دستگاه تابش خورشیدی (SID): سنسور خورشیدی مبتنی بر آردوینو: 9 مرحله

2024 نویسنده: John Day | [email protected]. آخرین اصلاح شده: 2024-01-30 08:56

دستگاه تابش خورشیدی (SID) روشنایی خورشید را اندازه گیری می کند و به طور خاص برای استفاده در کلاس درس طراحی شده است. آنها با استفاده از آردوینوس ساخته شده اند ، که به آنها اجازه می دهد توسط همه از دانش آموزان متوسطه تا بزرگسالان ایجاد شوند. این دستورالعمل توسط معلمان 2017-2018 در برنامه QESST در ASU تولید شد.

مرحله 1: وسایل را جمع آوری کنید

تجزیه و تحلیل SIDCost

1. یک آردوینو (نانو برای این پروژه استفاده شد) 19.99 دلار/5 = 4.00 دلار

2. یک تخته نان 3.99 دلار/6 = 0.66 دلار

3. مقاومت 4.7K اهم 6.50 دلار/100 دلار = 0.07 دلار

4. یک مقاومت 2.2 اهم 4/100 دلار = 0.04 دلار

5. 1 کابل RCA دو سر 6/3 $ = 2.00 دلار

6. پروب دما 19.99 دلار/10 = 2.00 دلار

7. سنسور خورشیدی 1.40 دلار/1 = 1.40 دلار

8. چهار (4) کابل جهنده 6.99 دلار/130 = 0.22 دلار (در حال حاضر در دسترس نیست ، اما گزینه های دیگر در دسترس است)

9. آهن لحیم کاری و لحیم کاری

10. برش سیم

مجموع 6.39 دلار

برای ایجاد جعبه خود (به جای چاپ سه بعدی) ، به موارد زیر نیز نیاز دارید:

1. جعبه سیاه 9.08 دلار/10 = 0.91 دلار

2. دو (2) ورودی زن RCA 8.99 دلار/30 = 0.30 دلار

3. مته ، اندازه 6 بیت و مته مرحله

مجموع 1.21 دلار

مجموع مجموع 7.60 دلار

مرحله 2: ساختن مورد خود

از آنجا که انتظار می رود دانش آموزان K-12 از این سنسورها استفاده کنند ، مفید است که همه سیم کشی ها در یک جعبه محصور شوند. یک طرف جعبه دارای یک سوراخ بزرگتر برای تغذیه رایانه است و طرف دیگر دو سوراخ برای ورودی های زن RCA دارد. برای سوراخ ورودی های RCA از مته سایز 6 استفاده کنید و از یک مته گام برای ایجاد سوراخ برای تغذیه کامپیوتر استفاده کنید. تخته نان و آردوینو شما باید به راحتی به برق متصل شوند ، بنابراین احتمالاً عاقلانه خواهد بود که قبل از ایجاد سوراخ در محل مورد نظر اندازه گیری کنید. پس از انجام این کار ، می توانید ورودی های RCA خود را پیچ کنید. در صورت عدم استفاده از سنسور دما در این پروژه ، فقط به یک ورودی RCA احتیاج دارید و می توانید بر اساس آن حفاری کنید.

همانطور که در تصویر نشان داده شده است ، آردوینو شما باید روی تخته نان فشار داده شود. تخته های نان مورد استفاده در این پروژه دارای یک لایه چسبناک هستند ، بنابراین پس از حفاری جعبه ، چسباندن تخته نان به جعبه برای کمک به سازمان می تواند مفید باشد.

اگر به چاپگر سه بعدی دسترسی دارید ، می توانید یک جعبه برای SID چاپ کنید.

مرحله 3: سرنخ های خود را به ورودی های RCA وصل کنید

دو کابل بلوز را به هر ورودی RCA وصل کنید. اگرچه این سیم ها می توانند به ورودی ها لحیم شوند ، اما به سادگی می توان سیم اطراف ورودی را تنگ کرد. اطمینان حاصل کنید که هیچ سیم سرپوشیده ای با یکدیگر تماس نداشته باشد ، در غیر این صورت ممکن است مدار شما کوتاه شود. در این حالت ، سیم های زرد و آبی به زمین و سیم های قرمز و سبز به سیم ها متصل می شوند. این رنگها برای ساخت دستگاه ضروری نیستند ، اما مشاهده نحوه اتصال سیمها به آردوینو را آسانتر می کند.

