Dual Axis Tracker V2.0: 15 шагов (с изображениями)

2024 Автор: John Day | [email protected]. Последнее изменение: 2024-01-30 11:52

Еще в 2015 году мы разработали Simple Dual Axis Tracker для использования в качестве интересного студенческого или хобби-проекта. Он был маленьким, шумным, немного сложным и вызвал множество действительно странных комментариев сообщества. При этом, три с половиной года спустя мы все еще получаем электронные письма и телефонные звонки от людей со всего мира, желающих создать свою собственную.

Благодаря успеху нашего исходного сообщения о проекте, видео на YouTube и комплектов, которые мы продавали, мы получили множество отзывов от широкого круга пользователей. Большинство из них хороши, некоторые из них раздражают, а некоторые из них были примерно такими, как «разводка этой штуки чертовски сложна, поэтому, пожалуйста, потратьте час на телефонные разговоры с нами, чтобы разобраться в этом». Имея это в виду, мы потратили несколько месяцев на переработку проекта с нуля, чтобы сделать его гораздо более упорядоченным и простым.

В этой статье вы найдете информацию о наших обновлениях, о том, как работают солнечные трекеры, список деталей, ссылки на наше оборудование с открытым исходным кодом, открытый исходный код и ссылки на то, где вы можете купить многие из этих вещей.

Полное раскрытие информации: мы продаем этот проект и все его части как учебный комплект. Для реализации этого проекта вам не нужно ничего покупать у нас. Фактически, вы можете использовать все наши ресурсы, чтобы изготовить свои собственные печатные платы, вырезать лазером собственную древесину в местном Maker Space или университете или даже просто использовать связку картона и горячего клея, чтобы создать свое собственное потрясающее творение. Это проект с открытым исходным кодом насквозь.

Раздача: мы пробуем что-то новое в 2019 году. Следите за нами в инструкциях, в Facebook, Instagram или YouTube, чтобы получить шанс выиграть несколько бесплатных частей (только для жителей США). Просто ставьте лайки и комментируйте наши публикации и видео для этого проекта, и мы выберем победителей в следующем месяце. Мы разыграем пару партий печатных плат и пару комплектов.

Шаг 1. Почему солнечные трекеры?

Солнечные батареи есть везде. Они недороги, доступны и очень просты в использовании. Десятки тысяч небольших проектов солнечных панелей можно найти на всех сайтах YouTube и DIY.

У большинства людей, вероятно, есть несколько более крупных солнечных установок по соседству благодаря распространению групповых закупок солнечных батарей и правительственным стимулам. В подавляющем большинстве этих установок солнечные панели закреплены на крыше здания, направленного под углом 45 градусов к югу (в северном полушарии). Фиксированные солнечные установки - это, безусловно, самый простой способ питания дома или здания, поскольку они требуют очень небольшого обслуживания и ухода. Мы часто говорим людям, которые связываются с нами, что гораздо более рентабельно НЕ строить солнечный трекер для вашего дома, а вместо этого просто добавить больше солнечных панелей в свой массив.

Однако наиболее эффективный способ сбора энергии с одной панели - через солнечный трекер. Это позволяет солнечной панели находиться в оптимальном положении в течение всего дня, что увеличивает выработку энергии более чем на 20%. Этот тип системы идеально подходит для зданий или сооружений, на которых мало места на плоской крыше, или для ситуаций, когда солнечная энергия непостоянна.

Мы собираемся продемонстрировать Active Solar Tracker, который перемещается по осям X и Y. В такой системе используется микроконтроллер или хорошо продуманная аналоговая схема и датчики, чтобы солнечная панель находилась в правильном положении. Несмотря на то, что это действительно отличная демонстрация, которую вы можете продемонстрировать с помощью фонарика в классе, она также потребляет много энергии и имеет много движущихся частей.

