Dual Axis Tracker V2.0: 15 etapas (com imagens)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Última modificação: 2024-01-30 11:38

No ano de 2015, projetamos um Simple Dual Axis Tracker para uso como um aluno divertido ou projeto de hobby. Era pequeno, barulhento, um pouco complicado e provocava muitos comentários estranhos da comunidade. Dito isso, três anos e meio depois ainda recebemos e-mails e telefonemas de pessoas de todo o mundo que desejam construir o seu próprio.

Devido ao sucesso da postagem do nosso projeto original, do vídeo do youtube e dos kits que vendíamos, recebemos uma ampla gama de comentários de uma ampla gama de usuários. Muitas delas boas, algumas irritantes, e algumas que eram do tipo "conectar essa coisa é realmente muito complicado, então, por favor, passe uma hora no telefone conosco para descobrir". Com isso em mente, passamos vários meses redesenhando o projeto do zero para torná-lo uma atividade muito mais ágil e fácil.

Neste artigo, você encontrará informações sobre nossas atualizações, como funcionam os rastreadores solares, uma lista de peças, links para nosso hardware de código aberto, código de código aberto e links para onde você pode comprar muitas dessas coisas.

Divulgação completa: Nós vendemos este projeto e todas as peças como um kit educacional. Você não precisa comprar nada de nós para fazer este projeto. Na verdade, você pode usar todos os nossos recursos para fazer seus próprios PCBs, cortar a laser sua própria madeira em um Espaço Maker local ou Universidade, ou mesmo apenas usar um monte de papelão e cola quente para criar sua própria criação incrível. Este é um projeto de código aberto por completo.

Ofereça: estamos tentando algo novo em 2019. Siga-nos no instructables, Facebook, Instagram e ou youtube para se habilitar a ganhar algumas peças gratuitas (apenas para residentes nos EUA). Curta e comente nossas postagens e vídeos para este projeto e escolheremos alguns vencedores no próximo mês. Vamos doar alguns lotes de PCBs e alguns kits.

Etapa 1: Por que rastreadores solares?

Os painéis solares estão por toda parte. Eles são baratos, prontamente disponíveis e muito fáceis de usar. Existem dezenas de milhares de projetos de painéis solares de pequena escala encontrados em todos os sites do youtube e DIY.

A maioria das pessoas provavelmente tem um par de instalações solares de maior escala em sua vizinhança, graças à proliferação de Solar Group Buys e incentivos governamentais. Na grande maioria dessas configurações, os painéis solares são fixados no telhado de um edifício apontando 45 graus para o sul (quando no hemisfério norte). As configurações solares fixas são de longe a forma mais simples de fornecer energia a uma casa ou edifício, pois requerem muito pouca manutenção e conservação. Costumamos dizer às pessoas que nos contatam que é muito mais econômico NÃO construir um rastreador solar para sua casa, mas apenas adicionar mais painéis solares ao seu conjunto.

No entanto, a maneira mais eficiente de coletar energia de um único painel é por meio de um rastreador solar. Isso permite que o painel solar esteja na posição ideal durante todo o dia, o que aumenta a geração de energia em mais de 20%. Este tipo de sistema é perfeito para edifícios ou instalações que não têm muito espaço de telhado plano ou situações onde a energia solar é inconsistente.

Vamos demonstrar um Active Solar Tracker que se move nos eixos X e Y. Este tipo de sistema usa um microcontrolador, ou circuito analógico bem projetado, e sensores para manter o painel solar na posição correta. Embora isso seja uma demonstração realmente engenhosa que você pode exibir usando uma lanterna em uma sala de aula, também usa muita energia e tem muitas partes móveis.

Um rastreador baseado em data ou rastreador programado usa informações de data e hora para seguir um caminho definido todos os dias, já que o movimento do sol é 100% previsível. Um exemplo disso é o projeto do usuário Instructable pdaniel7 e ele usa dois servos em um design inovador para rastrear o sol de forma muito eficiente. A chave para esse tipo de projeto é garantir que o software seja configurado para ser mais eficiente para a sua localização exata.

Um rastreador acionado por pessoa é aquele que é acionado por pessoas. Isso pode variar de algo tão simples como uma pessoa mudando o ângulo de seus painéis solares algumas vezes por ano até colocar um painel em uma plataforma giratória presa a uma polia ponderada que é reiniciada todas as manhãs. Por exemplo, um fazendeiro local que conhecemos tem vários painéis solares montados em tubos de PVC em seu quintal. Todo mês ele mudava ligeiramente a posição e o ângulo deles. É muito simples e ajuda a ganhar mais alguns amperes de energia do sistema.

