„Pasidaryk pats“saulės stebėjimo priemonė: 27 žingsniai (su nuotraukomis)

2025 Autorius: John Day | [email protected]. Paskutinį kartą keistas: 2025-01-23 14:58

Įvadas

Siekiame supažindinti jaunus studentus su inžinerija ir išmokyti juos apie saulės energiją; leisdami jiems sukurti „Helios“kaip savo mokymo programos dalį. Inžinerijoje stengiamasi nustumti energijos gamybą nuo iškastinio kuro naudojimo ir pereiti prie ekologiškesnių alternatyvų. Vienas iš ekologiškesnės energijos variantų yra naudoti prietaisą, vadinamą heliostatu, kuris veidrodžiu nukreipia saulės šviesą į taikinį visą dieną. Toks prietaisas gali būti naudojamas daugeliui sričių - pradedant saulės energijos sutelkimu į jėgainės šilumos rezervuarą ir baigiant apšviesti nuo saulės apsaugotas vietas.

Be daugybės šios technologijos naudojimo būdų, taip pat yra įvairių konstrukcijų, sukurtų taip, kad būtų galima stebėti saulės energiją. Fizinė „Helios“konstrukcijos struktūra, kaip ir kitų „heliostat“konstrukcijų, veikia veidrodžio tvirtinimui ant dviejų valdomų ašių. Šis mechanizmas stebės saulę, naudodamas programą, skirtą apskaičiuoti žvaigždės buvimo vietą danguje pagal tą dieną, atsižvelgiant į pasaulinę „Helios“padėtį. Programai paleisti ir dviem servo varikliams valdyti bus naudojamas „Arduino“mikrovaldiklis.

Dizainas

Siekiant užtikrinti, kad šis projektas būtų plačiai išsklaidytas, buvo dedamos daug pastangų suprojektuojant „Helios“, kuris bus gaminamas naudojant įprastus įrankius ir pigias medžiagas. Pirmasis dizaino pasirinkimas buvo beveik visiškai pagaminti korpusą iš putplasčio šerdies, kuri yra standi, prieinama, lengvai įsigyjama ir lengvai pjaunama. Be to, siekiant maksimalaus stiprumo ir standumo, buvo pasirūpinta, kad korpusas būtų suprojektuotas taip, kad visos putplasčio dalys būtų įtemptos arba suspaustos. Tai buvo padaryta siekiant pasinaudoti putplasčio šerdies stiprumu tempiant ir gniuždant, ir todėl, kad naudojami klijai efektyviau atlaiko apkrovą nei lenkdami. Be to, prie veidrodžio pritvirtintas velenas maitinamas per paskirstymo diržą, kuris leidžia nedidelę variklio ir veidrodžio derinimo klaidą, servo varikliai yra 1 laipsnio tikslumu, o platforma veikia atvirojo kodo „Arduino“platforma. Dėl šių dizaino pasirinkimų ir kelių kitų aplinkybių pateiktas dizainas tampa patvaria ir prieinama mokomąja priemone.

Mūsų atvirojo kodo pažadas

„Helios“tikslas yra skatinti inžinerinį išsilavinimą. Kadangi tai yra pagrindinis mūsų tikslas, mūsų darbas yra licencijuotas pagal GNU FDL licenciją. Vartotojai turi visas teises atgaminti ir tobulinti tai, ką padarėme, jei jie ir toliau tai daro pagal tą pačią licenciją. Tikimės, kad vartotojai patobulins dizainą ir toliau pavers Helios į efektyvesnę mokymosi priemonę.

„Epilog Challenge VIAn“„Epilog Zing 16 Laser“leistų man užbaigti aukštesnės kokybės projektus ir padidinti su jais susijusį poveikį. Kurti įdomius didelio masto dalykus ir apskritai efektyviau dirbti. „Epliog“lazeris taip pat leistų man sukurti įdomesnių dalykų ir parašyti daugiau įdomių instrukcijų, tokių kaip šis apie mano atnaujintą baidarę. Kitas mano tikslas yra pastatyti baidarę iš lazeriu pjaustytos faneros, sutvirtintos anglies pluoštu arba stiklo pluoštu, taip pat iš kartoninės banglenčių lentos, apvyniotos struktūriniu pluoštu.