Отслеживание на основе даты или запланированное отслеживание использует информацию о дате и времени, чтобы следовать заданному пути каждый день, поскольку движение солнца предсказуемо на 100%. Одним из таких примеров является проект пользователя Instructable pdaniel7, в котором используются два сервопривода новой конструкции для очень эффективного отслеживания солнца. Ключ к этому типу дизайна - убедиться, что программное обеспечение настроено так, чтобы оно было наиболее эффективным для вашего точного местоположения.

Трекер с персональным управлением - это трекер, работающий от людей. Это может быть что-то очень простое, например, когда человек меняет угол наклона своих солнечных панелей пару раз в год, до установки панели на вращающуюся платформу, прикрепленную к утяжеленному шкиву, который сбрасывается каждое утро. Например, у местного фермера, которого мы знаем, есть несколько солнечных панелей, установленных на трубах из ПВХ во дворе. Каждый месяц он немного менял их положение и угол. Это очень просто и помогает ему получить еще несколько ампер энергии из его системы.

Шаг 2. Обновление до оригинального дизайна

Наша первоначальная версия была больше связана с физической механикой, чем с электроникой, и это оказалось ее самым большим недостатком. Когда мы начали переделывать этот проект, мы приняли решение изменить нашу схему проводки с подхода «пучок проводов» на простой подход «подключи и работай», поскольку нашей аудиторией, как правило, были студенты.

Первым делом мы создали специальный Arduino Shield для подключения сервоприводов и датчиков. В первоначальной конструкции использовался общий щит датчиков Arduino, который хорошо работал с сервоприводами, но не подходил для датчиков. В нашем Shield нет ничего особенного, и это был самый простой элемент в разработке. (Мы также использовали его для других проектов, где нам нужно было подключить простой датчик и сервопривод.)

Чтобы датчики оставались на месте, мы разработали очень простой держатель датчика, который можно было легко прикрутить к дереву. Затем набор контактных разъемов позволил нам подключить печатную плату датчика к экрану с помощью перемычек-розеток. Устранение неисправностей в этой настройке намного проще, чем в нашей оригинальной «связке проводов» или макете.

Наконец, мы пересмотрели наш дизайн и немного изменили размер дерева с четверти на восьмой дюйм, чтобы снизить вес. Хотя у нас никогда не было сообщений о людях, у которых были проблемы с выгоранием сервоприводов 9G, чем меньше вес они перемещали, тем лучше. Это также снизило для нас стоимость и вес доставки, поскольку мы, как правило, отправляем много комплектов по всему миру.

Шаг 3: Необходимые детали

Для создания этого проекта вам понадобятся следующие предметы:

Инструменты:

• Отвертки
• Компьютер
• Лазерный резак или фрезерный станок с ЧПУ, если вы вырезаете детали самостоятельно

Электроника:

• Ардуино Уно
• Щит солнечного трекера (контактные разъемы и резисторы на 10000 Ом)
• Плата держателя датчика (разъемы контактов и светочувствительные резисторы)
• Кабели-перемычки между женщинами
• 2 сервопривода с металлическими зубчатыми колесами размером 9G

Аппаратное обеспечение:

• Лазерная резка или деревянные детали с ЧПУ
• 4 винта M3 + гайка длиной около 14-16 мм
• 4 шурупа для дерева размера 2 длиной 1/4 дюйма или несколько шурупов M1 такой же длины
• 21 x 8-32 винта длиной 1/2 дюйма
• 1 x 8-32 на 3/4 дюйма
• Винт 1 x 8-32 длиной 2,5 дюйма и дополнительная гайка
• 24 x 8-32 гайки
• 4 x резиновые ножки

По желанию:

• Солнечная батарея (6 В 200 мА - это то, что мы используем)
• Светодиодный вольтметр
• Провод для соединения двух вместе

Большинство этих деталей довольно легко найти. Если вы хотите изготовить свои собственные печатные платы, вы можете сделать это через OSHPark.com или другие услуги по сборке печатных плат. Убедитесь, что у вас есть сервоприводы Metal Gear 9G, поскольку они обеспечивают дополнительный крутящий момент.

