Uređaj za solarno zračenje (SID): solarni senzor zasnovan na Arduinu: 9 koraka

2024 Autor: John Day | [email protected]. Zadnja izmjena: 2024-01-30 08:07

Uređaj za solarno zračenje (SID) mjeri sjaj sunca i posebno je dizajniran za upotrebu u učionici. Izrađene su pomoću Arduinosa, što im omogućuje da ih stvaraju svi, od mlađih učenika do odraslih. Ovo uputstvo su izradili nastavnici 2017-2018 u QESST programu na ASU.

Korak 1: Prikupite potrepštine

SIDCost Analysis

1. Arduino (nano je korišten za ovaj projekt) 19,99 USD/5 = 4,00 USD

2. Osnovna ploča 3,99 USD/6 = 0,66 USD

3. Otpornik od 4,7K ohma 6,50 USD/100 = 0,07 USD

4. Otpornik od 2,2 ohma 4 USD/100 = 0,04 USD

5. 1 dvosmjerni RCA kabel 6 USD/3 = 2,00 USD

6. Temperaturna sonda 19,99 USD/10 = 2,00 USD

7. Solarni senzor 1,40 USD/1 = 1,40 USD

8. Četiri (4) kratkospojna kabela 6,99 USD/130 = 0,22 USD (trenutno nije dostupno, ali dostupne su i druge opcije)

9. Lemilica i lemljenje

10. Rezači žice

Ukupno 6,39 USD

Da biste stvorili vlastitu kutiju (umjesto 3D ispisa), trebat će vam i:

1. Crna kutija 9,08 USD/10 = 0,91 USD

2. Dva (2) ženska ulaza za RCA 8,99 USD/30 = 0,30 USD

3. Bušilica, veličina 6 bit, i stepenasta burgija

Ukupno 1,21 USD

Kumulativno Ukupno 7,60 USD

Korak 2: Konstruisanje vašeg slučaja

Budući da se očekuje da će učenici K-12 koristiti ove senzore, korisno je da sve ožičenje bude zatvoreno u kutiji. Jedna strana kutije ima veći otvor za napajanje računara, a druga ima dvije rupe za RCA ženske ulaze. Bušilicom veličine 6 izbušite rupe za RCA ulaze, a stupnjastom bušilicom izbušite rupu za uvlačenje računara. Vaša matična ploča i Arduino moraju biti udobno priključeni, pa bi vjerojatno bilo pametno izmjeriti gdje rupe trebaju biti prije nego ih izbušite. Kada se to postigne, možete uvrnuti svoje RCA ulaze. Ako odlučite ne uključiti senzor temperature u ovaj projekt, trebat će vam samo jedan ulaz RCA i prema tome možete bušiti.

Vaš Arduino treba utisnuti u matičnu ploču, kao što je prikazano na slici. Okviri koji se koriste u ovom projektu imaju ljepljivo dno, pa nakon što je kutija izbušena, može biti korisno zalijepiti matičnu ploču na kutiju kako bi pomogli organizaciji.

Ako imate pristup 3D štampaču, možete i da odštampate okvir za SID.

Korak 3: Povežite svoje vodiče s RCA ulazima

Priključite dva kratkospojna kabela na svaki RCA ulaz. Iako se ti vodiči mogu zalemiti na ulaze, brže je i lakše jednostavno presaviti žicu oko ulaza. Uvjerite se da se nepokrivene žice ne dodiruju, jer bi u suprotnom moglo doći do kratkog spoja. U tom slučaju, žuta i plava žica spojene su na masu, dok su crvena i zelena žica spojene na elektrode. Ove boje nisu potrebne za konstrukciju uređaja, ali olakšavaju uvid u to kako su žice spojene na Arduino.

Korak 4: Pripremite svoj RCA kabel

Prerežite dvostrani (muški na muški) RCA kabel na pola i skinite otprilike centimetar sa svake strane kabela. Spojite vanjske žice koje djeluju kao olovo, zatim skinite i uvijte unutrašnje žice koje su uzemljene (na ovim slikama žice za uzemljenje su u početku okružene bijelom žicom, iako boja premaza često ovisi o boji RCA kabel). Učinite to za obje žice. Oni će povezati vaše RCA ulaze sa solarnim i temperaturnim senzorima.

Korak 5: Izgradite svoj solarni senzor

Ploče koje se koriste u ovom procesu su jeftine, ali često imaju provodnike koji lako otpadaju. Dobra je ideja pričvrstiti elektrode komadom električne trake kako biste riješili ovaj problem.

Skinite centimetar žice sa žica sa solarnog panela, koje su u ovom slučaju žute (pozitivne) i smeđe (negativne). Okrenite zajedno kraj otpornika od 2,2 ohma, vod iz RCA kabela i pozitivni kraj ploče (ovdje žute boje). Okrenite negativni kraj solarnog panela (ovdje smeđe boje), uzemljenje RCA kabela (ovdje bijelo) i drugu stranu otpornika. Imajte na umu da je otpornik ovdje paralelan.

Lemiti žice sa ploče i RCA kabla zajedno. Uređaj neće raditi ispravno ako se žice za uzemljenje i uzemljenje ukrštaju, pa za zatvaranje žica upotrijebite električnu traku ili termoskupljanje.

