ردیاب خورشیدی DIY: 27 مرحله (همراه با تصاویر)

2024 نویسنده: John Day | [email protected]. آخرین اصلاح شده: 2024-01-30 08:52

معرفی

هدف ما این است که دانش آموزان جوان را با مهندسی آشنا کرده و انرژی خورشیدی را به آنها آموزش دهیم. با ایجاد یک Helios به عنوان بخشی از برنامه درسی خود. در مهندسی تلاش می شود تا تولید انرژی را از استفاده از سوخت های فسیلی دور کرده و به سمت جایگزین های سبزتری سوق دهد. یکی از گزینه های انرژی سبز استفاده از دستگاهی به نام هلیواستات است که از آینه برای هدایت نور خورشید به هدف در طول روز استفاده می کند. چنین دستگاهی را می توان برای کاربردهای زیادی استفاده کرد ، از تمرکز انرژی خورشیدی بر روی مخزن حرارتی یک نیروگاه گرفته تا مناطق روشن کننده که از خورشید مسدود شده اند.

علاوه بر تعداد موارد استفاده از این فناوری ، طیف متنوعی از ساختارها نیز وجود دارد که برای ردیابی خورشیدی طراحی شده است. ساختار فیزیکی طراحی هلیوس ، مانند دیگر طرح های هلیواستات ، عملکردی برای نصب آینه بر روی دو محور قابل کنترل دارد. این مکانیسم خورشید را با استفاده از برنامه ای برای محاسبه موقعیت ستاره در آسمان تصور می کند که بر اساس موقعیت جهانی هلیوس است. برای اجرای برنامه و کنترل دو سرو موتور از یک میکروکنترلر آردوینو استفاده می شود.

ملاحظات طراحی

برای اطمینان از پراکندگی گسترده این پروژه ، تلاش زیادی در طراحی هلیوس با ابزارهای رایج و مصالح ارزان انجام شد. اولین انتخاب طراحی این بود که بدنه را تقریباً از هسته فوم بسازید ، که سفت و محکم ، مقرون به صرفه ، به راحتی تهیه می شود و برش آن آسان است. همچنین ، برای حداکثر استحکام و سفتی ، طراحی بدنه به گونه ای انجام شد که تمام قسمت های فوم یا در کشش یا فشرده سازی باشند. این کار به منظور استفاده از استحکام هسته فوم در کشش و فشرده سازی انجام شده است و چون چسب مورد استفاده در تحمل بار در کشش م thanثرتر از خم شدن است. علاوه بر این ، شفت متصل به آینه از طریق یک تسمه تایم تغذیه می شود ، که امکان خطای کوچک در تراز شدن بین موتور و آینه را فراهم می کند ، سرو موتورها تا 1 درجه دقیق هستند و سکو روی منبع باز آردوینو کار می کند. سکو. این انتخاب های طراحی به همراه چند ملاحظات دیگر ، طرح ارائه شده را به یک ابزار آموزشی بادوام و مقرون به صرفه تبدیل می کند.

وعده منبع باز ما

هدف Helios ارتقاء آموزش مهندسی است. از آنجا که این تمرکز اصلی ما است ، کار ما تحت مجوز GNU FDL دارای مجوز است. کاربران از حقوق کامل برای تکثیر و بهبود آنچه ما انجام داده ایم برخوردارند ، مادامی که این کار را با همان مجوز ادامه دهند. ما امیدواریم که کاربران طراحی را بهبود بخشند و Helios را به یک ابزار یادگیری موثرتر ادامه دهند.

Epilog Challenge از طریق لیزر Epilog Zing 16 به من امکان می دهد پروژه های با کیفیت بالاتر را تکمیل کنم و میزان تأثیرگذاری را با آنها افزایش دهم. چیزهای جالب در مقیاس بزرگ بسازید و به طور کلی به طور م effectivelyثرتری کار کنید. لیزر Epliog همچنین به من امکان می دهد چیزهای جالب تری بسازم و دستورالعمل های جالب تری بنویسم ، مانند این مورد در مورد یک کایاک که من آن را تعمیر کردم. هدف بعدی من ساخت یک کایاک از تخته سه لا برش لیزری است که با الیاف کربن یا الیاف شیشه تقویت شده است ، و همچنین یک تخته موج سواری مقوایی که در الیاف ساختاری پیچیده شده است.