Наконец, мы действительно производим и продаем комплект для этого, который включает в себя все. Мы также продаем только деревянные детали и только электронику, так как мы получили много запросов на опцию. Наши комплекты уже распаяны, включают в себя все детали, которые вам понадобятся для создания этого проекта, и мы обеспечиваем поддержку клиентов.

Ааааааааа, и прежде чем мы начнем получать много гневных и странных комментариев от людей, это 100% проект с открытым исходным кодом. Не стесняйтесь создавать свои собственные, используя наши инструкции.

Шаг 4: Подготовка печатных плат

Если вы используете наши комплекты или детали, две печатные платы уже будут припаяны для вас.

Если вы хотите создать свой собственный, вы можете найти наши файлы печатных плат в нашем репозитории GitHub, а затем использовать такую услугу, как OSHPark, для сборки некоторых печатных плат. Вам также понадобятся резисторы на 10 000 Ом, контактные разъемы и светочувствительные резисторы для установки на платы.

В общем, это довольно просто пайка сквозных отверстий. Обязательно используйте паяльник с подходящим наконечником на конце.

Пайка экрана: припаяйте разъемы контактов сервопривода и датчика вверх, а разъемы соединительных контактов Arduino - вниз.

Пайка сенсора: светочувствительные резисторы лицевой стороной вверх, контактные разъемы вниз.

У нас также есть разработанная печатная плата, в которой используется Arduino Nano, но она не проверена. Если кто-то действительно сделает один из них, мы будем рады увидеть его в действии!

Шаг 5: Подготовка деревянных деталей

Нам повезло, что в нашей мастерской есть как лазерный резак, так и фрезерный станок с ЧПУ, что позволяет нам очень легко вырезать детали. Большинству людей нужно будет искать машину в своем местном Maker Space, университете или библиотеке. Любой настольный лазерный резак или фрезерный станок с ЧПУ сможет обрабатывать древесину толщиной 1/8 и 1/4 дюйма, которую мы используем. У нас было несколько студенческих групп, успешно построивших этот проект из пенопласта или картона ручной резки.

Мы НЕ рекомендуем использовать акрил. Он очень тяжелый и плотный, что может пересилить два Сервопривода.

PDF-файлы с векторными линиями можно легко найти в нашем репозитории GitHub. Добавьте их в предпочитаемое программное обеспечение для лазерной резки, inkscape или другое программное обеспечение для рисования. Обратите внимание, что в наших файлах есть как линии CUT, так и линии ETCHING.

Если вы хотите упростить этот проект, вы можете попробовать удалить сервопривод Y, управляющий платформой солнечных элементов, а затем просто вручную отрегулировать ось Y. Это превратит его в довольно изящный одноосный трекер.

У нас очень много запросов на ТОЛЬКО деревянные детали, вырезанные лазером. Мы продаем их в качестве опции на нашем веб-сайте и обязательно отправляем все подходящие винты.

Шаг 6: прикрепите сервопривод X, ножки и основание

Примечание. Есть много способов собрать этот проект, и порядок, в котором вы его создаете, на самом деле не имеет значения. Если вы хотите просмотреть некоторые направления в стиле штрихового рисунка, вы можете сделать это с помощью инструкций на нашем веб-сайте.

При сборке первым делом необходимо прикрепить один из сервоприводов к держателю сервопривода Circle.

Используйте винты, которые идут в комплекте с сервоприводом, и прикрепите его к нижней части деревянной детали. Это сторона БЕЗ травления.

Затем прикрепите четыре ножки одним винтом 8-32 и гайкой. Не затягивайте их до упора, оставьте немного места для маневра.

Наконец, соедините четыре ножки с большим деревянным основанием проекта с помощью еще четырех винтов и гаек 8-32. Как только они будут надежно закреплены, затяните остальные четыре винта на круглом сервоприводе.

Это также хорошее время, чтобы поставить резиновые ножки на нижнюю часть деревянной детали Project Base, чтобы винты не поцарапали ваш стол.

