מעקב אחר השמש DIY: 27 שלבים (עם תמונות)

2024 מְחַבֵּר: John Day | [email protected]. שונה לאחרונה: 2024-01-30 09:12

מבוא

אנו שואפים להציג לסטודנטים צעירים את ההנדסה וללמד אותם על אנרגיה סולארית; על ידי כך שהם בונים הליוס כחלק מתוכנית הלימודים שלהם. יש מאמץ בהנדסה להרחיק את ייצור האנרגיה מהשימוש בדלקים מאובנים ולכיוון חלופות ירוקות יותר. אחת האפשרויות לאנרגיה ירוקה יותר היא להשתמש במכשיר הנקרא הליוסטאט, שמשתמש במראה כדי לכוון את אור השמש למטרה לאורך כל היום. ניתן להשתמש במכשיר כזה ליישומים רבים, החל מריכוז אנרגיה סולארית למאגר החום של תחנת כוח ועד הארת אזורים חסומים מהשמש.

בנוסף למספר השימושים של טכנולוגיה זו, קיים גם מגוון מגוון של מבנים שתוכננו לאפשר מעקב סולארי. המבנה הפיזי של העיצוב של הליוס, כמו בעיצובים אחרים של הליוסטה, מתפקד להרכיב מראה על שני צירים הניתנים לשליטה. המנגנון יעקוב אחר השמש על ידי שימוש בתוכנית לחישוב מיקומו של הכוכב בשמים חשב היום, בהתבסס על המיקום הגלובלי של הליוס. בקר מיקרו Arduino ישמש להפעלת התוכנית ושליטה בשני מנועי הסרוו.

שיקולי עיצוב

על מנת להבטיח כי פרוייקט זה מתפזר באופן נרחב, השקיע מאמץ ניכר בתכנון הלוס לבנייה בעזרת כלים נפוצים וחומרים זולים. הבחירה העיצובית הראשונה הייתה לבנות את הגוף כמעט כולו מגרעין קצף, שהוא קשיח, זול, קל לרכישה וקל לחיתוך. כמו כן, לכוח ונוקשות מרבית, דאגו לעצב את הגוף כך שכל חלקי הקצף יהיו במתח או בדחיסה. הדבר נעשה כדי לנצל את חוזק ליבת הקצף במתח ודחיסה, ומכיוון שהדבק ששימש יעיל יותר לתמוך בעומס במתח מאשר בכיפוף. בנוסף, הפיר המחובר למראה מופעל באמצעות חגורת תזמון, המאפשרת שגיאת יישור קטנה בין המנוע למראה, מנועי הסרוו מדויקים עד מעלה אחת, והרציף פועל על קוד פתוח Arduino פּלַטפוֹרמָה. בחירות עיצוב אלה, יחד עם כמה שיקולים אחרים, הופכות את העיצוב המוצג לכלי חינוכי עמיד ובמחיר סביר.

הבטחת הקוד הפתוח שלנו

מטרת הליוס היא לקדם את החינוך ההנדסי. מכיוון שזהו המוקד העיקרי שלנו, העבודה שלנו היא ברישיון תחת רישיון GNU FDL. למשתמשים יש זכות מלאה לשכפל ולשפר את מה שעשינו, כל עוד הם ממשיכים לעשות זאת תחת אותו רישיון. אנו מקווים שהמשתמשים ישפרו את העיצוב וימשיכו לפתח את הליוס לכלי למידה יעיל יותר.

Epilog Challenge VIAn Epilog Zing 16 לייזר יאפשר לי להשלים פרויקטים באיכות גבוהה יותר ולהגדיל את כמות ההשפעה שיש לי עליהם. לבנות דברים מעניינים בקנה מידה גדול ולהתעסק באופן יעיל יותר באופן כללי. מכשיר Epliog לייזר גם יאפשר לי לבנות דברים מעניינים יותר ולכתוב מדריכים מגניבים יותר, כמו למשל על קיאק ששיפצתי. המטרה הבאה שלי היא לבנות קיאק מעץ דיקט בחיתוך לייזר המחוזק בסיבי פחמן או סיבי זכוכית, כמו גם לוח גלישה מקרטון עטוף בסיבים מבניים.

רשמתי זאת גם בתחרויות הטכנולוגיה והלימוד. אם נהנית מהפוסט הזה, אנא הצביע!

שלב 1: תוכן עניינים

תוכן העניינים:

• מבוא: DIY Tracker Solar Tracker
• תוכן העניינים
• כלים וחשבון חומרים
• שלב 1-16 הרכבת חומרה
• שלב 17-22 מכלול אלקטרוניקה
• קישורי רכישה
• עבודות מצוטטות
• תודה על התמיכה שלך !!!