Etapa 2: atualizações para o design original

Nossa versão original estava mais preocupada com a mecânica física do que com a eletrônica e isso provou ser sua maior queda. Quando começamos a redesenhar este projeto, tomamos a decisão de mudar nosso cabeamento de uma abordagem de 'feixe de fios' para uma abordagem fácil de 'plug and play', já que nosso público costumava ser estudantes.

A primeira coisa que fizemos foi criar um Arduino Shield personalizado para conectar os servos e sensores. O projeto original usava um Escudo de Sensor Arduino genérico que funcionou bem para os Servos, mas não para os Sensores. Nosso escudo não é nada especial em geral e foi de longe o aspecto mais simples de se projetar. (Também o usamos para outros projetos onde precisávamos conectar um sensor simples e um servo.)

Para manter os sensores no lugar, projetamos um suporte de sensor muito simples que poderia ser facilmente aparafusado à madeira. Um conjunto de conectores de pinos nos permitiu conectar o PCB do sensor à blindagem com jumpers fêmeas. Resolver problemas nesta configuração é muito mais fácil do que nosso 'feixe de fios' original ou uma placa de ensaio.

Por último, revisamos nosso projeto e mudamos um pouco da madeira de um quarto de polegada para oitavo para reduzir o peso. Embora nunca tenhamos tido relatos de pessoas com problemas com seus Servos 9G queimando, quanto menos peso eles estivessem movendo, melhor. Isso também reduziu o custo e os pesos de envio para nós, uma vez que tendemos a enviar muitos kits internacionalmente.

Etapa 3: peças necessárias

Para construir este projeto, você vai precisar dos seguintes itens:

Ferramentas:

• Chaves de fenda
• Computador
• Cortador a laser ou roteador CNC, se você mesmo estiver cortando as peças

Eletrônicos:

• Arduino Uno
• Escudo de rastreador solar (cabeçalhos de pinos e resistores de 10.000 ohms)
• PCB de suporte do sensor (cabeçalhos de pinos e resistores de detecção de luz)
• Cabos de jumper feminino para feminino
• 2 x 9G Sized Metal Gear Servos

Hardware:

• Corte a laser ou peças de madeira CNC
• 4 x parafusos M3 + porcas em cerca de 14-16 mm de comprimento
• 4 x parafusos para madeira de tamanho 2 com comprimento de 1/4 de polegada ou alguns parafusos M1 de comprimento semelhante
• 21 x 8-32 Parafusos com comprimento de 1/2 polegada
• 1 x 8-32 a 3/4 polegada
• 1 x 8-32 parafuso com 2,5 polegadas de comprimento e uma porca opcional
• 24 x 8-32 porcas
• 4 x pés de borracha

Opcional:

• Célula solar (6V 200mA é o que usamos)
• Voltímetro LED
• Fio para conectar os dois juntos

A maioria dessas peças é muito fácil de encontrar. Se você quiser que seus próprios PCBs sejam feitos, você pode fazê-lo por meio do OSHPark.com ou de outros serviços de PCB. Certifique-se de obter Servos Metal Gear 9G para o torque extra que eles fornecem.

Por último, fabricamos e vendemos de facto um kit para isto que inclui tudo. Também vendemos apenas as peças de madeira e apenas os eletrônicos, pois recebemos muitos pedidos de opção. Nossos kits já estão soldados, incluem todas as peças de que você precisa para construir este projeto e oferecemos suporte ao cliente.

Aaaaaaaaae antes de começarmos a receber muitos comentários estranhos e irritados das pessoas, este é um projeto 100% Open Source. Sinta-se à vontade para fazer o seu usando nossas instruções.

Etapa 4: Preparando os PCBs

Se você estiver usando nossos kits ou peças, os dois PCBs já estarão soldados para você.

Se você quiser fazer o seu próprio, pode encontrar nossos arquivos PCB em nosso GitHub Repo e, em seguida, usar um serviço como o OSHPark para fazer alguns PCBs. Você também precisará de cerca de 10.000 resistores de ohms, cabeçalhos de pinos e resistores de detecção de luz para preencher as placas.

Em geral, isso é muito fácil através da soldagem por furo. Certifique-se de usar um ferro de solda com uma ponta apropriada na extremidade.

Soldagem de blindagem: Solde os conectores do pino do servo e sensor voltados para cima e os conectores do pino de conexão do Arduino voltados para baixo.

Soldagem do sensor: Resistores de detecção de luz voltados para cima, cabeçalhos de pinos voltados para baixo.

Também temos um PCB projetado que usa um Arduino Nano, mas não foi testado. Se alguém fizer um desses, adoraríamos vê-lo em ação!

Etapa 5: preparando as peças de madeira

Temos a sorte de ter um cortador a laser e um roteador CNC em nossa oficina, o que torna o corte de peças muito fácil para nós. A maioria das pessoas precisará procurar uma máquina no Maker Space, Universidade ou Biblioteca local. Qualquer cortador a laser de mesa ou roteador CNC será capaz de lidar com a madeira de 1/8 e 1/4 de polegada que estivermos usando. Tivemos vários grupos de alunos que construíram com sucesso este projeto com Foam Board ou Cardboard cortado à mão.

