Dual Axis Tracker V2.0: 15 kroków (ze zdjęciami)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Ostatnio zmodyfikowany: 2024-01-30 11:31

Już w 2015 roku zaprojektowaliśmy prosty dwuosiowy tracker do użytku jako zabawny projekt studencki lub hobbystyczny. Był mały, hałaśliwy, trochę skomplikowany i wywołał wiele naprawdę dziwnych komentarzy społeczności. To powiedziawszy, trzy i pół roku później wciąż otrzymujemy e-maile i telefony od ludzi z całego świata, którzy chcą zbudować własne.

Dzięki sukcesowi naszego oryginalnego posta o projekcie, filmu na youtube i sprzedawanych przez nas zestawów otrzymaliśmy wiele opinii od szerokiego grona użytkowników. Większość z nich jest dobra, niektóre irytujące, a sporo z nich przypominało, że „podłączenie tego jest naprawdę cholernie skomplikowane, więc spędź z nami godzinę na telefonie, aby to rozgryźć”. Mając to na uwadze, spędziliśmy kilka miesięcy przeprojektowując projekt od podstaw, aby uczynić go znacznie bardziej usprawnionym i łatwym zadaniem.

W tym artykule znajdziesz informacje o naszych ulepszeniach, sposobie działania trackerów słonecznych, wykazie części, linkach do naszego sprzętu Open Source, kodzie Open Source oraz linkach do miejsc, w których można kupić wiele z tych rzeczy.

Pełne ujawnienie: Sprzedajemy ten projekt i wszystkie części jako zestaw edukacyjny. Nie musisz niczego od nas kupować, aby wykonać ten projekt. W rzeczywistości możesz wykorzystać wszystkie nasze zasoby, aby wykonać własne płytki PCB, wyciąć laserowo własne drewno w lokalnym Maker Space lub na uniwersytecie, a nawet po prostu użyć kartonu i gorącego kleju, aby stworzyć własne niesamowite dzieło. To jest projekt Open Source na wskroś.

Give Aways: próbujemy czegoś nowego w 2019 roku. Śledź nas na instruktażach, Facebooku, Instagramie i lub YouTube, aby mieć szansę na wygranie darmowych części (tylko mieszkańcy USA). Po prostu polub i skomentuj nasze posty i filmy dotyczące tego projektu, a w ciągu następnego miesiąca wybierzemy zwycięzców. Rozdamy kilka partii płytek PCB i kilka zestawów.

Krok 1: Dlaczego Solar Trackery?

Panele słoneczne są wszędzie. Są niedrogie, łatwo dostępne i bardzo łatwe w użyciu. Istnieją dziesiątki tysięcy projektów paneli słonecznych na małą skalę, które można znaleźć na wszystkich stronach internetowych YouTube i DIY.

Większość ludzi prawdopodobnie ma kilka instalacji słonecznych na większą skalę w swojej okolicy dzięki rozprzestrzenianiu się zakupów grup słonecznych i zachęt rządowych. W zdecydowanej większości tych konfiguracji panele słoneczne są mocowane na dachu budynku skierowanego pod kątem 45 stopni na południe (na półkuli północnej). Stałe instalacje solarne są zdecydowanie najprostszym sposobem zasilania domu lub budynku, ponieważ wymagają bardzo niewielkiej konserwacji i konserwacji. Często mówimy ludziom, którzy się z nami kontaktują, że znacznie bardziej opłacalne jest NIE budować trackera słonecznego dla domu, ale zamiast tego dodać więcej paneli słonecznych do swojej tablicy.

Jednak najbardziej wydajnym sposobem gromadzenia energii z jednego panelu jest wykorzystanie lokalizatora słonecznego. Dzięki temu panel słoneczny może znajdować się w optymalnej pozycji przez cały dzień, co zwiększa wytwarzanie energii o ponad 20%. Ten rodzaj systemu jest idealny do budynków lub obiektów, które nie mają dużej powierzchni płaskiego dachu lub w sytuacjach, w których energia słoneczna jest niestała.

Zaprezentujemy Active Solar Tracker, który porusza się zarówno na osi X, jak i Y. Ten rodzaj systemu wykorzystuje mikrokontroler lub dobrze zaprojektowany obwód analogowy i czujniki, aby utrzymać panel słoneczny we właściwej pozycji. Chociaż tworzy to naprawdę zgrabne demo, które można pochwalić się za pomocą latarki w klasie, zużywa również dużo energii i ma wiele ruchomych części.