Aš taip pat įtraukiau šią pamoką į „Tech“ir „Teach It“konkursus. Jei jums patiko šis įrašas, balsuokite!

1 žingsnis: Turinys

Turinys:

• Įvadas: „Pasidaryk pats“saulės stebėjimo priemonė
• Turinys
• Įrankiai ir medžiagų sąrašas
• 1-16 žingsnis Aparatūros surinkimas
• 17-22 žingsnis Elektronikos surinkimas
• Pirkimo nuorodos
• Darbai cituojami
• Ačiū už tavo pagalbą!!!

2 žingsnis: įrankiai ir medžiagų sąrašas

Visus šiuos įrankius galima įsigyti vietinėse parduotuvėse arba nuorodų skyriuje. Bendra šių medžiagų kaina yra maždaug 80 USD, jei jos visos perkamos internetu naudojant nurodytas nuorodas.

BOM

• Elektrinis grąžtas
• Gręžimo antgaliai (.1258”,.18” ir.5”skersmuo)
• Atsuktuvų rinkinys
• Tiesus kraštas
• Dėžutės pjaustytuvas
• Didelės pakabos
• 2 porolono lakštai (20 x 30 colių, ~ 0,2 colio storio)
• 9,5 colio ilgio ir 1/2 colio skersmens strypas
• Kvadratinė veržlė (7/16”-14 sriegio dydis, 3/8” storis)
• „Vigor VS-2A Servo“(39,2 g/5 kg/0,17 sek.)
• Juosta
• Paskirstymo diržo skriemuliai (2), 1”OD
• Skalbyklės
• Krazy klijai
• Paskirstymo diržas 10"
• Šablonai (pridedami failai)
• Veidrodinis akrilo lakštas (6 x 6 colių)
• Krazy klijų gelis
• 8 mašininiai varžtai (4-40, 25 mm ilgio)
• 8 riešutai (4–40)
• 1,5 "ilgio nagai
• „Arduino Uno“pradinis rinkinys
• Realaus laiko laikrodžio modulis
• Sieninio adapterio maitinimo šaltinis (5VDC 1A)
• 9V baterija
• 3.3 KOhm rezistorius (2)

3 žingsnis:

Spausdinkite šablonus pridėtame faile.

Pastaba: jie turi būti atspausdinti visu mastu. Palyginkite spaudinius su PDF, kad įsitikintumėte, jog spausdintuvas nepakeitė skalės.

4 žingsnis:

Pritvirtinkite šablonus prie plakato lentos, kaip parodyta 1 paveiksle, ir, naudodamiesi vidurinėmis linijomis, išgręžkite.18 colių ir.5 colių skyles.

Pastaba: kad padidintumėte tikslumą, pirmiausia gręžkite.5 colių skyles.18 colių grąžtu.

5 veiksmas:

Aštriu dėžutės pjaustytuvu iškirpkite atskirus komponentus.

Pastaba: putplasčio šerdį pjaukite keliais dėžių pjaustytuvo judesiais, todėl pjūvis bus daug švaresnis. Nebandykite perpjauti viso lapo vienu judesiu.

6 žingsnis:

Naudodami super klijus, klijuokite atitinkamus išpjovus, kaip parodyta 2 paveiksle. Turėtumėte sugebėti pažvelgti per išpjovas ir pamatyti, kad visos skylės yra sulygiuotos, 1 ir 2 dalių pagrindas turi būti plokščias, o vienas šablonas 3 dalyje turi būti nukreiptas į išorę.