مرحله 4: کابل RCA خود را آماده کنید

یک کابل RCA دو طرفه (مردانه تا مردانه) را از وسط برش داده و از هر طرف کابل حدود یک اینچ جدا کنید. سیمهای بیرونی را که به عنوان سرب عمل می کنند بچرخانید ، سپس سیمهای داخلی زمین را بچسبانید و بچرخانید (در این تصاویر ، سیمهای زمین ابتدا با سیم سفید احاطه شده اند ، اگرچه رنگ پوشش اغلب به رنگ پوشش بستگی دارد. کابل RCA) این کار را برای هر دو سیم انجام دهید. اینها ورودی های RCA شما را با سنسورهای خورشیدی و دما متصل می کنند.

مرحله 5: سنسور خورشیدی خود را بسازید

پانل های مورد استفاده در این فرایند ارزان هستند ، اما اغلب دارای سرنخ هایی هستند که به راحتی از بین می روند. ایده خوبی است که سیم ها را با یک تکه نوار برقی محکم کنید تا این مشکل برطرف شود.

یک اینچ سیم را از سیم های پنل خورشیدی جدا کنید ، که در این حالت زرد (مثبت) و قهوه ای (منفی) هستند. انتهای مقاومت 2.2 اهم ، سرب از کابل RCA و انتهای مثبت پانل (در اینجا به رنگ زرد) را به هم بچرخانید. انتهای منفی پنل خورشیدی (اینجا با رنگ قهوه ای) ، زمین کابل RCA (اینجا سفید) و طرف دیگر مقاومت را به هم بچرخانید. توجه داشته باشید که مقاومت در اینجا موازی است.

سیمهای پانل و کابل RCA را با هم لحیم کنید. در صورت عبور سیم های سربی و زمینی دستگاه به درستی کار نخواهد کرد ، بنابراین از نوار برقی یا حرارت کوچک کننده برای محصور کردن سیم ها استفاده کنید.

مرحله 6: سنسور خورشیدی خود را سیم کشی کنید

در این مدل ، سنسور خورشیدی برای ورودی زن RCA مناسب سیم کشی شده است که دارای کابل های سبز (سربی) و آبی (زمینی) است. اگرچه می توانید از هر دو ورودی RCA استفاده کنید ، اما این امر باعث می شود نیازی به عبور سیم از طرف مقابل آردوینو نباشید.

کابل سربی (در اینجا با رنگ سبز) را به پین Arduino A5 وصل کنید. سیم پایه خود را (اینجا با رنگ آبی) به پایه (GND) در طرف آنالوگ وصل کنید (همه پین های این طرف آردوینو با A شروع می شوند).

اگر این پروژه را به پایان رساندید و سنسور خورشیدی 0 ولت را می خواند ، سعی کنید سیم زمین و سربی خود را عوض کنید. اگر سنسور به اشتباه لحیم شده باشد ، ممکن است نیاز به تعویض داشته باشد.

اگرچه در این تصاویر یک مقاومت وجود دارد ، اما در صورت عدم استفاده از سنسور دما ، نیازی به قرار دادن مقاومت ندارید.

مرحله 7: سنسور دمای خود را بسازید

از آنجا که ولتاژ خروجی سلول های خورشیدی با گرما بسیار نوسان می کند ، یک سنسور دما در تعیین میزان عملکرد حسگر خورشیدی مفید است. با این حال ، شما می توانید این دستگاه را بدون پروب دما بسازید و همچنان به عنوان یک سنسور خورشیدی عملکرد خوبی خواهد داشت.