Korak 6: Povežite svoj solarni senzor

Na ovom modelu, solarni senzor je ožičen za desni ženski ulaz RCA, koji ima zelene (olovne) i plave (uzemljene) kablove. Iako možete koristiti bilo koji RCA ulaz, to će vas spriječiti da trebate prelaziti žice na suprotnu stranu Arduina.

Priključite olovni kabel (ovdje zelene boje) na pin Arduino A5. Spojite svoj kabel za uzemljenje (ovdje u plavoj boji) s iglom za uzemljenje (GND) na analognoj strani (svi pinovi na ovoj strani Arduina počinju s A).

Ako završite ovaj projekt, a solarni senzor očita 0 volti, pokušajte zamijeniti uzemljenje i ožičenje. Ako je senzor pogrešno lemljen, možda ih je potrebno zamijeniti.

Iako na ovim slikama postoji otpornik, ne morate uključiti otpornik ako odlučite da ne uključite senzor temperature.

Korak 7: Izgradite svoj senzor temperature

Budući da izlazni napon solarnih ćelija jako varira s toplinom, temperaturni senzor je od pomoći u određivanju koliko solarni senzor može raditi. Međutim, ovaj uređaj možete odabrati bez temperaturne sonde, a i dalje će funkcionirati prilično dobro kao solarni senzor.

Opcionalne upute za termometar:

Skinite centimetar žice za svaku od tri žice koje silaze s temperaturne sonde. Okrenite žutu i crvenu žicu zajedno. Zavrnite crne žice (uzemljenje) prema gore. Pomoću drugog RCA kabela uvijte crne (uzemljene) žice s osjetnika temperature zajedno s bijelim (uzemljene) žice s RCA kabela. Lemiti zajedno i omotati električnom trakom ili termoskupljajućom tkaninom. Okrenite crvenu i žutu (olovnu) žicu od temperaturne sonde do olovnih žica na RCA kabelu. Lemiti i omotati električnom trakom ili termoskupljajućom tkaninom.

Korak 8: Povežite senzor temperature

Opcionalne upute za termometar:

Na ovom modelu, senzor temperature nalazi se na lijevom RCA ulazu koji ima crvene (elektrode) i žute (uzemljene) vodiče.

Savijte bočne strane i spojite otpornik od 4,7 k ohma s 5V pina na D2 iglu na ploči (na Arduinu ćete vidjeti oznake za njih, ali zapravo ćete priključiti otpornik na ploču).

Priključite kabel za uzemljenje (žuti) u iglu za uzemljenje (gnd) pored D2.

U drugu kolonu pina D2 priključite kabl elektrode (ovde crvenom bojom). Ova postavka omogućuje da struja teče kroz otpornik prije nego što je pročita Arduino.

Korak 9: Programirajte svoj Arduino

Ovo je kod koji se koristi u ovom projektu. Pomoću serijskog monitora daje napon u voltima i temperaturu u Celzijusima. Ako ovaj kôd ne uspije odmah, pokušajte promijeniti kabel i masu za vaš solarni senzor.

Morat ćete preuzeti Dallas Temperature (https://github.com/milesburton/Arduino-Temperature-Control-Library) i One Wire (https://github.com/PaulStoffregen/OneWire) biblioteke i uključiti ih u vaš arduino program.

const int sunPin = A5; // konektor za upotrebu na Arduino ploči

float sunValue = 0; // deklariramo varijablu

float avgMeasure (int pin, float scale, int num) {analogRead (pin); // odbacivanje kašnjenja prve vrijednosti (2); plovak x = 0; for (int count = 0; count <num; count ++) {x = x+analogRead (pin); // kašnjenje (5); } x = x / broj; return (skala x *); }

#include #include // Žica za prijenos podataka je priključena na pin 2 na Arduinu #define ONE_WIRE_BUS 2 // Postavite instalaciju oneWire za komunikaciju s bilo kojim OneWire uređajima // (ne samo za Maxim/Dallas IC IC) OneWire oneWire (ONE_WIRE_BUS); // Prenesite našu referencu oneWire na Dallas Temperature. Senzori temperature u Dallasu (& oneWire); void setup () {analogReference (INTERNAL); // koristimo referentnu vrijednost 1.1 V Serial.begin (115200); // komuniciraju na 115200. Brže od standarda 9600 Serial.print ("Voltage"); // Naslov za napon Serial.print (""); // razmaknica Serial.print ("Temperatura"); // Naslov senzora temperature

// Pokretanje knjižnice sensors.begin ();}

void loop () {sunValue = avgMeasure (sunPin, 1.0, 100); // pozivamo potprogram da izvede 100 mjerenja prosječno sunValue = sunValue * 1.07422; // Pretvara brojeve Arduina u napon, budući da postoji 1024 brojača i 1,1V. sensors.requestTemperatures (); // Pošaljite naredbu za dobivanje temperature Serial.println (""); // započinje novu liniju Serial.print (sunValue); // izlazi napon Serial.print (""); // razmaknica Serial.print (sensors.getTempCByIndex (0)); // emitira kašnjenje temperature (1000); // čita podatke jednom svake sekunde.

}