שלב 2: כלים וחשבון חומרים

את כל הכלים הללו ניתן לרכוש בחנויות מקומיות או בקישורים שבקטע ההפניות. העלות הכוללת של חומרים אלה היא כ- $ 80, אם כולם נרכשים באינטרנט בקישורים הנתונים.

בום

• מקדחה
• מקדחי מקדחה (.1258”,.18” ו-.5”קוטר)
• סט מברגים
• קצה ישר
• חותך קופסאות
• אחיזות סגן גדולות
• 2 גליונות ליבת קצף (20 "X 30", בעובי של.2 אינץ ')
• מוט בקוטר 9.5 אינץ 'על 1/2 אינץ'
• אגוז מרובע (גודל חוט בגודל 7/16”-14, עובי 3/8”)
• סרוו Vigor VS-2A (39.2 גרם/5 ק"ג/0.17 שניות)
• קלטת
• גלגלות חגורת תזמון (2), 1”OD
• מכונות כביסה
• דבק קראזי
• חגורת תזמון 10 אינץ '
• תבניות (קבצים מצורפים)
• גיליון אקרילי במראה (6 "X 6")
• ג'ל דבק קראזי
• 8 ברגי מכונה (אורך 4-40, 25 מ"מ)
• 8 אגוזים (4-40)
• מסמרים באורך 1.5 אינץ '
• ערכת התחלה עבור Arduino Uno
• מודול שעון בזמן אמת
• ספק כוח מתאם קיר (5VDC 1A)
• סוללה 9V
• 3.3 KOhm נגד (2)

שלב 3:

הדפס את התבניות בקובץ המצורף.

הערה: יש להדפיס אותם בקנה מידה מלא. השווה את ההדפסים עם קובצי ה- PDF, כדי לוודא שהמדפסת שלך לא שינתה את קנה המידה.

שלב 4:

אבטח את התבניות ללוח הפוסטר כפי שמוצג באיור 1, ושימוש בקווי האמצע כמדריכים, קודח את החורים.18 אינץ 'ו.5 אינץ'.

הערה: מקדחים את החורים בגודל 5 אינץ 'עם המקדח.18 אינץ' קודם לצורך דיוק מוגבר.

שלב 5:

בעזרת חותך קופסא חד חותכים את הרכיבים האישיים.

הערה: חותכים את ליבת הקצף במספר מעברים של חותך הקופסה, הדבר יביא לחיתוך נקי בהרבה. אל תנסה לחתוך את כל הגיליון במעבר אחד.

שלב 6:

הדבק את הגזרות התואמות יחד כפי שמוצג באיור 2, בעזרת דבק העל. אתה אמור להיות מסוגל להסתכל דרך החיתוכים ולראות שכל החורים מיושרים, בסיס החלקים 1 ו -2 צריך להיות שטוח ותבנית אחת על חלק 3 צריכה להיות כלפי מטה.

הערה: לאחר מריחת דבק על משטח אחד, חבר את החלקים ולחץ אותם יחד למשך 30 שניות. לאחר מכן, הניחו לדבק להתייצב במשך חמש דקות.

שלב 7:

באמצעות ג'ל הדבק העל, הדביקו את החלקים 1, 2 ו -3 יחד כפי שמוצג באיור 3. ודאו שהחלקים מסודרים כך שהחורים בקוטר.5 אינץ 'יהיו הקרובים ביותר לחלק הבסיס המסומן בתור קצר, ודאו גם שהתבנית בבסיס פונה כלפי מטה/החוצה. הניחו לדבק להתייצב במשך חמש דקות. לאחר שהדבק התייצב, הכנס 3 מסמרים דרך הבסיס ולכל אחד מהזקפים לתמיכה נוספת.

שלב 8:

חותכים את השכבה העליונה של שתי הקורות הצולבות ומכניסים אותם לתוך הליוס כפי שמוצג באיור 4. מרחי ג'ל דבק -על על המפרקים בין קורות הצלב וקירות הליוס, והמשטח המשותף בין שתי קורות הצלב, כפי שמצוין כָּחוֹל. הניחו לדבק להתייצב במשך חמש דקות.

שלב 9:

הנח פיסת סרט לאורך החיתוכים, כפי שמוצג באיור 5.

שלב 10:

הדבקו את המרווח לבסיס על ידי ריפויו בתבנית כפי שמוצג באיור 6, והניחו לדבק להתייצב במשך חמש דקות.