Pastaba: Užtepę klijus ant vieno paviršiaus, sujunkite dalis ir 30 sekundžių jas paspauskite. Tada leiskite klijams sustingti penkias minutes.

7 žingsnis:

Naudodami superklijų gelį, priklijuokite 1, 2 ir 3 dalis, kaip parodyta 3 paveiksle. Įsitikinkite, kad dalys yra išdėstytos taip, kad 0,5 colio skersmens skylės būtų arčiausiai pagrindo dalies, pažymėtos trumpu, taip pat kad šablonas ant pagrindo būtų nukreiptas žemyn/į išorę. Leiskite klijams sustingti penkias minutes. Kai klijai sukietėja, įkiškite 3 vinis per pagrindą ir į kiekvieną atramą, kad būtų suteikta papildoma atrama.

8 žingsnis:

Iškirpkite viršutinį abiejų skersinių sijų sluoksnį ir įkiškite juos į „Helios“, kaip parodyta 4 paveiksle. Užtepkite superklijų gelį ant kryžminių sijų ir „Helios“sienų jungčių, o paviršius yra padalintas tarp dviejų skersinių sijų, kaip nurodyta mėlyna. Leiskite klijams sustingti penkias minutes.

9 veiksmas:

Įdėkite juostos gabalą išilgai pjūvių, kaip parodyta 5 paveiksle.

10 veiksmas:

Priklijuokite tarpiklį prie pagrindo, išklodami šablonu, kaip parodyta 6 paveiksle, ir leiskite klijams sustingti penkias minutes.

11 veiksmas:

Centruokite didžiausią servo ragą ant apatinio pagrindo ir pritvirtinkite jį superklijais, kaip parodyta 7 paveiksle. Leiskite klijams sustingti penkias minutes.

12 žingsnis:

Naudodami 0,5 colio grąžtą išgręžkite vieną iš paskirstymo diržo skriemulių iki 0,5 colio skersmens skylės ir patikrinkite, ar jis priglunda prie 0,5 colio skersmens veleno. Jis turėtų paspausti arba turėti pakankamai mažą tarpą, kad užpildytų super klijais. Jei išgręžta skylė yra per maža, rankomis nušlifuokite išorinį veleno skersmenį.

13 žingsnis:

Atsargiai išgręžkite dvi kvadratines veržles iki 0,5 colio skersmens skylių ir patikrinkite, ar jos tvirtai priglunda prie veleno.

Pastaba: priveržkite veržlę prie aukos paviršiaus, naudodami porą kaiščių, ir palaipsniui didinkite skylės skersmenį keliais antgaliais, kol liks.5 colio skersmens skylė. Nepamirškite lėtai įstumti grąžto į veržlę.

14 žingsnis:

Pritvirtinkite servo ragą prie paskirstymo diržo skriemulio, kaip parodyta čia, atsargiai centruokite servo rago ašį su skriemuliu, kaip parodyta 8 paveiksle.

15 žingsnis:

Sumontuokite veleną ir servovariklį be klijų ir sulygiuokite du paskirstymo diržo skriemulius, kaip parodyta 9 paveiksle.

Pastaba: Įsukite servo mechanizmą į statramsčius, atsargiai, kad nespaustumėte varžtų per putplasčio šerdį, ir įsukite servo ragą į servo. Vietoj varžtų galite naudoti superklijus, tačiau negalėsite lengvai išardyti įrenginio.

16 žingsnis:

Kai veleno skriemulys sutampa su servo skriemuliu, pastumkite vidinį poveržlių komplektą prie kiekvienos sienos ir priklijuokite juos prie veleno, naudodami superklijų gelį. Jie neleis velenui išslysti iš išlyginimo. Taip pat super klijais priklijuokite skriemulį prie veleno. Leiskite klijams sustingti penkias minutes.

