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

2024 Autor: John Day | [email protected]. Zadnja promjena: 2024-01-30 09:36

Uređaj za solarno zračenje (SID) mjeri svjetlinu sunca i posebno je dizajniran za upotrebu u učionici. Izrađene su pomoću Arduinosa, što im omogućuje da ih stvore svi, od učenika nižih razreda srednje škole do odraslih. Ovu pouku izradili su učitelji za razdoblje 2017.-2018. U programu QESST na ASU-u.

Korak 1: Prikupite potrepštine

SIDCost analiza

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

2. Okvir 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 dvostrani 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 nedostupno, 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 bušilica

Ukupno 1,21 USD

Kumulativno Ukupno 7,60 USD

Korak 2: Izrada vašeg slučaja

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

Vaš Arduino treba utisnuti u 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 ploču za kutiju kako bi pomogli organizaciji.

Ako imate pristup 3D pisaču, možete i ispisati 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 došlo do kratkog spoja strujnog kruga. U tom slučaju, žuta i plava žica spojene su na masu, dok su crvena i zelena žica spojene na vodiče. Ove boje nisu potrebne za izradu 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 unutarnje žice koje su uzemljene (na ovim slikama žice za uzemljenje u početku su 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 jeftine su, ali često imaju tragove koji lako otpadaju. Za rješavanje ovog problema dobro je pričvrstiti elektrode komadom električne trake.

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

Lemiti žice s ploče i RCA kabela zajedno. Uređaj neće raditi ispravno ako se olovna i uzemljivačka žica križaju, 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) kabele. 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 ne uključiti osjetnik temperature.

Korak 7: Izgradite svoj temperaturni senzor

Budući da izlazni napon solarnih ćelija jako varira s toplinom, senzor temperature pomaže 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.

Opcijske upute za termometar:

Skinite centimetar žice za svaku od tri žice koje odlaze s temperaturne sonde. Okrenite žutu i crvenu žicu zajedno. Zavrnite crne žice (uzemljenje) odvojeno. 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 zamotati električnom trakom ili termoskupljajućom tkaninom.

Korak 8: Povežite senzor temperature

Opcijske upute za termometar:

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

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

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

U drugi stupac D2 pina, priključite olovni kabel (ovdje crvenom bojom). Ova postavka omogućuje da struja teče kroz otpornik prije nego što je pročita Arduino.

Korak 9: Programirajte svoj Arduino

Ovo je kôd koji se koristi u ovom projektu. Pomoću serijskog monitora daje napon u voltima i temperaturu u Celzijusima. Ako ovaj kôd ne uspije odmah, pokušajte zamijeniti 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) knjižnice i uključiti ih u vaš arduino program.

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

float sunValue = 0; // deklarirati varijablu

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

#include #include // Podatkovna žica je uključena u pin 2 na Arduinu #define ONE_WIRE_BUS 2 // Postavite instancu oneWire za komunikaciju s bilo kojim OneWire uređajima // (ne samo Maxim/Dallas IC IC) OneWire oneWire (ONE_WIRE_BUS); // Prenesite našu referencu oneWire na Dallas Temperature. Senzori temperature Dallas (& oneWire); void setup () {analogReference (INTERNAL); // koristiti referentni 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 brojanja i 1,1V. senzori.requestTemperatures (); // Pošaljite naredbu za dobivanje temperature Serial.println (""); // započinje novi redak Serial.print (sunValue); // daje napon Serial.print (""); // razmaknica Serial.print (sensors.getTempCByIndex (0)); // emitira kašnjenje temperature (1000); // čita podatke jednom svake sekunde.

}