من همچنین این مسابقه را در مسابقات Tech and the Teach It وارد کرده ام. اگر از این پست لذت بردید ، لطفا رای دهید!

مرحله 1: فهرست مطالب

فهرست مطالب:

• مقدمه: DIY Solar Tracker
• فهرست مطالب
• ابزارها و بیل مواد
• مرحله 1-16 مونتاژ سخت افزار
• مرحله 17-22 مونتاژ الکترونیک
• پیوندهای خرید
• آثار ذکر شده
• از حمایت شما متشکرم!!!

مرحله 2: ابزار و فهرست مواد

همه این ابزارها را می توانید در فروشگاه های محلی یا پیوندهای بخش مرجع خریداری کنید. هزینه کلی این مواد تقریباً 80 دلار است ، اگر همه آنها بصورت آنلاین در پیوندهای داده شده خریداری شوند.

BOM

• مته قدرت
• مته (0.1258 "،.18" ، و.5 "قطر)
• ست پیچ گوشتی
• لبه راست
• کاتر
• دستگیره های بزرگ
• 2 ورق فوم (20 "X 30" ، ~.2in ضخامت)
• قطر میله 9.5 اینچ طول 1/2 اینچ
• مهره مربعی (7/16 "-14 اندازه موضوع ، 3/8" ضخامت)
• Vigor VS-2A Servo (39.2 گرم/5 کیلوگرم/0.17 ثانیه)
• نوار
• قرقره کمربند زمان بندی (2) ، 1 اینچ OD
• واشرها
• چسب کرانسی
• تسمه تایم 10"
• الگوها (فایل های پیوست شده)
• ورق اکریلیک آینه ای (6 "X 6")
• ژل چسب Krazy
• 8 پیچ ماشین (4-40 ، طول 25 میلی متر)
• 8 آجیل (4-40)
• ناخن های 1.5 اینچی
• استارت کیت برای Arduino Uno
• ماژول ساعت واقعی
• منبع تغذیه آداپتور دیواری (5VDC 1A)
• باتری 9 ولت
• مقاومت 3.3 کیلو اهم (2)

مرحله 3:

قالب ها را در فایل پیوست چاپ کنید.

توجه: اینها باید در مقیاس کامل چاپ شوند. چاپها را با فایلهای PDF مقایسه کنید تا مطمئن شوید که چاپگر شما مقیاس را تغییر نداده است.

مرحله 4:

الگوها را مانند شکل 1 روی تابلو پوستر محکم کنید و با استفاده از خطوط مرکزی به عنوان راهنما ، سوراخ های 18 اینچی و 5 اینچی را ایجاد کنید.

توجه: ابتدا سوراخ های 5 اینچی را با مته.18 اینچی برای افزایش دقت ایجاد کنید.

مرحله 5:

با یک برش جعبه تیز ، اجزای جداگانه را جدا کنید.

توجه: هسته فوم را با چندین بار برش جعبه برش دهید ، این باعث برش بسیار تمیزتری می شود. سعی نکنید تمام ورق را در یک مرحله برش دهید.

مرحله 6:

با استفاده از چسب فوق العاده ، برش های مطابقت را مطابق شکل 2 به هم بچسبانید. شما باید بتوانید برش ها را مشاهده کنید و ببینید همه سوراخ ها در یک راستا هستند ، پایه قسمتهای 1 و 2 باید صاف و یک الگو در قسمت 3 باید رو به بیرون باشد.

توجه: پس از چسباندن روی یک سطح ، قطعات را به هم وصل کرده و آنها را به مدت 30 ثانیه به هم فشار دهید. سپس ، اجازه دهید چسب به مدت پنج دقیقه بماند.