17 žingsnis:

Sutrumpinkite paskirstymo diržą iki tinkamo ilgio, maždaug 7,2 colio, ir naudodami superklijų gelį padarykite kilpą, jungiančią veleno skriemulį su servo skriemuliu, kaip parodyta 10 paveiksle. Pirmiausia apvyniokite diržą aplink abu skriemulius ir ištraukite vangus. Dabar nupjaukite diržą iškart po dantų abiejuose galuose, kad diržo galai tiesiog pasiektų vienas kitą. Dabar nupjaukite maždaug 0,5 colio diržą nuo ką tik pašalinto gabalo. Galiausiai sujunkite abu galus ir priklijuokite juos šiuo papildomu diržo ilgiu, 2 paveikslas. Kai klijai išdžiūsta, uždėkite diržą aplink skriemulius. Jis turėtų būti toks tvirtas, kad turėsite atjungti skriemulį nuo servo, kad pritvirtintumėte diržą. Jei jis tinka, padėkite jį į šoną vėliau.

18 žingsnis:

Klijuokite veidrodžio šabloną ant veidrodžio galinės dalies arba ranka nubrėžkite centrinę liniją. Tada, naudodami liniją kaip vadovą, super klijų geliu klijuokite kvadratines veržles ant veidrodžio. Įsitikinkite, kad veidrodis gali pasisukti 180 laipsnių kampu nuo veido tiesiai į veidą žemyn, niekam netrukdydamas, ir tada klijuokite kvadratines veržles prie veleno superklijų geliu.

Pastaba: kvadratinių poveržlių apatinis kraštas turi būti suderintas su šablono punktyrine linija.

19 žingsnis:

Sumontuokite galutinę servo sistemą, pritvirtinkite apatinį pagrindą prie galinės servo varžtu per servo ragą ir uždėkite paskirstymo diržą ant skriemulių, kad užbaigtumėte „Helios“.

Pastaba: Kai suprasite, kaip veikia elektronika ir programinė įranga, skaitydami žemiau, galite koreguoti „Helios“, kad padidintumėte jo tikslumą.

20 žingsnis:

Prijunkite servoservisas, kaip parodyta, palikdami maitinimą atjungtą nuo nuolatinės srovės lizdo. (12 pav.)

Pastaba: Prijunkite 9 voltų bateriją tiesiai prie „Arduino“per plokštės lizdą ir prijunkite „Arduino“prie kompiuterio per USB prievadą. Nejunkite 9 voltų baterijos prie prototipų plokštės, nes tai gali sugadinti jūsų realaus laiko laikrodį.

21 žingsnis:

Atsisiųskite ir įdiekite „Arduino“versiją 1.0.2 iš čia.

Pastaba: į šį atsisiuntimą įeina „Helios“valdymo kodas ir visos bibliotekos, kurių jums reikės norint jį paleisti. Norėdami įdiegti, atsisiųskite aplanką ir išpakuokite jį. „Arduino“programa paleidžiama tiesiai iš savo katalogo, nereikia jokio oficialaus diegimo. Norėdami gauti bendrąsias diegimo instrukcijas ir nurodymus, kaip įdiegti „Arduino“tvarkykles, eikite čia.

22 žingsnis:

Paleiskite „Blink Arduino“eskizą pagal čia pateiktas instrukcijas. Kai tik pradėsite naudoti šį trumpą eskizą, galite būti tikri, kad tinkamai prijungėte „Arduino“prie kompiuterio.

23 žingsnis:

Atidarykite valdymo programą („ArduinoCode“> „Helios_2013“), norėdami nustatyti „Heliostat“laiką ir vietą bei įkelti programą į „Arduino“.

1) Pasirinkite, ar norite, kad „Helios“veiktų kaip saulės kolektorius ir stebėtų saulę (nustatykite kintamą heliostatą = 0) ar heliostatą (nustatykite kintamą heliostatą = 1)

a. Pastaba: siūlome pirmiausia išbandyti jį kaip saulės kolektorių, kad įsitikintumėte, jog jis juda taip, kaip tikitės. Jei atrodo, kad viena iš ašių yra išjungta, galbūt vieną iš servo įdėjote atgal.