שלב 11:

מרכז את קרן הסרוו הגדולה ביותר על הבסיס התחתון ואבטח אותה בעזרת הדבק העל, כפי שמוצג באיור 7. אפשר לדבק להתייצב במשך חמש דקות.

שלב 12:

שעמם את אחת מחגורות התזמון לחור בקוטר.5 אינץ 'בעזרת המקדח.5 אינץ' ובדוק שהוא מתאים לפיר בקוטר.5 אינץ '. הוא צריך ללחוץ עליו או שיהיה לו פער קטן מספיק כדי למלא אותו בדבק סופר. אם החור הקידוח קטן מדי, משייפים את הקוטר החיצוני של הפיר ביד.

שלב 13:

נשארו בזהירות שני אגוזים מרובעים לחורים בקוטר.5 אינץ 'ובדקו שהם מתאימים היטב לפיר.

הערה: מהדקים את האום למשטח הקרבה, עם זוג אחיזות סגן, ומגדילים בהדרגה את קוטר החור במספר סיביות עד שנשאר חור בקוטר.5 אינץ '. זכור לצלול את המקדח לתוך האום לאט.

שלב 14:

חבר את קרן סרוו לגלגלת חגורת התזמון כפי שמוצג כאן, היזהר למרכז את ציר קרן הסרווו עם הגלגלת, כפי שמוצג באיור 8.

שלב 15:

הרכיב את הפיר והסרוו, ללא דבק, ויישר את שתי גלגלות חגורת התזמון כפי שמוצג בתרשים 9. חלק מהמוט צריך להיחשף מהקיר שממול לגלגלת.

הערה: הברג את הסרוו לתוך הזקפים, היזהר שלא לדחוף את הברגים דרך ליבת הקצף, והברג את קרן הסרוו לתוך הסרוו. אתה יכול להשתמש בדבק על במקום בברגים, אולם לא תוכל לפרק את היחידה בקלות.

שלב 16:

לאחר שגלגלת הפיר מיושרת עם גלגלת הסרוו, החלק את סט הכבישים הפנימי על כל קיר והדבק אותם לפיר בעזרת ג'ל הדבק. הם ימנעו מהפיר להחליק מחוץ ליישור. כמו כן, הדבק את הגלגלת לפיר באמצעות הדבק העל. הניחו לדבק להתייצב למשך חמש דקות.

שלב 17:

קצר את חגורת התזמון באורך הנכון, בסביבות 7.2 אינץ ', והשתמש בג'ל הדבק העל כדי ליצור לולאה המחברת את גלגלת הפיר לגלגלת סרוו, כפי שניתן לראות באיור 10. ראשית, עטוף את החגורה סביב שתי הגלגלות והוציא את רָפוּי. כעת, חתכו את החגורה ממש אחרי השיניים משני קצותיה, קצות החגורה פשוט מגיעים זה לזה. עכשיו חותכים בערך 5 אינץ 'של החגורה מהחתיכה שזה עתה הסרת. לבסוף, חבר את שני הקצוות והדבק אותם באורך החגורה הנוסף הזה, תמונה 2. לאחר שהדבק מתייבש, הנח את החגורה סביב הגלגלות. היא צריכה להיות כה מתאימה עד שתצטרך לנתק את הגלגלת מהסרוו כדי להתאים את החגורה. אם הוא מתאים, הניחו אותו בצד להמשך.

שלב 18:

הדבק את תבנית המראה על גב המראה, או צייר את קו האמצע ביד. לאחר מכן, בעזרת הקו כמדריך, הדבק את האגוזים המרובעים על המראה בעזרת ג'ל הדבק העל. וודא שהמראה מסוגלת להסתובב 180 מעלות מהפניה הישר כלפי מעלה כלפי מטה מבלי להפריע לשום דבר, ולאחר מכן הדביקו את האומים המרובעים לפיר עם ג'ל הדבק.

הערה: יש ליישר את הקצה התחתון של הכביסות המרובעות עם הקו המקווקו שבתבנית.

שלב 19:

התקן את סרוו הסופי, אבטח את הבסיס התחתון לסרוו הסופי בעזרת בורג דרך צופר הסרוו, והנח את חגורת התזמון על הגלגלות להשלמת הליוס.

הערה: לאחר שתבין כיצד האלקטרוניקה והתוכנה פועלות, על ידי קריאה להלן, תוכל להתאים את הליוס שלך כדי להגדיל את דיוקו.

שלב 20:

חבר את סרווס כפי שמוצג, והשאיר את החשמל מנותק משקע DC. (איור 12)

הערה: חבר את סוללת 9 וולט ישירות ל- Arduino דרך השקע בלוח וחבר את Arduino למחשב שלך באמצעות יציאת ה- USB שלו. אין לחבר את סוללת 9 וולט ללוח האב טיפוס, מכיוון שזה עלול לפגוע בשעון בזמן אמת שלך.