دستورالعمل های دماسنج اختیاری:

برای هر سه سیم جدا شده از پروب دما ، یک اینچ سیم بکشید. سیمهای زرد و قرمز را به هم بچرخانید. سیمهای سیاه (زمین) را جداگانه بچرخانید. با استفاده از کابل RCA دوم ، سیمهای سیاه (زمین) را از سنسور دما و سیمهای سفید (زمین) را از کابل RCA بچرخانید. آنها را با هم لحیم کنید و با نوار برقی یا هیت شرینک بپیچید. سیمهای قرمز و زرد (سربی) را از پروب دما به سیمهای سربی روی کابل RCA بچرخانید. لحیم کنید و با نوار برقی یا حرارتی کوچک کنید.

مرحله 8: سنسور دمای خود را سیم کشی کنید

دستورالعمل های دماسنج اختیاری:

در این مدل ، سنسور دما در ورودی RCA سمت چپ قرار دارد که دارای سیم قرمز (سرب) و زرد (زمین) است.

کناره ها را خم کرده و یک مقاومت 4.7 کیلو اهم را از پایه 5 ولت به پین D2 روی نان بردار متصل کنید (برچسب ها را روی آردوینو خواهید دید ، اما در واقع مقاومت را به تخته نان متصل می کنید).

کابل زمین (زرد) خود را به پایه (gnd) کنار D2 وصل کنید.

در ستون دوم پین D2 ، کابل سربی (در اینجا با رنگ قرمز) را وصل کنید. این تنظیم اجازه می دهد تا جریان قبل از خوانده شدن توسط آردوینو از طریق مقاومت عبور کند.

مرحله 9: آردوینو خود را برنامه ریزی کنید

این کد مورد استفاده در این پروژه است. با استفاده از مانیتور سریال ، ولتاژ بر حسب ولت و درجه سانتیگراد را به خروجی می رساند. اگر این کد بلافاصله کار نمی کند ، سعی کنید سیم و سنسور خورشیدی خود را عوض کنید.

شما باید کتابخانه های دالاس دمای (https://github.com/milesburton/Arduino-Temperature-Control-Library) و The One Wire (https://github.com/PaulStoffregen/OneWire) را بارگیری کرده و آنها را در برنامه آردوینو شما

const int sunPin = A5؛ // اتصال برای استفاده در برد Arduino

شناور sunValue = 0 ؛ // متغیر را اعلام کنید

float avgMeasure (پین int ، مقیاس شناور ، int num) {analogRead (پین) ؛ // دور انداختن اولین تاخیر مقدار (2) ؛ شناور x = 0 ؛ for (int count = 0؛ count <num؛ count ++) {x = x+analogRead (پین) ؛ // تأخیر (5) ؛ } x = x / num؛ بازگشت (مقیاس x *) ؛ }

#include #include // سیم داده به پین 2 در Arduino متصل شده است #تعریف ONE_WIRE_BUS 2 // برای برقراری ارتباط با هر دستگاه OneWire یک نمونه oneWire // (نه فقط ICs دما Maxim/Dallas) OneWire oneWire (ONE_WIRE_BUS) ؛ // مرجع oneWire ما را به دالاس دمای ارسال کنید. سنسورهای دما دالاس (& oneWire) ؛ void setup () {analogReference (INTERNAL)؛ // از مرجع 1.1 V Serial.begin (115200) استفاده کنید ؛ // ارتباط با 115200. سریعتر از استاندارد 9600 Serial.print ("Voltage") ؛ // عنوان ولتاژ Serial.print ("")؛ // spacer Serial.print ("دما") ؛ // عنوان سنسور دما

// راه اندازی کتابخانه sensors.begin ()؛}

حلقه خالی () {sunValue = avgMeasure (sunPin ، 1.0 ، 100) ؛ // با زیر برنامه تماس بگیرید تا 100 اندازه گیری متوسط sunValue = sunValue * 1.07422؛ // شمارش آردوینو را به ولتاژ تبدیل می کند ، زیرا 1024 شمارش و 1.1 ولت وجود دارد. sensors.request دما ()؛ // ارسال فرمان برای دریافت درجه حرارت Serial.println ("")؛ // شروع خط جدید Serial.print (sunValue) ؛ // خروجی ولتاژ Serial.print ("")؛ // spacer Serial.print (sensors.getTempCByIndex (0)) ؛ // خروجی تاخیر دما (1000) ؛ // هر ثانیه یکبار داده ها را می خواند.

}