مرحله 7:

با استفاده از ژل فوق چسب ، قطعات 1 ، 2 و 3 را مانند شکل 3 به هم بچسبانید. اطمینان حاصل کنید که قطعات به گونه ای چیده شده اند که سوراخ های قطر.5 اینچ به قسمتی از پایه که برچسب کوتاهی دارد نزدیک تر باشد ، همچنین مطمئن باشید که الگوی پایه رو به پایین/بیرون است. اجازه دهید چسب به مدت پنج دقیقه بماند. پس از سفت شدن چسب ، 3 میخ را از طریق پایه و داخل هر یک از پایه ها برای حمایت بیشتر وارد کنید.

مرحله 8:

لایه فوقانی هر دو تیر متقاطع را برش داده و آنها را همانطور که در شکل 4 نشان داده شده است وارد Helios کنید. ژل فوق چسب را روی اتصالات بین تیرهای عرضی و دیواره های Helios و سطح مشترک بین دو تیر متقاطع اعمال کنید ، همانطور که در شکل نشان داده شده است. آبی. اجازه دهید چسب به مدت پنج دقیقه بماند.

مرحله 9:

یک تکه نوار را در امتداد برش ها قرار دهید ، همانطور که در شکل 5 نشان داده شده است.

مرحله 10:

با قرار دادن قالب با شکل مطابق شکل 6 ، فاصله را به پایه فوق العاده بچسبانید و اجازه دهید چسب به مدت پنج دقیقه بچسبد.

مرحله 11:

همانطور که در شکل 7 نشان داده شده است ، بزرگترین شاخ سرو را روی پایه پایینی قرار داده و با چسب فوق العاده محکم کنید.

مرحله 12:

یکی از قرقره های تسمه تایم را با استفاده از بیت مته 5.5 اینچی به سوراخ قطر 5.5 اینچ برده و بررسی کنید که روی شفت با قطر 5.5 اینچ قرار گیرد. یا باید روی آن فشار بیاورد ، یا یک شکاف آنقدر کوچک باشد که با چسب فوق العاده پر شود. اگر سوراخ سوراخ بسیار کوچک است ، قطر بیرونی شافت را با دست ماسه بزنید.

مرحله 13:

دو مهره مربعی با قطر 5/5 اینچ را با دقت بیرون آورده و بررسی کنید که محکم روی شفت قرار گرفته باشند.

توجه: مهره را با یک جفت گیره محکم به سطح قربانی بچسبانید و به تدریج قطر سوراخ را با چند بیت افزایش دهید تا یک سوراخ به قطر 5 اینچ باقی بماند. به یاد داشته باشید که مته را به آرامی در مهره فرو کنید.

مرحله 14:

همانطور که در اینجا نشان داده شده است ، یک شاخ سروو را به قرقره تسمه تایم وصل کنید و مراقب باشید که محور بوق سروو با قرقره متمرکز شود ، همانطور که در شکل 8 نشان داده شده است.

مرحله 15:

شفت و سروو را بدون چسب مونتاژ کرده و دو قرقره تسمه تایم را مطابق شکل 9 تراز کنید. برخی از میله ها باید از دیوار مقابل قرقره نمایان شوند.

توجه: سروو را در قسمت قائم قرار دهید و مراقب باشید پیچ ها را از طریق هسته فوم عبور ندهید و شاخ سرو را در سروو پیچ کنید. ممکن است به جای پیچ از چسب فوق العاده استفاده کنید ، اما نمی توانید دستگاه را به راحتی جدا کنید.

مرحله 16:

هنگامی که قرقره شفت با قرقره سروو تراز شد ، مجموعه داخلی واشرها را بر روی هر دیوار بکشید و با استفاده از ژل فوق چسب به شافت بچسبانید. آنها از لغزش شفت خارج از تراز جلوگیری می کنند. همچنین قرقره را با استفاده از چسب فوق العاده به شافت بچسبانید. اجازه دهید چسب به مدت پنج دقیقه بماند.