2) Švelniai pasukite „Helios“pagal laikrodžio rodyklę. Tada nukreipkite visą mašiną į rytus.

3) Įveskite savo vietos koordinates.

a. Raskite vietos koordinates „Google“, ieškodami adreso. Tada dešiniuoju pelės mygtuku spustelėkite vietą ir pasirinkite „Kas čia?“. Paieškos laukelyje bus rodomos koordinatės su platuma ir ilguma.

b. Pakeiskite programoje numatytas platumos ir ilgumos reikšmes į „Helios“platumos ir ilgumos reikšmes.

4) Jei pasirinksite naudoti „Helios“kaip saulės kolektorių, praleiskite šį veiksmą. Jei pasirinksite naudoti „Helios“kaip heliostatą, įveskite „Helios“taikinio aukštį ir azimuto kampą. Koordinačių sistema apibrėžta 15 paveiksle.

5) Norėdami nustatyti laikrodį realiuoju laiku, nustatykite dabartinį laiką UTC ir pakeiskite atitinkamus kintamuosius šiomis vertėmis kariniu laiku. Tada ištrinkite „//“, kur nurodyta, įkelkite eskizą ir pakeiskite „//“(pvz., 18:30 EST yra 22:30 UTC. Programoje tai atrodytų kaip valanda = 22, minutė = 30 ir antra = 0)

a. Nustatę laikrodį, atjunkite servo kištukus ir paleiskite kodą „saulės kolektoriaus“režimu (heliostatas = 0). Patikrinkite apskaičiuotus saulės sekimo kampus naudodami kažką panašaus į saulės padėties skaičiuoklę iš sunearthtools.com (https://www.sunearthtools.com/dp/tools/pos_sun.php). „DAzimuth“yra azimuto saulės kampas, kaip prognozavo Helios, o „dElevation“- saulės pakilimo /aukščio kampas. Tiek „Helios“, tiek svetainės prognozės turėtų sutapti maždaug per penkis laipsnius. Bet koks neatitikimas šiame diapazone yra nuo įkėlimo laiko pabaigos iki kelių minučių ir dėl to nepastebimai pasikeis Helios elgesys.

b. Kai Helios prognozė dėl saulės vietos bus tiksli, pakeiskite „//“, kad pakomentuotumėte laikrodį nustatantį kodą. Realaus laiko laikrodį reikia nustatyti tik vieną kartą, todėl jo nereikės atnaujinti įkeliant naujus eskizus ar keičiant tikslus.

6) Atjunkite USB ir maitinimą iš „Arduino“ir vėl prijunkite servo variklius.

24 žingsnis:

Jei „Helios“buvo surinktas teisingai, jis turėtų nukreipti link jūsų nurodyto tikslo ir laikyti saulės atspindį ten stacionarų, kai „Arduino“vėl bus įjungta. Helios visais atžvilgiais koreguos saulės atspindį. Tai reiškia, kad saulės spinduliuotė pasikeis, kol saulė nepasuks vieno laipsnio, šiuo metu Helios pajudės, kad ištaisytų atspindį. Kai suprasite, kaip programa veikia, galbūt norėsite žaisti su kintamaisiais „offset_Elv“(aukštis) ir „offset_Az“(azimutas), kad kompensuotumėte visas surinkimo klaidas. Šie kintamieji valdo „Helios“koordinačių sistemos orientaciją.