שלב 21:

הורד והתקן את גירסת Arduino 1.0.2 מכאן.

הערה: הורדה זו כוללת את קוד הבקרה של הליוס ואת כל הספריות הדרושות לך כדי להפעיל אותו. כדי להתקין, הורד את התיקייה ופתח אותו. תוכנית Arduino פועלת ישירות מהספרייה שלה, אין צורך בהתקנה רשמית. לקבלת הוראות התקנה כלליות והנחיות כיצד להתקין מנהלי התקנים עבור Arduino שלך, פנה לכאן.

שלב 22:

הפעל את סקיצת Arduino Blink המבוססת על ההנחיות כאן. ברגע שאתה מקבל את המערכון הקצר הזה לעבודה, אתה יכול להיות בטוח שחיברת את Arduino כראוי למחשב שלך.

שלב 23:

פתח את תוכנית הבקרה (ArduinoCode> Helios_2013) כדי לקבוע את השעה והמיקום של הליוסטאט ולהעלות את התוכנית אל הארדואינו.

1) בחר אם אתה רוצה שהליוס יתנהג כמו פאנל סולארי ויעקוב אחר השמש (הגדר את המשתנה heliostat = 0) או heliostat (הגדר את המשתנה heliostat = 1)

א. הערה: אנו ממליצים שתנסה זאת קודם כל כפאנל סולארי כדי לוודא שהוא זז כפי שאתה מצפה. אם נראה שאחד הצירים כבוי, ייתכן שהכנסת את אחד הסרוווסים לאחור.

2) סובב בעדינות את הליוס עם כיוון השעון לאורך כל הדרך. לאחר מכן הפנו את כל המכונה מזרחה.

3) הזן את קואורדינטות המיקום שלך.

א. מצא את קואורדינטות המיקום על ידי חיפוש Google בכתובת של Google. לאחר מכן, לחץ לחיצה ימנית על המיקום ובחר "מה יש כאן?". הקואורדינטות יופיעו בתיבת החיפוש, עם קו הרוחב והאורך.

ב. שנה את ברירת המחדל של ערכי קו הרוחב והאורך בתוכנית לערכי קו הרוחב והאורך של הליוס.

4) אם תבחר להשתמש בהליוס כפאנל סולארי, דלג על שלב זה. אם תבחר להשתמש בהליוס כהליוסטה, הזן את זווית הגובה והאזימוט של המטרה של הליוס. מערכת הקואורדינטות מוגדרת באיור 15.

5) כדי להגדיר את שעון הזמן האמיתי, קבע את השעה הנוכחית ב- UTC והחלף את המשתנים המתאימים לערכים אלה, בזמן הצבאי. לאחר מכן מחק את "//" כפי שמצוין, העלה את הסקיצה והחלף את "//" (דוגמא 6:30 אחר הצהריים EST הוא 22:30 אחר הצהריים UTC. בתוכנית זה ייראה כמו שעה = 22, דקה = 30, ו שני = 0)

א. לאחר הגדרת השעון, נתק את הסרווואים והפעל את הקוד במצב "פאנל סולארי" (heliostat = 0). אמת את הזוויות המחושבות של הגשש הסולארי באמצעות משהו כמו מחשבון המיקום הסולארי מ- sunearthtools.com (https://www.sunearthtools.com/dp/tools/pos_sun.php). "DAzimuth" היא זווית האזימוט של השמש כפי שחזה הליוס ו "dElevation" היא זווית הגובה /הגובה של השמש. התחזיות הן של הליוס והן של האתר אמורות להסכים בתוך כחמש מעלות. כל אי התאמה בטווח זה היא מכיוון שהזמן שהועלה יופסק בכמה דקות ויגרום לשינוי בלתי מורגש בהתנהגותו של הליוס.

ב. ברגע שהתחזית של הליוס למיקום השמש מדויקת, החלף את ה- "//" כדי להעיר את הקוד שקובע את השעון. צריך להגדיר את השעון בזמן אמת רק פעם אחת, כך שלא יהיה צורך לעדכן אותו תוך העלאת סקיצות חדשות או שינוי מטרות.

6) הסר את ה- USB והחשמל מהארדואינו וחבר שוב את מנועי הסרוו.