مرحله 17:

تسمه تایم را به طول مناسب ، حدود 7.2 اینچ ، کوتاه کنید و از ژل فوق چسب برای ایجاد حلقه ای که قرقره شفت را به قرقره سروو متصل می کند ، استفاده کنید ، همانطور که در شکل 10 مشاهده می شود. سست حالا ، کمربند را درست بعد از دندانهای دو سر برش دهید ، انتهای کمربند فقط به یکدیگر برسد. حالا از تکه ای که تازه برداشته اید کمربند.5 اینچی را برش دهید. در نهایت ، هر دو انتها را به هم نزدیک کرده و با این طول کمربند اضافی ، تصویر 2 را بچسبانید. هنگامی که چسب خشک شد ، کمربند را در اطراف قرقره ها قرار دهید. باید آنقدر محکم باشد که برای بستن کمربند ، قرقره را از سرو جدا کنید. اگر مناسب است ، بعداً آن را کنار بگذارید.

مرحله 18:

الگوی آینه را به پشت آینه بچسبانید ، یا خط وسط را با دست بکشید. سپس با استفاده از خط به عنوان راهنما ، مهره های مربعی را با ژل فوق چسب روی آینه بچسبانید. اطمینان حاصل کنید که آینه قادر است 180 درجه از راست به بالا به صورت مستقیم بچرخد بدون اینکه در هیچ چیزی دخالت کند و سپس مهره های مربعی را با ژل فوق چسب به شافت بچسبانید.

توجه: لبه زیرین واشرهای مربع شکل باید با خط نقطه چین روی الگو تراز شود.

مرحله 19:

سروو نهایی را نصب کنید ، پایه پایینی را با یک پیچ از طریق بوق سروو به سروو نهایی محکم کنید و تسمه زمان بندی را روی قرقره ها قرار دهید تا هلیوس تکمیل شود.

توجه: هنگامی که نحوه عملکرد تجهیزات الکترونیکی و نرم افزاری را درک کردید ، با مطالعه زیر ، می توانید Helios خود را تنظیم کنید تا دقت آن افزایش یابد.

مرحله 20:

سرویس ها را مطابق شکل متصل کرده و برق را از جک DC جدا کنید. (شکل 12)

توجه: باتری 9 ولت را مستقیماً از طریق جک روی برد به آردوینو وصل کرده و آردوینو را از طریق پورت USB آن به رایانه خود وصل کنید. باتری 9 ولت را به صفحه نمونه اولیه متصل نکنید ، زیرا ممکن است به ساعت واقعی شما آسیب برساند.

مرحله 21:

Arduino نسخه 1.0.2 را از اینجا بارگیری و نصب کنید.

توجه: این بارگیری شامل کد کنترل Helios و تمام کتابخانه هایی است که برای اجرای آن نیاز دارید. برای نصب ، پوشه را بارگیری کرده و از حالت فشرده خارج کنید. برنامه آردوینو مستقیماً از فهرست خود خارج می شود ، نیازی به نصب رسمی ندارد. برای اطلاع از دستورالعمل های کلی نصب و دستورالعمل نحوه نصب درایورهای Arduino خود ، به اینجا مراجعه کنید.

مرحله 22:

بر اساس دستورالعمل های زیر ، Blink Arduino Sketch را اجرا کنید. هنگامی که این طرح کوتاه را به کار انداختید ، می توانید مطمئن شوید که Arduino خود را به درستی به کامپیوتر خود وصل کرده اید.

مرحله 23:

برنامه کنترل (ArduinoCode> Helios_2013) را باز کنید تا زمان و مکان Heliostat تنظیم شود و برنامه را روی Arduino بارگذاری کنید.

1) انتخاب کنید که آیا می خواهید Helios مانند یک صفحه خورشیدی عمل کند و خورشید را ردیابی کند (هلیواستات متغیر = 0 را تنظیم کنید) یا یک هلیواستات (هلیواستات متغیر = 1 را تنظیم کنید)

آ. توجه: پیشنهاد می کنیم ابتدا آن را به عنوان پنل خورشیدی امتحان کنید تا مطمئن شوید که آنطور که انتظار دارید حرکت می کند. اگر به نظر می رسد یکی از محورها خاموش است ، ممکن است یکی از سرویس ها را به عقب قرار داده باشید.