25 žingsnis: nuorodų pirkimas

„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+ putos+šerdis

Strypas: https://www.mcmaster.com/#cast-acrylic/=i6zw7m (dalies numeris: 8528K32)

Dėžutės pjaustytuvas:

Servo:

Juosta: 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= nematomas+juosta

Šablonai: išspausdinkite puslapius šio dokumento pabaigoje. Popierių galima įsigyti internetu adresu:

Kvadratinė veržlė: https://www.mcmaster.com/#machine-screw-square-nuts/=hflvij (dalies numeris: 98694A125)

Super klijai:

Super klijų gelis: 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+ momentinis+krazy+klijai

Tiesus kraštas:

„Power Drill“:

Varžtai: https://www.mcmaster.com/#machine-screw-fasteners/=mumsm1 (dalies numeris: 90272A115)

Riešutai: https://www.mcmaster.com/#hex-nuts/=mums50 (dalies numeris: 90480A005)

Veidrodis: https://www.mcmaster.com/#catalog/118/3571/=i705h8 (dalies numeris: 1518T18)

Atsuktuvų rinkinys:

2 paskirstymo diržo skriemuliai: https://sdp-si.com/eStore/Direct.asp?GroupID=218 (dalies numeris: A 6M16-040DF25)

Paskirstymo diržas: https://www.mcmaster.com/#timing-belts/=i723l2 (dalies numeris: 7887K82)

Gręžimo antgaliai:

Skalbyklės: https://www.mcmaster.com/#catalog/118/3226/=hzc366 (dalies numeris: 95630A246)

Didelės pakabos:

Vinys: https://www.mcmaster.com/#standard-nails/=i708x6 (dalies numeris: 97850A228)

„Arduino“rinkinys:

Realaus laiko laikrodžio modulis:

Maitinimo šaltinis:

Baterija:

Rezistoriai:

26 žingsnis: cituojami darbai

4 nuotraukos. (2112, 07 07). 3D kompaso navigacija. Gauta 2013 m. Birželio 6 d. Iš 4 nuotraukų:

Commons, C. (2010, sausio 1 d.). Realaus laiko laikrodžio modulis. Gauta 2013 m. Gegužės 28 d. Iš „Sparkfun“:

Commons, C. (2011, sausio 1 d.). DC statinės lizdo adapteris - suderinamas su duonos lenta. Gauta 2013 m. Gegužės 28 d. Iš „Sparkfun“:

Commons, C. (2013, gegužės 16 d.). Ethernet biblioteka. Gauta 2013 m. Gegužės 28 d. Iš „Arduino“:

ElmarM. (2013 m. Kovo 24 d.). Haunted Doll. Gauta 2013 m. Gegužės 28 d. Iš instrukcijų: https://www.instructables.com/id/Now-the-fun-part-create-a-creepy-story-to-go-wit/step17/Arduino-and-Breadboard -nustatymas/

Žvilgsnis, M. (n.d.). ŽINGSNIAI. Gauta 2013 m. Gegužės 28 d. Iš „kennyviper“:

sonlineshop. (2012 m. Sausio 1 d.). Rezistorius 2,2 K omo. Gauta 2013 m. Gegužės 28 d. Iš

27 žingsnis: ačiū už palaikymą !

Norime padėkoti Aleksandrui Mitsosui, mūsų palaikomajam patarėjui, ir visiems žmonėms, kurie mus palaikė viso projekto metu:

• Whitney Meriwether
• Benjaminas Bangsbergas
• Walteris Bryanas
• Radha Krišna Gorle
• Matthew Milleris
• Katharina Wilkins
• Garrattas Gallagheris
• Rachel Nottelling
• Randall Heath
• Paulius batsiuvys
• Bruce'as Bockas
• Robertas Davy
• Nickas Bolitho
• Nickas Bergeronas
• Paulius angliškai
• Aleksandras Mitsosas
• Mattas C.
• Williamas Bryce'as
• Nilton Lessa
• Emersonas Yearwoodas
• Jostas Jahnas
• Karlas Vyrai
• Nina
• Michaelas ir Liz
• Walteris Lickteigas
• Andrew Heine
• Turtingas Avanslandas
• Bryanas Milleris
• Netia McCray
• Roberto Melendezas

Technikos konkurso antroji vieta

II vieta „Epilog“iššūkyje VI