Шаг 7: прикрепите сервопривод Y и соберите центр

Используйте приведенную выше диаграмму, чтобы построить центральные части.

Прикрепите сервопривод с помощью прилагаемых к нему винтов. Неважно, какую сторону деревянной детали вы используете, просто корпус сервопривода направлен внутрь.

Затем свободно соедините две длинные прямоугольные детали и две длинные направляющие винта.

Шаг 8: прикрепите сервоприводы

Примечание: это, безусловно, самая раздражающая часть этой сборки. Если вы сломаете сервопривод, не волнуйтесь, у вас есть запасные по какой-то причине.

Прикрепите один из X-образных сервоприводов, поставляемых с сервоприводом, к большому центральному кругу. Вы будете прикручивать его к нижней стороне, то есть к стороне без травления. Для этого используйте два маленьких шурупа №2.

Проделайте то же самое с одним из двух треугольных крыльев, используя другой сервопривод.

Шаг 9: Соедините центр и базу, установите X Servo

Соедините деталь Center Circle, к которой вы только что прикрепили рог, и соедините ее с деталями Y Servo Center, которые были ранее. Соедините детали и используйте четыре винта 8-32 и гайки, чтобы удерживать их вместе.

Затем поместите его на базу, используя рог сервопривода в качестве точки подключения. НЕ ВИНТАЙТЕ его пока на место.

Наведение сервопривода X в исходное положение

Используя рог сервопривода, который теперь подключен к сервоприводу, поверните сервопривод до упора по часовой стрелке. (Вы также можете использовать для этого один из оставленных вами сервоприводов.)

Поднимите Центр и поместите его в крайнее дальнее положение против часовой стрелки. Используйте угол основания проекта в качестве ориентира.

Наконец, используйте очень маленький винт, который идет в комплекте с сервоприводом, чтобы вкрутить рог в сервопривод. По возможности вам пригодится отвертка с магнитным наконечником.

Шаг 10: создание лица, установка сервопривода Y и подключение всего остального

Сначала прикрутите печатную плату датчика к лицевой панели, используя гайку и винт на полдюйма (или 3/4 дюйма) 8-32. Затем прикрепите к нему две перегородки, используя еще винты 8-32.

Затем прикрутите два треугольных крыла к лицевой панели.

Убедитесь, что крыло с сервоприводом совпадает с вашим сервоприводом оси Y.

Перемещение сервопривода в исходное положение

Мы делаем здесь то же самое. Поверните сервопривод до упора по часовой стрелке с помощью рожка сервопривода.

Затем прикрепите всю лицевую панель так, чтобы она была почти вертикальной, но не ударялась о другие деревянные части.

Подключение всего

2,5-дюймовый винт соединяет одну сторону лицевой панели с центром через большое отверстие, вырезанное лазером.

Затем используйте другой очень маленький винт сервопривода, чтобы вкрутить рупор в сервопривод оси Y.

Шаг 11: подключите Arduino и подключите провода

Наконец, нам нужно прикрутить наш Arduino к опорной плите, используя несколько винтов и гаек M3. Обычно мы используем только два винта, но мы добавили отверстия для четырех. Затем прикрепите щит к Arduino.

Подключите сервоприводы к щиту. Обязательно подключите горизонтальный сервопривод к соединению оси X, а вертикальный сервопривод - к соединению оси Y.

Совместите пять соединений между печатной платой датчика и экраном, они оба помечены. Подключите все четыре провода.

Примечание. Если у вас возникнут проблемы, это может быть из-за того, что вы что-то неправильно подключили. Если сомневаетесь, дважды проверьте провода датчика и еще раз проверьте, что ваши сервоприводы находятся в правильном месте.