2) Helios را به آرامی در جهت عقربه های ساعت بچرخانید. سپس کل دستگاه را به سمت شرق نشان دهید.

3) مختصات محل سکونت خود را وارد کنید.

آ. با جستجوی Google در آدرس ، مختصات یک مکان را بیابید. بعد ، روی مکان مورد نظر راست کلیک کرده و "What's here؟" را انتخاب کنید. مختصات در کادر جستجو با عرض و طول جغرافیایی ظاهر می شود.

ب عرض و طول جغرافیایی پیش فرض برنامه را به عرض جغرافیایی و طول جغرافیایی Helios تغییر دهید.

4) اگر از Helios به عنوان پنل خورشیدی استفاده می کنید ، این مرحله را رد کنید. اگر از Helios به عنوان هلیواستات استفاده می کنید ، سپس ارتفاع و زاویه آزیموت هدف Helios را وارد کنید. سیستم مختصات در شکل 15 تعریف شده است.

5) برای تنظیم ساعت زمان واقعی ، زمان فعلی را در UTC تعیین کنید و متغیرهای مربوطه را با این مقادیر ، در زمان نظامی جایگزین کنید. سپس "//" را در جایی که نشان داده شده حذف کنید ، طرح را بارگذاری کنید و "//" را جایگزین کنید (مثال: 6:30 بعد از ظهر EST ساعت 10:30 بعد از ظهر به وقت محلی UTC است. در برنامه این ساعت شبیه 22 = دقیقه ، دقیقه = 30 ، و دوم = 0)

آ. پس از تنظیم ساعت ، سروها را از برق بکشید و کد را در حالت "پنل خورشیدی" (هلیواستات = 0) اجرا کنید. زوایای محاسبه شده ردیاب خورشیدی را با چیزی مانند ماشین حساب موقعیت خورشیدی از sunearthtools.com (https://www.sunearthtools.com/dp/tools/pos_sun.php) تأیید کنید. "dAzimuth" زاویه آزیموت خورشید است که توسط Helios پیش بینی شده است و "dElevation" زاویه ارتفاع /ارتفاع خورشید است. هم پیش بینی های Helios و هم وب سایت باید در حدود پنج درجه به توافق برسند. هر گونه مغایرت در این محدوده از زمان بارگذاری چند دقیقه خاموش است و می تواند تغییری غیرقابل توجه در رفتار Helios ایجاد کند.

ب هنگامی که پیش بینی هلیوس برای مکان خورشید دقیق است ، سپس عبارت // را جایگزین کنید تا کد تنظیم کننده ساعت را بیان کند. ساعت واقعی فقط باید یک بار تنظیم شود ، بنابراین هنگام بارگذاری طرح های جدید یا تغییر اهداف ، نیازی به به روز رسانی نیست.

6) USB و برق را از آردوینو جدا کرده و سرو موتورها را دوباره وصل کنید.

مرحله 24:

اگر هلیوس به درستی مونتاژ شده است ، باید به سمت هدفی که شما فرماندهی می کنید ، اشاره کند و هنگامی که نیرو دوباره به آردوینو اعمال می شود ، بازتاب خورشید را در آنجا ثابت نگه دارد. هلیوس بازتاب خورشید را در هر درجه تصحیح می کند. این بدان معناست که جهت خورشید تغییر می کند تا زمانی که خورشید یک درجه حرکت کند ، در این مرحله هلیوس برای تصحیح بازتاب حرکت می کند. پس از درک نحوه عملکرد برنامه ، ممکن است بخواهید برای جبران خطای مونتاژ با متغیرهای "offset_Elv" (ارتفاع) و "offset_Az" (Azimuth) بازی کنید. این متغیرها جهت گیری سیستم مختصات Helios را کنترل می کنند.