Data Based Tracker lub Scheduled Tracker wykorzystuje informacje o dacie i godzinie, aby codziennie podążać ustaloną ścieżką, ponieważ ruch słońca jest w 100% przewidywalny. Jednym z takich przykładów jest projekt użytkownika Instructable pdaniel7, który wykorzystuje dwa serwa w nowatorskim projekcie, aby bardzo skutecznie śledzić słońce. Kluczem do tego typu projektu jest upewnienie się, że oprogramowanie jest skonfigurowane tak, aby było najbardziej wydajne dla Twojej dokładnej lokalizacji.

Tracker z zasilaniem osoby to taki, który jest zasilany przez ludzi. Może to być coś tak prostego, jak zmiana kąta nachylenia paneli słonecznych kilka razy w roku po umieszczenie panelu na obrotowej platformie przymocowanej do obciążonego koła pasowego, które jest resetowane każdego ranka. Na przykład znany nam lokalny rolnik ma na swoim podwórku kilka paneli słonecznych zamontowanych na rurach PVC. Co miesiąc nieznacznie zmieniał ich położenie i kąt. To bardzo proste i pomaga wydobyć kilka amperów energii z jego systemu.

Krok 2: Aktualizacje do oryginalnego projektu

Nasza pierwotna wersja bardziej skupiała się na mechanice fizycznej niż na elektronice i to okazało się jej największą wadą. Kiedy zaczęliśmy przeprojektowywać ten projekt, podjęliśmy decyzję o zmianie naszego okablowania z podejścia „wiązka przewodów” na proste podejście „plug and play”, ponieważ naszą publicznością byli zwykle studenci.

Pierwszą rzeczą, jaką zrobiliśmy, było stworzenie niestandardowej tarczy Arduino Shield do podłączania serw i czujników. Oryginalny projekt wykorzystywał ogólną osłonę czujnika Arduino, która działała dobrze dla serw, ale nie dobrze dla czujników. Nasza Tarcza nie jest niczym specjalnym i był to zdecydowanie najprostszy aspekt do zaprojektowania. (Wykorzystaliśmy go również w innych projektach, w których musieliśmy podłączyć prosty czujnik i serwo).

Aby utrzymać czujniki na miejscu, zaprojektowaliśmy bardzo prosty uchwyt czujnika, który można łatwo przykręcić do drewna. Zestaw złączy kołkowych pozwolił nam następnie podłączyć płytkę czujnika do ekranu za pomocą zworek żeńskich. Rozwiązywanie problemów z tą konfiguracją jest znacznie łatwiejsze niż nasz oryginalny „wiązka przewodów” lub płytka stykowa.

Na koniec przejrzeliśmy nasz projekt i zmieniliśmy sporo drewna z ćwierć cala na ósmy, aby zmniejszyć wagę. Chociaż nigdy nie mieliśmy żadnych doniesień o tym, że ludzie mają problemy z wypalaniem się serw 9G, im mniejszy ciężar się poruszają, tym lepiej. To również obniżyło dla nas koszty i wagę wysyłki, ponieważ wysyłamy wiele zestawów za granicę.

Krok 3: Potrzebne części

Aby zbudować ten projekt, będziesz potrzebować następujących elementów:

Narzędzia:

• Śrubokręty
• Komputer
• Wycinarka laserowa lub router CNC, jeśli samodzielnie wycinasz części

Elektronika:

• Arduino Uno
• Solar Tracker Shield (nagłówki pinów i rezystory 10 000 omów)
• Płytka PCB uchwytu czujnika (końcówki kołków i rezystory wykrywające światło)
• Kable połączeniowe żeńskie do żeńskich
• 2 x metalowe serwa zębate o rozmiarze 9G

Sprzęt komputerowy:

• Części drewniane wycinane laserowo lub CNC
• 4 x śruby M3 + nakrętki o długości około 14-16mm
• 4 x wkręty do drewna w rozmiarze 2 o długości 1/4 cala lub niektóre wkręty M1 o podobnej długości
• 21 x 8-32 wkręty o długości 1/2 cala
• 1x8-32 w 3/4 cala
• 1 x śruba 8-32 o długości 2,5 cala i opcjonalna nakrętka
• 24x8-32 orzechy
• 4 x gumowe nóżki;

Opcjonalny:

• Ogniwo słoneczne (6V 200mA to to, czego używamy)
• Woltomierz LED
• Drut do połączenia ze sobą

Większość z tych części jest dość łatwa do znalezienia. Jeśli chcesz wykonać własne PCB, możesz to zrobić za pośrednictwem OSHPpark.com lub innych usług PCB. Upewnij się, że masz Metal Gear 9G Servos za dodatkowy pierścień, który zapewniają.