Uma coisa que NÃO recomendamos é o acrílico. É muito pesado e denso que pode sobrepujar os dois Servos.

PDFs com linhas vetoriais podem ser facilmente encontrados em nosso GitHub Repo. Jogue-os em seu software de corte a laser preferido, inkscape ou outro software de desenho. Observe que temos linhas CUT e linhas ETCHING em nossos arquivos.

Se você quiser simplificar este projeto, pode tentar eliminar o Y Servo que controla a plataforma de célula solar e, em seguida, ajustar manualmente o eixo Y. Isso o transformaria em um rastreador de eixo único muito bacana.

Temos muitos pedidos APENAS para as peças de madeira cortadas a laser. Nós os vendemos como uma opção em nosso site e nos certificamos de enviar todos os parafusos apropriados junto.

Etapa 6: conecte o servo X, pernas e base

Nota: Existem várias maneiras de montar este projeto e a ordem em que você o constrói não importa realmente. Se desejar ver algumas instruções de estilo de arte de linha, você pode fazê-lo com as instruções em nosso site.

Ao construir, a primeira etapa é anexar um dos servos ao suporte circular do Servo.

Use os parafusos que vêm com seu servo e prenda-o na parte inferior da peça de madeira. Este é o lado SEM gravura nele.

Em seguida, prenda as quatro pernas com um 8-32 parafusos e porcas. Não os estrague totalmente, deixe algum espaço de manobra.

Por último, conecte as quatro pernas à grande peça de madeira da Base do Projeto com mais quatro 8-32 Parafusos e Porcas. Assim que estiverem seguros, aperte os outros quatro parafusos no suporte circular do Servo.

Este também seria um bom momento para colocar pés de borracha na parte inferior da peça de madeira do Project Base para que os parafusos não arranhem sua mesa.

Etapa 7: Anexe o servo Y e construa o centro

Use o diagrama acima para construir as peças centrais.

Prenda o servo usando os parafusos que o acompanham. Não importa o lado da peça de madeira que você usa, apenas que o corpo do servo esteja apontado para dentro.

Em seguida, conecte levemente as duas peças retangulares longas e as duas peças guia de parafuso longo.

Etapa 8: Anexe as buzinas do servo

Nota: Esta é de longe a parte mais irritante desta construção. Se você quebrar um chifre de servo, não se preocupe, você tem um extra por um motivo.

Anexe um dos Chifres de Servo em forma de X, que veio com seu servo, à grande peça do Círculo Central. Você vai aparafusar na parte de baixo, que é o lado sem gravar. Para fazer isso, use dois dos pequenos parafusos # 2 para madeira.

Faça a mesma coisa com uma das duas asas triangulares usando outro chifre de servo.

Etapa 9: Conecte o centro e a base, inicialize o X Servo

Conecte a peça do Círculo Central na qual você acabou de anexar um chifre e conecte-a com as peças Centrais do Y Servo de antes. Conecte as peças e use quatro parafusos e porcas 8-32 para mantê-las unidas.

Em seguida, coloque-o na Base usando a buzina Servo como seu ponto de conexão. NÃO aparafuse ainda.

Homing o X Servo

Usando o chifre do servo agora conectado ao seu servo, gire o servo todo no sentido horário. (Você também pode usar um de seus chifres de servo esquerdo para isso também.)

Pegue o centro e coloque-o na posição mais distante no sentido anti-horário. Use o canto da Base do Projeto como ponto de referência.

Por último, use o parafuso muito pequeno que veio com seu servo para aparafusar o chifre no servo. Ajuda ter uma chave de fenda com ponta magnética, se possível.

Etapa 10: construindo o rosto, inicializando o servo Y e conectando tudo

Primeiro, aparafuse o sensor PCB na placa frontal usando uma porca 8-32 e parafuso de meia polegada (ou 3/4 polegada). Em seguida, prenda as duas divisórias ao redor usando mais 8-32 Parafusos.

Em seguida, aparafuse as duas asas triangulares na placa frontal.

Certifique-se de que a asa que tem o chifre do servo corresponde ao local do seu servo Y Axis.

Homing the Servo

Estamos fazendo a mesma coisa aqui. Gire o servo totalmente no sentido horário usando uma buzina servo.

Em seguida, prenda o painel frontal inteiro de forma que fique quase vertical, mas sem bater em nenhuma outra parte de madeira.

Conectando tudo

O parafuso de 2,5 polegadas conecta um lado da placa frontal com o centro por meio do grande orifício de corte a laser.

Em seguida, use o outro servo parafuso muito pequeno para aparafusar o chifre no servo do eixo Y.