مرحله 25: خرید پیوندها

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= فوم+هسته

میله: https://www.mcmaster.com/#cast-acrylic/=i6zw7m (شماره قسمت: 8528K32)

جعبه برش:

سروو:

نوار: 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= نامرئی+نوار

الگوها: صفحات انتهای این سند را چاپ کنید. مقاله را می توان بصورت آنلاین در آدرس زیر خریداری کرد:

مهره مربع: https://www.mcmaster.com/#machine-screw-square-nuts/=hflvij (شماره قسمت: 98694A125)

چسب فوق العاده:

ژل فوق چسب: 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+ فوری+krazy+چسب

Straight Edge:

مته قدرت:

پیچ ها: https://www.mcmaster.com/#machine-screw-fasteners/=mumsm1 (شماره قسمت: 90272A115)

آجیل: https://www.mcmaster.com/#hex-nuts/=mums50 (شماره قسمت: 90480A005)

آینه: https://www.mcmaster.com/#catalog/118/3571/=i705h8 (شماره قسمت: 1518T18)

مجموعه پیچ گوشتی:

2 قرقره کمربند زمان بندی: https://sdp-si.com/eStore/Direct.asp؟GroupID=218 (شماره قسمت: A 6M16-040DF25)

کمربند زمان بندی: https://www.mcmaster.com/#timing-belts/=i723l2 (شماره قسمت: 7887K82)

مته:

واشر: https://www.mcmaster.com/#catalog/118/3226/=hzc366 (شماره قسمت: 95630A246)

گریپ های بزرگ:

ناخن: https://www.mcmaster.com/#standard-nails/=i708x6 (شماره قسمت: 97850A228)

کیت آردوینو:

ماژول ساعت واقعی:

منبع تغذیه:

باتری:

مقاومت ها:

مرحله 26: آثار ذکر شده

4 عکس (2112 ، 07 07). ناوبری قطب نمای سه بعدی بازیابی شده در 6 ژوئن 2013 ، از 4 عکس:

کامونز ، سی. (2010 ، 1 ژانویه). ماژول ساعت واقعی بازیابی در 28 مه 2013 ، از Sparkfun:

کامونز ، سی. (2011 ، 1 ژانویه). آداپتور DC Barrel Jack - Breadboard Compatible. بازیابی در 28 مه 2013 ، از Sparkfun:

Commons ، C. (2013 ، 16 مه). کتابخانه اترنت بازیابی در 28 مه 2013 ، از آردوینو:

ElmarM. (2013 ، 24 مارس). عروسک خالی از سکنه. بازیابی شده در 28 مه 2013 ، از دستورالعمل ها: https://www.instructables.com/id/Now-the-fun-part-create-a-creepy-story-to-go-wit/step17/Arduino-and-Breadboard -برپایی/

Gaze ، M. (n.d.). STEPsss بازیابی 28 مه 2013 ، از kennyviper:

sonlinehop (2012 ، 1 ژانویه). مقاومت 2.2K اهم. بازیابی در 28 مه 2013 ، از

مرحله 27: از حمایت شما متشکریم !

ما می خواهیم از الکساندر میتسوس ، مشاور حمایتی ما ، و همه افرادی که در این پروژه از ما حمایت کردند تشکر کنم:

• ویتنی مری وتر
• بنیامین بنگسبرگ
• والتر برایان
• رادا کریشنا گورل
• متیو میلر
• کاتارینا ویلکینز
• گرات گالاگر
• راشل ناتلینگ
• رندال هیث
• پل شومیکر
• بروس بوک
• رابرت دیوی
• نیک بولیتو
• نیک برگرون
• پل انگلیسی
• الکساندر میتسوس
• مت سی
• ویلیام برایس
• نیلتون لسا
• امرسون وینوود
• یوست جان
• کارل من
• نینا
• مایکل و لیز
• والتر لیکتایگ
• اندرو هاین
• رامسلند ثروتمند
• برایان میلر
• نتیا مک کری
• روبرتو ملندز

نفر دوم در مسابقه فناوری

دوم در Epilog Challenge VI