Wreszcie, w rzeczywistości robimy i sprzedajemy zestaw do tego, który zawiera wszystko. Sprzedajemy również tylko części drewniane i samą elektronikę, ponieważ otrzymaliśmy wiele próśb o opcję. Nasze zestawy są już zlutowane, zawierają wszystkie części potrzebne do zbudowania tego projektu, a my zapewniamy obsługę klienta.

Aaaaaaaaa i zanim zaczniemy otrzymywać mnóstwo gniewnych dziwnych komentarzy od ludzi, jest to projekt w 100% Open Source. Zachęcamy do tworzenia własnych, korzystając z naszych wskazówek.

Krok 4: Przygotowanie płytek drukowanych

Jeśli używasz naszych zestawów lub części, dwie płytki PCB będą już dla Ciebie przylutowane.

Jeśli chcesz stworzyć własne, możesz znaleźć nasze pliki PCB w naszym repozytorium GitHub, a następnie skorzystać z usługi takiej jak OSHPark, aby wykonać niektóre PCB. Będziesz także potrzebować rezystorów 10 000 Ohm, nagłówków pinów i rezystorów wykrywających światło, aby zapełnić tablice.

Generalnie jest to dość łatwe lutowanie przelotowe. Pamiętaj, aby użyć lutownicy z odpowiednią końcówką na końcu.

Lutowanie z osłoną: Przylutuj nagłówki styków serwomechanizmu i czujnika skierowane w górę, a złącza stykowe Arduino skierowane w dół.

Lutowanie czujnika: Rezystory wykrywające światło skierowane w górę, główki kołków skierowane w dół.

Mamy również zaprojektowaną płytkę PCB wykorzystującą Arduino Nano, ale nie została ona przetestowana. Jeśli ktoś zrobi jeden z nich, z przyjemnością zobaczymy go w akcji!

Krok 5: Przygotowanie części drewnianych

Mamy szczęście, że mamy w naszym warsztacie zarówno wycinarkę laserową, jak i ploter CNC, co sprawia, że wycinanie części jest dla nas bardzo łatwe. Większość ludzi będzie musiała poszukać maszyny w swoim lokalnym Maker Space, na uniwersytecie lub w bibliotece. Każda stacjonarna wycinarka laserowa lub router CNC będzie w stanie obsłużyć używane przez nas drewno o rozmiarze 1/8 i 1/4 cala. Mieliśmy kilka grup studenckich, które z powodzeniem zbudowały ten projekt z ręcznie wycinanej płyty piankowej lub kartonu.

Jedną z rzeczy, których NIE zalecamy używania, jest akryl. Jest bardzo ciężki i gęsty, co może przytłoczyć oba Serwa.

Pliki PDF z liniami wektorowymi można łatwo znaleźć w naszym repozytorium GitHub. Wrzuć je do preferowanego oprogramowania do cięcia laserowego, inkscape lub innego oprogramowania do rysowania. Zwróć uwagę, że w naszych plikach znajdują się zarówno linie CUT, jak i ETCHING.

Jeśli chcesz uprościć ten projekt, możesz spróbować wyeliminować Y Servo sterujące platformą ogniw słonecznych, a następnie ręcznie dostosować oś Y. To zmieniłoby go w całkiem fajny Single Axis Tracker.

Mamy wiele próśb o TYLKO wycinane laserowo elementy drewniane. Sprzedajemy je jako opcję na naszej stronie internetowej i wysyłamy również wszystkie odpowiednie śruby.

Krok 6: Zamocuj serwo X, nogi i podstawę

Uwaga: Istnieje wiele sposobów na złożenie tego projektu w całość, a kolejność, w jakiej go budujesz, nie ma większego znaczenia. Jeśli chcesz zobaczyć wskazówki dotyczące stylu grafiki liniowej, możesz to zrobić za pomocą wskazówek na naszej stronie internetowej.

Podczas budowy pierwszym krokiem jest przymocowanie jednego z serw do mocowania Circle Servo Mount.

Użyj śrub dołączonych do serwomechanizmu i przymocuj je do spodu drewnianego elementu. To jest strona BEZ wytrawiania na niej.

Następnie przymocuj cztery nogi za pomocą jednej śruby 8-32 i nakrętek. Nie wkręcaj ich do końca, zostaw trochę miejsca do poruszania się.

Na koniec połącz cztery nogi z dużą drewnianą podstawą projektu za pomocą czterech kolejnych śrub i nakrętek 8-32. Gdy są bezpieczne, dokręć pozostałe cztery śruby na uchwycie Circle Servo Mount.