Etapa 11: Anexe o Arduino e conecte os fios

Por último, precisamos parafusar nosso Arduino na placa de base usando alguns dos parafusos e porcas M3. Normalmente usamos apenas dois parafusos, mas adicionamos orifícios para quatro. Em seguida, conecte o escudo ao Arduino.

Conecte os Servos ao Escudo. Certifique-se de conectar o servo horizontal à conexão do eixo X e o servo vertical à conexão do eixo Y.

Combine as cinco conexões entre o Sensor PCB e a blindagem, ambos estão identificados. Conecte todos os quatro fios.

Nota: Se você tiver problemas, será porque você conectou algo errado. Em caso de dúvida, verifique os fios do sensor e verifique se seus servos estão no local correto.

Etapa 12: Carregar o código

Nosso código é bastante simples. Ele compara a luz que atinge cada um dos quatro resistores de detecção de luz e tenta igualá-los. Essa também é uma maneira muito ineficiente de fazer as coisas e, de forma alguma, seria adequada para projetos maiores. A maior vantagem desse código é que ele é interessante de assistir. O rastreador seguirá uma lanterna com muita facilidade. A maior desvantagem é que não é muito preciso e, se você ficar ao sol o dia todo, ele não se moverá com muita frequência. Você pode ajustar o código para torná-lo mais sensível, mas é muita tentativa e erro.

Se você deseja escrever seu próprio código ou tentar algo diferente, ótimo! Certifique-se de compartilhar um link para ele nos comentários.

Usando o software oficial do Arduino, faça upload desse código para o Arduino.

Se seus servos e sensores estiverem conectados, você os verá pular para a posição 'Home', pausar por um segundo e depois mover-se novamente.

Etapa 13: Perguntas e respostas comuns

Problemas comuns com os quais as pessoas nos ligam.

Q1) Está ao sol e não funciona! O que é um roubo

A1) Ele está conectado a uma fonte de alimentação USB? O rastreador não é autoalimentado e é executado inteiramente a partir do cabo USB que vai para o Arduino.

P2) A cabeça está batendo violentamente em outras partes ou no corpo

A2) Você precisa 'inicializar' os servos novamente. Precisamos dar os limites do Servo. (Isso também pode ser feito no código)

Q3) Não está se movendo muito, como faço para mudar isso?

A3) Tente usar uma lanterna em uma sala com pouca luz. Ele pode ser sobrecarregado quando exposto ao sol.

Q4) Meu Arduino não carrega. O que estou fazendo de errado?

A4) Certifique-se de ter os drivers para seu Arduino instalados, certifique-se de ter escolhido Arduino Uno na lista de placas, certifique-se de ter escolhido a porta de comunicação correta.

Q4) Isso é um roubo total! Como se atreve a cobrar tanto por um kit! Vocês são péssimos

A4) Obrigado por aquele comentário perspicaz, embora não seja uma pergunta, você veio do YouTube? Sim, cobramos dinheiro por uma versão do kit, no entanto, fornecemos todos os componentes de que você precisa e fornecemos suporte real e ao vivo para você. Se você não quiser comprar de nós, faça você mesmo com nossos arquivos de código aberto e este guia de instruções.

Etapa 14: enfeites

Quando fazemos nossa versão do kit deste projeto, também incluímos uma célula solar de 6V 200mA, bem como um voltímetro LED de baixo custo. Esta pequena célula solar não fará muita coisa, mas você pode obter alguns dados dela.

Normalmente fixamos a célula solar ao rosto usando velcro ou fita adesiva de espuma. Lembre-se de que, embora seja possível anexar tecnicamente um painel solar gigante a este projeto, você o esmagaria instantaneamente. Uma célula solar muito grande também adicionaria tensão extra aos Servos. (Rastreadores maiores devem usar um motor de passo com engrenagem.)

Em nossos arquivos de corte a laser, você encontrará um suporte simples para o Voltímetro LED que pode ser conectado à base usando mais dois parafusos 8-32. Usamos porcas de arame para conectar o Voltímetro à célula solar. Esses tipos de Voltímetros são alimentados por sua fonte, neste caso a célula solar. Fio preto para negativo, fio vermelho e branco para positivo.

Etapa 15: Divirta-se

Esperamos que esta atualização ajude muitas pessoas e deixe ainda mais pessoas interessadas em criar seu rastreador solar para desktop. Se você tiver perguntas, comentários ou criar seus próprios, poste um comentário abaixo. Adoramos ver as variações divertidas que as pessoas inventam.

Se você estiver interessado em qualquer uma de nossas peças ou suprimentos, pegue-os em BrownDogGadgets.com. E como já dissemos várias vezes, este é um projeto de código aberto, então sinta-se à vontade para usar suas próprias peças e suprimentos o quanto quiser.