שלב 24:

אם הליוס הורכב כהלכה, הוא אמור להצביע לעבר המטרה שאתה מצווה עליה ולהשאיר את השתקפות השמש במקום במקום כאשר כוח מופעל על הארדואינו שוב. הליוס יתקן את השתקפות השמש בכל מדרגה. המשמעות היא שחיטוי השמש יזוז עד שהשמש תנוע מדרגה אחת, בשלב זה הליוס ינוע כדי לתקן את ההשתקפות. לאחר שתבין כיצד התוכנית פועלת, ייתכן שתרצה לשחק עם המשתנים "offset_Elv" (Elevation) ו- "offset_Az" (Azimuth) כדי לפצות על כל שגיאת הרכבה. משתנים אלה שולטים בכיוון של מערכת הקואורדינטות של הליוס.

שלב 25: רכישת קישורים

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+ קצף+ליבה

מוט: https://www.mcmaster.com/#cast-acrylic/=i6zw7m (מספר חלק: 8528K32)

חותך קופסאות:

סרוו:

קלטת: 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= בלתי נראה+קלטת

תבניות: הדפס את הדפים בסוף מסמך זה. ניתן לרכוש נייר באינטרנט בכתובת:

אגוז מרובע: https://www.mcmaster.com/#machine-screw-square-nuts/=hflvij (מספר חלק: 98694A125)

דבק סופר:

ג'ל דבק סופר: 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+ מיידי+קראזי+דבק

קצה ישר:

מקדחה כוח:

ברגים: https://www.mcmaster.com/#machine-screw-fasteners/=mumsm1 (מספר חלק: 90272A115)

אגוזים: https://www.mcmaster.com/#hex-nuts/=mums50 (מספר חלק: 90480A005)

מראה: https://www.mcmaster.com/#catalog/118/3571/=i705h8 (מספר חלק: 1518T18)

סט מברגים:

2 גלגלות חגורות תזמון: https://sdp-si.com/eStore/Direct.asp?GroupID=218 (מספר חלק: A 6M16-040DF25)

חגורת תזמון: https://www.mcmaster.com/#timing-belts/=i723l2 (מספר חלק: 7887K82)

מקדחי מקדחה:

מכונות כביסה: https://www.mcmaster.com/#catalog/118/3226/=hzc366 (מספר חלק: 95630A246)

אחיזות סגן גדולות:

ציפורניים: https://www.mcmaster.com/#standard-nails/=i708x6 (מספר חלק: 97850A228)

ערכת Arduino:

מודול שעון בזמן אמת:

ספק כוח:

סוללה:

נגדים:

שלב 26: יצירות שצוטטו

4 תמונות. (2112, 07 07). ניווט מצפן תלת מימד. אחזר 6 ביוני 2013, מתוך 4 תמונות:

Commons, C. (2010, 1 בינואר). מודול שעון בזמן אמת. אחזר 28 במאי 2013, מ- Sparkfun:

Commons, C. (2011, 1 בינואר). מתאם ג'ק חבית DC - תואם לוח. אחזר 28 במאי 2013, מ- Sparkfun:

Commons, C. (2013, 16 במאי). ספריית אתרנט. אחזר 28 במאי 2013, מארדואינו:

ElmarM. (2013, 24 במרץ). בובה רדופה. אחזר 28 במאי 2013, מתוך מדריכים: https://www.instructables.com/id/Now-the-fun-part-create-a-creepy-story-to-go-wit/step17/Arduino-and-Breadboard -להכין/

מבט, מ '(nd). STEPsss. אחזר 28 במאי 2013, מאת kennyviper:

sonlineshop. (2012, 1 בינואר). התנגדות 2.2K אוהם. אחזר 28 במאי 2013, מ

שלב 27: תודה על התמיכה שלך !

אנו רוצים להודות תודה רבה לאלכסנדר מיטוס, היועץ התומך שלנו, ולכל האנשים שתמכו בנו לאורך כל הפרויקט הזה:

• וויטני מריווטר
• בנימין בנגסברג
• וולטר בריאן
• ראדה קרישנה גורלה
• מתיו מילר
• קתרינה וילקינס
• גראט גלאגר
• רייצ'ל נוטלינג
• רנדל הית '
• פול סנדלר
• ברוס בוק
• רוברט דייווי
• ניק בוליטו
• ניק ברגרון
• פול אנגלי
• אלכסנדר מיטסוס
• מאט סי
• וויליאם ברייס
• נילטון לסה
• אמרסון שנהווד
• יוסט ג'אן
• קארל גברים
• נינה
• מייקל וליז
• וולטר ליקטיג
• אנדרו היינה
• עשיר ראמסלנד
• בריאן מילר
• נטיה מקראי
• רוברטו מלנדז

סגנית בתחרות הטכנולוגיה

סגנית האתגר האפילוג השישי