Byłby to również dobry moment na umieszczenie gumowych nóżek na spodzie drewnianego elementu Project Base, aby śruby nie porysowały stołu.

Krok 7: Podłącz serwo Y i zbuduj centrum

Użyj powyższego schematu, aby zbudować części środkowe.

Przymocuj serwo za pomocą dołączonych do niego śrub. Nie ma znaczenia, z której strony kawałka drewna użyjesz, wystarczy, że korpus serwa jest skierowany do środka.

Następnie luźno połącz dwa długie elementy prostokątne i dwie prowadnice długich śrub.

Krok 8: Podłącz rogi serwo

Uwaga: to zdecydowanie najbardziej irytująca część tej kompilacji. Jeśli złamiesz klakson serwomechanizmu, nie martw się, masz dodatkowy nie bez powodu.

Przymocuj jeden z rogów serwomechanizmu w kształcie litery X, który został dostarczony z twoim serwomechanizmem, do dużego elementu z środkowego koła. Wkręcisz go w spód, czyli bok bez wytrawiania. W tym celu użyj dwóch małych wkrętów do drewna #2.

Zrób to samo z jednym z dwóch Trójkątnych Skrzydeł, używając innego Servo Horn.

Krok 9: Połącz centrum i bazę, dom X Servo

Połącz element Center Circle, do którego właśnie przyczepiłeś róg, i połącz go z elementami Y Servo Center z wcześniej. Połącz elementy i użyj czterech śrub 8-32 i nakrętek, aby je połączyć.

Następnie umieść go na podstawie, używając klaksonu Servo jako punktu połączenia. NIE wkręcaj go jeszcze na miejsce.

Naprowadzanie X Servo

Używając klaksonu serwomechanizmu, który jest teraz podłączony do serwomechanizmu, obróć serwo zgodnie z ruchem wskazówek zegara. (Możesz również użyć do tego jednego z pozostałych rogów serwomechanizmu.)

Podnieś środek i umieść go w miejscu, które byłoby najdalej w kierunku przeciwnym do ruchu wskazówek zegara. Użyj narożnika bazy projektu jako punktu odniesienia.

Na koniec użyj bardzo małej śruby dołączonej do serwomechanizmu, aby wkręcić klakson do serwomechanizmu. Jeśli to możliwe, warto mieć śrubokręt z magnetyczną końcówką.

Krok 10: Zbuduj twarz, umieść serwo Y i połącz wszystko

Najpierw przykręć płytkę PCB czujnika do płyty czołowej za pomocą półcalowej (lub 3/4-calowej) nakrętki i śruby 8-32. Następnie przymocuj dwie przekładki wokół niego za pomocą więcej śrub 8-32.

Następnie przykręć dwa trójkątne skrzydełka do płyty czołowej.

Upewnij się, że skrzydło z rogami serwo pasuje do twojego serwomechanizmu osi Y.

Naprowadzanie serwomechanizmu

Robimy to samo tutaj. Obróć serwo do końca zgodnie z ruchem wskazówek zegara za pomocą klaksonu serwo.

Następnie przymocuj cały panel czołowy tak, aby był prawie pionowy, ale nie wbijał się w żadne inne drewniane elementy.

Łącząc wszystko

Śruba 2,5 cala łączy jedną stronę płyty czołowej ze środkiem poprzez duży otwór wycięty laserem.

Następnie użyj drugiej bardzo małej śruby serwa, aby przykręcić klakson do serwomechanizmu osi Y.

Krok 11: Podłącz Arduino i podłącz przewody

Na koniec musimy wkręcić nasze Arduino w płytkę bazową za pomocą niektórych śrub i nakrętek M3. Zwykle używamy tylko dwóch śrub, ale dodaliśmy otwory na cztery. Następnie podłącz Shield do Arduino.

Podłącz serwa do tarczy. Pamiętaj, aby podłączyć serwo poziome do połączenia osi X, a serwo pionowe do połączenia osi Y.

Dopasuj pięć połączeń między płytką czujnika i osłoną, oba są oznaczone. Podłącz wszystkie cztery przewody.

Uwaga: Jeśli będziesz mieć problemy, to będzie to spowodowane złym podłączeniem. W razie wątpliwości sprawdź dokładnie przewody czujnika i sprawdź, czy serwa są we właściwym miejscu.

