Wiatrak z aktywną kontrolą: 5 kroków

2024 Autor: John Day | [email protected]. Ostatnio zmodyfikowany: 2024-01-30 11:26

Ta instrukcja została stworzona w celu spełnienia wymagań projektowych Makecourse na University of South Florida (www.makecourse.com)

Musiałem wybrać projekt do zaprojektowania i zbudowania od podstaw. Zdecydowałem, że chcę spróbować zbudować wiatrak, który wyczuwałby kierunek wiatru i aktywnie stawiał mu czoła, bez potrzeby używania łopatki lub ogona. Ponieważ w tym projekcie skupiłem się na kombinacji czujnika i regulatora PID, wiatrak nie robi nic z energią, która kręci łopatami. Zapraszam do modyfikowania projektu, aby był bardziej użyteczny! To, co poniżej, nie jest jedynym sposobem na zbudowanie tego. Po drodze musiałem rozwiązać kilka nieprzewidzianych problemów, co doprowadziło do użycia różnych materiałów lub narzędzi. Kilka razy radziłem sobie z częściami pod ręką lub ze starych urządzeń lub technologii. Więc znowu, nie krępuj się zygnąć tam, gdzie zagiąłem. Aby w pełni udokumentować ten projekt, musiałbym skutecznie zniszczyć mój projekt, aby dostarczyć zdjęcia każdego kroku kompilacji. Nie chcę tego robić. Zamiast tego dostarczyłem modele 3D, listę materiałów i podałem pomocne wskazówki, których nauczyłem się na własnej skórze po drodze.

Kieszonkowe dzieci:

Dołączyłem kod Arduino i pliki Autodesk. Potrzebne będą również następujące elementy:Narzędzia:

-Mały obcinak do rur -Lutownica, lut, topnik -Śrubokręty -Wiertarka -Brzytwa lub obcinak do kartonu lub nożyk do noży -Pistolet do klejenia na gorąco -(opcja) opalarka

Materiały:

-24 cale rurki aluminiowej o średnicy 0,25 cala (dostałem ją od Mcmaster-Carr)-Arduino Uno-28BYJ48 Stepper-ULN2003 sterownik krokowy-(opcja 1) Osłona silnika grawitacyjnego i czujnik efektu Halla od DfRobot-(opcja 2) dowolny inny analogowy czujnik obrotu-3+ lead slipring lub pancake ring-projekt box-łożyska na nos-śruby-drewno na platformę-baterie (ja używam 9v do płyty i zasilam stepper 7.8 Li-Po)-RC płaskie popychacze (wystarczy dowolny sztywny drut o małej średnicy).

Krok 1: Modeluj wiatrak

Do modelowania projektu wiatraka użyłem programu Autodesk Inventor Student. Załączyłem pliki stl w tej instrukcji. Gdybym miał to zrobić jeszcze raz, drastycznie zwiększyłbym powierzchnię moich ostrzy, aby działały lepiej w tej skali. Rzeczy, o których należy pamiętać podczas modelowania projektu, to skala części w porównaniu z rozdzielczością/tolerancjami dostępnej drukarki. Upewnij się, że skalujesz swój model tak, aby pasował do wszelkich wymaganych czujników lub innego sprzętu pokładowego.

Odkryłem również, że obawy dotyczące wytrzymałości skłoniły mnie do używania elementów wyprodukowanych przez producenta, takich jak aluminiowa rura, do części konstrukcyjnych. Łożyska kupiłem od Mcmaster-Carr i mieli ich trójwymiarowy model, który wykorzystałem do montażu, który bardzo dobrze do nich pasował.

Odkryłem, że rysowanie części przed próbą ich modelowania pomogło przyspieszyć proces, a także zmniejszyło liczbę poprawek, które musiałem wprowadzić, aby części współpracowały ze sobą.

Krok 2: Złóż wydruki

Wybij wszelkie zadziory na powierzchniach nośnych; przeszlifuj je również w razie potrzeby.

Użyłem ciepła (ostrożnie!), aby wyprostować kilka ostrzy, które wygięły się podczas chłodzenia.

Idź powoli podczas wkładania sprzętu do gniazd/otworów montażowych.

Po złożeniu konstrukcji dodaj swoje czujniki i elektronikę. Przykleiłem elektronikę na gorąco na miejsce w pudełku projektowym i użyłem lutownicy do „spawania” mocowania czujnika w jego gnieździe montażowym w korpusie.

Krok 3: Złóż elektronikę

Upewnij się, że masz dobre połączenia ze wszystkim. Brak odsłoniętego drutu; brak potencjalnych zwarć.

Upewnij się, że czujnik jest solidnie zamocowany.

Odwołaj się do kodu, aby określić, które styki są gdzie podłączone. (tj. przewody silnika krokowego lub przewód analogowy czujnika.)

Silnik zasilałem z zewnętrznego źródła, a nie przez płytkę Arduino. Nie chciałem uszkodzić płytki, jeśli silnik pobierał zbyt dużo prądu.

Krok 4: Zaprogramuj Arduino

Program i schemat sterowania w zamkniętej pętli to sedno tego projektu. Załączam kod Arduino i jest on w pełni skomentowany. Podczas strojenia PID stwierdziłem, że będzie mi łatwiej, jeśli wykonam następujące czynności: 1) Ustaw wszystkie wzmocnienia PID na zero. 2) Zwiększaj wartość P, aż reakcja na błąd będzie stałą oscylacją. 3) Zwiększaj wartość D, aż oscylacje ustąpią. 4) Powtarzaj kroki 2 i 3, aż nie uzyskasz dalszej poprawy.

5) Ustaw P i D na ostatnie stabilne wartości. 6) Zwiększaj wartość I, aż powróci do wartości zadanej bez błędu stanu ustalonego.

Ze względu na konstrukcję mechaniczną stworzyłem funkcję martwej strefy, która odcina zasilanie silnika, gdy wiatrak jest prawidłowo zorientowany. To drastycznie zmniejsza ciepło w silniku krokowym. Wcześniej uruchomiłem go i zrobiło się wystarczająco gorąco, aby wypaczyć platformę wieży i wypaść z jej mocowania.

Zespół ostrza nie jest idealnie wyważony i jest wystarczająco ciężki, aby spowodować chybotanie zespołu obrotowego. Kołysanie zasadniczo dostarcza fałszywych informacji z czujnika do procesu PID i dodaje szum, powodując nadmierny ruch, a tym samym ciepło.

Krok 5: Zostań inżynierem

Gdy wszystko zostanie zmontowane i zaprogramowane, znajdź wentylator lub tropikalną burzę i przetestuj swoje dzieło! Częścią zabawy podczas budowania tego było wymyślanie, jak rozwiązać pojawiające się problemy. Z tego powodu ten Instruktaż jest lekki. Dodatkowo, jeśli spróbujesz to zbudować i znaleźć lepsze rozwiązania niż ja, podziel się nimi. Wszyscy możemy uczyć się od siebie.