Шаг 12: Загрузите код

Наш код довольно прост. Он сравнивает свет, падающий на каждый из четырех светорезисторов, и пытается уравновесить их. Это также очень неэффективный способ работы, и он никоим образом не будет хорошо масштабироваться для более крупных проектов. Самым большим преимуществом этого кода является то, что на него интересно смотреть. Трекер очень легко будет следовать за фонариком. Самым большим недостатком является то, что он не очень точен, и если вы оставите на солнце весь день, он не будет часто двигаться. Вы можете настроить код, чтобы сделать его более чувствительным, но это требует большого количества проб и ошибок.

Если вы хотите написать свой собственный код или попробовать что-то другое, замечательно! Обязательно поделитесь ссылкой на него в комментариях.

Используя официальное программное обеспечение Arduino, загрузите этот код в Arduino.

Если ваши сервоприводы и датчики подключены, вы увидите, как они дернутся в «исходное» положение, сделают паузу на секунду, а затем снова двинутся.

Шаг 13: Общие вопросы и ответы

Общие проблемы, с которыми нам звонят.

Q1) Он на солнышке и не работает! Какая обдираловка

A1) Подключен ли он к источнику питания USB? Трекер не имеет автономного питания и полностью работает от USB-кабеля, идущего к Arduino.

Q2) Сильно ударяется головой о другие части или тело

A2) Вам нужно снова поставить сервоприводы в исходное положение. Нам нужно указать пределы сервопривода. (Это также можно сделать в коде)

Q3) Он не очень сильно двигается, как мне это изменить?

A3) Попробуйте использовать фонарик в комнате с плохим освещением. На улице под солнечным светом он может быть подавлен.

Q4) Мой Arduino не загружается. Что я делаю неправильно?

A4) Убедитесь, что у вас установлены драйверы для вашего Arduino, убедитесь, что вы выбрали Arduino Uno из списка плат, убедитесь, что вы выбрали правильный порт связи.

Q4) Это сплошное ограбление! Как вы посмели так много брать за комплект! Вы, ребята, отстой

A4) Спасибо за проницательный комментарий, хотя это не вопрос, вы пришли сюда с YouTube? Да, мы взимаем деньги за версию комплекта, однако мы даем вам все необходимые компоненты и обеспечиваем реальную поддержку клиентов в реальном времени. Если вы не хотите покупать его у нас, сделайте это самостоятельно с помощью наших файлов с открытым исходным кодом и этого руководства.

Шаг 14: украшения

Когда мы делаем нашу версию этого проекта Kit, мы также включаем солнечную батарею 6 В 200 мА, а также недорогой светодиодный вольтметр. Этот небольшой солнечный элемент мало что может сделать, но с его помощью можно получить некоторые данные.

Обычно мы прикрепляем солнечную батарею к лицу с помощью липучки или ленты из поролона. Имейте в виду, что, хотя технически вы можете присоединить к этому проекту гигантскую солнечную панель, вы мгновенно раздавите ее. Слишком большая солнечная батарея также добавила бы дополнительную нагрузку сервоприводам. (Более крупные трекеры хотели бы использовать шаговый двигатель с редуктором.)

В наших файлах для лазерной резки вы найдете простой держатель для светодиодного вольтметра, который можно прикрепить к основанию с помощью еще двух винтов 8-32. Мы используем проволочные гайки для подключения вольтметра к солнечной батарее. Эти типы вольтметров получают питание от источника, в данном случае солнечного элемента. Черный провод к отрицательному, красный и белый провод к положительному.

Шаг 15: Наслаждайтесь

Мы надеемся, что это обновление поможет многим людям и привлечет еще больше людей, заинтересованных в создании своего настольного солнечного трекера. Если у вас есть вопросы, комментарии или вы можете создать свой собственный, оставьте комментарий ниже. Нам нравится видеть, какие забавные вариации придумывают люди.

Если вас интересуют какие-либо из наших запчастей или расходных материалов, скачайте их на BrownDogGadgets.com. И, как мы уже неоднократно говорили, это проект с открытым исходным кодом, поэтому не стесняйтесь использовать свои собственные детали и расходные материалы столько, сколько захотите.