Krok 12: Prześlij kod

Nasz kod jest dość prosty. Porównuje światło padające na każdy z czterech rezystorów wykrywających światło i stara się je wyrównać. Jest to również bardzo nieefektywny sposób robienia rzeczy i w żadnym wypadku nie będzie to dobrze skalować się do większych projektów. Największą zaletą tego kodu jest to, że ciekawie się go ogląda. Tracker będzie bardzo łatwo podążał za latarką. Największym minusem jest to, że nie jest szczególnie dokładna i jeśli wyjdziesz na słońce przez cały dzień, nie będzie się zbyt często ruszać. Możesz dostosować kod, aby był bardziej wrażliwy, ale jest to dużo prób i błędów.

Jeśli chcesz napisać własny kod lub spróbować czegoś innego, super! Koniecznie udostępnij link do niego w komentarzach.

Korzystając z oficjalnego oprogramowania Arduino, wgraj ten kod do Arduino.

Jeśli twoje serwa i czujniki są podłączone, zobaczysz, że szarpnie do pozycji „domowej”, zatrzymaj się na sekundę, a następnie ponownie się ruszaj.

Krok 13: Często zadawane pytania i odpowiedzi

Najczęstsze problemy, z którymi ludzie do nas dzwonią.

P1) Jest na słońcu i nie działa! Co za zdzierstwo

A1) Czy jest podłączony do źródła zasilania USB? Tracker nie jest samozasilający się i jest całkowicie uruchamiany z kabla USB prowadzącego do Arduino.

P2) Głowa uderza gwałtownie w inne części ciała

A2) Musisz ponownie "ustawić" serwa. Musimy podać limity Servo. (Można to również zrobić w kodzie)

P3) Nie porusza się zbytnio, jak to zmienić?

A3) Spróbuj użyć latarki w słabo oświetlonym pomieszczeniu. Może być przytłoczony, gdy na zewnątrz w słońcu.

Q4) Moje Arduino nie chce się przesłać. Co ja robię źle?

A4) Upewnij się, że masz zainstalowane sterowniki dla swojego Arduino, upewnij się, że wybrałeś Arduino Uno z listy płyt, upewnij się, że wybrałeś odpowiedni port komunikacyjny.

Q4) To jest totalne zdzierstwo! Jak śmiesz płacić tyle za zestaw! Jesteście do bani

A4) Dzięki za ten wnikliwy komentarz, chociaż nie jest to pytanie, przyjechałeś tu z YouTube? Tak, pobieramy opłaty za wersję zestawu, jednak dajemy Ci wszystkie potrzebne komponenty i zapewniamy prawdziwą obsługę klienta na żywo. Jeśli nie chcesz go od nas kupować, zrób to sam, korzystając z naszych plików Open Source i tej instrukcji obsługi.

Krok 14: Zdobienia

Kiedy wykonujemy naszą wersję Kit tego projektu, zawieramy również ogniwo słoneczne 6V 200mA oraz niedrogi woltomierz LED. To małe ogniwo słoneczne niewiele zdziała, ale można z niego wydobyć trochę danych.

Zazwyczaj mocujemy ogniwo słoneczne do twarzy za pomocą rzepa lub taśmy piankowej. Pamiętajcie, że choć można by technicznie dołączyć do tego projektu gigantyczny panel słoneczny, natychmiast by go zmiażdżył. Zbyt duże ogniwo słoneczne dodatkowo obciążyłoby serwonapędy. (Większe trackery chciałyby użyć przekładniowego silnika krokowego.)

W naszych plikach wycinanych laserowo znajdziesz prosty uchwyt na woltomierz LED, który można przymocować do podstawy za pomocą dwóch dodatkowych śrub 8-32. Do połączenia woltomierza z ogniwem słonecznym używamy nakrętek drucianych. Tego typu woltomierze są zasilane ze swojego źródła, w tym przypadku z ogniwa słonecznego. Czarny przewód do ujemnego, czerwony i biały do dodatniego.

Krok 15: Ciesz się

Mamy nadzieję, że ta aktualizacja pomoże wielu osobom i zainteresuje jeszcze więcej osób tworzeniem swojego stacjonarnego urządzenia do śledzenia słońca. Jeśli masz pytania, komentarze lub tworzysz własne, zamieść komentarz poniżej. Uwielbiamy widzieć, jakie zabawne odmiany wymyślają ludzie.

Jeśli interesują Cię nasze części lub materiały eksploatacyjne, pobierz je z BrownDogGadgets.com. Jak już wielokrotnie mówiliśmy, jest to projekt Open Source, więc możesz swobodnie korzystać z własnych części i materiałów, ile tylko chcesz.