto il 6 giugno 2013, da 4photos:

Commons, C. (2010, 1 gennaio). Modulo orologio in tempo reale. Estratto il 28 maggio 2013, da Sparkfun:

Commons, C. (2011, 1 gennaio). Adattatore DC Barrel Jack - Compatibile con breadboard. Estratto il 28 maggio 2013, da Sparkfun:

Commons, C. (2013, 16 maggio). Libreria Ethernet. Estratto il 28 maggio 2013, da Arduino:

ElmarM. (2013, 24 marzo). Bambola stregata. Estratto il 28 maggio 2013, da instructables: https://www.instructables.com/id/Now-the-fun-part-create-a-creepy-story-to-go-wit/step17/Arduino-and-Breadboard -impostare/

Sguardo, M. (n.d.). STEPss. Estratto il 28 maggio 2013, da kennyviper:

sonlineshop. (2012, 1 gennaio). Resistenza 2.2K Ohm. Estratto il 28 maggio 2013, da

Passaggio 27: grazie per il tuo supporto!

Vorremmo estendere un enorme ringraziamento ad Alexander Mitsos, il nostro consulente di supporto, e tutte le persone che ci hanno supportato durante questo progetto:

• Whitney Meriwether
• Benjamin Bangsberg
• Walter Bryan
• Radha Krishna Gorle
• Matteo Miller
• Katharina Wilkins
• Garratt Gallagher
• Rachel Nottelling
• Randall Heath
• Paolo calzolaio
• Bruce Bock
• Robert Davy
• Nick Bolitho
• Nick Bergeron
• Paolo Inglese
• Alessandro Mitsos
• Matt C
• William Bryce
• Nilton Lessa
• Emerson Yearwood
• Jost Jahn
• Carl Men
• Nina
• Michael e Liza
• Walter Lickteig
• Andrew Heine
• Ricco Ramsland
• Bryan Miller
• Netia McCray
• Roberto Melendez

Secondo classificato nel Tech Contest

Secondo classificato nella Sfida Epilog VI