Dispositivo de radiação solar (SID): um sensor solar baseado em Arduino: 9 etapas

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

O Solar Irradiance Device (SID) mede o brilho do sol e é projetado especificamente para ser usado em sala de aula. Eles são construídos usando Arduinos, o que permite que sejam criados por todos, desde estudantes do ensino médio até adultos. Este instrutível foi produzido pelos professores 2017-2018 no programa QESST na ASU.

Etapa 1: reunir suprimentos

Análise SIDCost

1. Um Arduino (o nano foi usado para este projeto) $ 19,99 / 5 = $ 4,00

2. Um breadboard $ 3,99 / 6 = $ 0,66

3. Um resistor de 4,7 K ohm $ 6,50 / 100 = $ 0,07

4. Um resistor de 2,2 ohm $ 4/100 = $ 0,04

5. 1 cabo RCA de duas pontas $ 6/3 = $ 2,00

6. Sonda de temperatura $ 19,99 / 10 = $ 2,00

7. Um sensor solar $ 1,40 / 1 = $ 1,40

8. Quatro (4) cabos de jumper $ 6,99 / 130 = $ 0,22 (indisponível no momento, mas outras opções estão disponíveis)

9. Ferro de solda e solda

10. Cortadores de fio

Total $ 6,39

Para criar sua própria caixa (em vez de imprimi-la em 3D), você também precisará:

1. Caixa preta $ 9,08 / 10 = $ 0,91

2. Duas (2) entradas fêmeas RCA $ 8,99 / 30 = $ 0,30

3. Broca, broca tamanho 6 e broca escalonada

Total $ 1,21

Total acumulado $ 7,60

Etapa 2: Construindo Seu Caso

Como se espera que os alunos do ensino fundamental e médio usem esses sensores, é útil que toda a fiação seja colocada em uma caixa. Um lado da caixa possui um orifício maior para a alimentação do computador e o outro possui dois orifícios para as entradas fêmeas RCA. Use uma broca de tamanho 6 para fazer os furos para as entradas RCA e uma broca escalonada para fazer um furo para a alimentação do computador. Sua placa de ensaio e o Arduino precisam estar confortavelmente conectados, então provavelmente seria sábio medir onde os furos precisam estar antes de perfurá-los. Uma vez que isso seja feito, você pode aparafusar suas entradas RCA. Se você optar por não incluir um sensor de temperatura neste projeto, precisará apenas de uma entrada RCA e poderá perfurar de acordo.

Seu Arduino precisa ser pressionado na placa de ensaio, conforme mostrado na imagem. As placas de ensaio usadas neste projeto têm um fundo pegajoso, portanto, depois que a caixa foi perfurada, pode ser útil grudar a placa de ensaio na caixa para ajudar na organização.

Se você tiver acesso a uma impressora 3D, você pode, como alternativa, imprimir uma caixa para SID.

Etapa 3: conecte seus cabos às entradas RCA

Conecte dois cabos de jumper a cada entrada RCA. Embora esses cabos possam ser soldados às entradas, é mais rápido e fácil simplesmente crimpar o fio ao redor da entrada. Certifique-se de que nenhum fio descoberto se toque, ou seu circuito pode entrar em curto. Neste caso, os fios amarelo e azul são conectados ao aterramento, enquanto os fios vermelho e verde são conectados aos condutores. Essas cores não são necessárias para a construção do dispositivo, mas tornam mais fácil ver como os fios são conectados ao Arduino.

Etapa 4: Prepare seu cabo RCA

Corte um cabo RCA de dupla face (macho para macho) pela metade e descasque cerca de 2,5 cm de cada lado do cabo. Torça os fios externos que atuam como o condutor e, em seguida, descasque e torça juntos os fios internos que são o aterramento (nestas fotos, os fios de aterramento são inicialmente cercados por fio branco, embora a cor do revestimento muitas vezes dependa da cor do o cabo RCA). Faça isso para os dois fios. Eles irão conectar suas entradas RCA com seus sensores solares e de temperatura.

Etapa 5: construir seu sensor solar

Os painéis usados neste processo são baratos, mas geralmente possuem cabos que caem facilmente. É uma boa ideia proteger os cabos com um pedaço de fita isolante para corrigir o problema.

Retire uma polegada de fio dos fios do painel solar, que neste caso são amarelos (positivos) e marrons (negativos). Torça a extremidade de um resistor de 2,2 ohms, o fio do cabo RCA e a extremidade positiva do painel (aqui em amarelo). Torça a extremidade negativa do painel solar (aqui em marrom), o aterramento do cabo RCA (aqui em branco) e o outro lado do resistor. Observe que o resistor está em paralelo aqui.

Solde os fios do painel e o cabo RCA juntos. O dispositivo não funcionará corretamente se os fios de aterramento se cruzarem, portanto, use fita isolante ou termorretrátil para envolver os fios.

Etapa 6: conecte seu sensor solar

Neste modelo, o sensor solar é conectado à entrada fêmea RCA direita, que possui cabos verde (condutor) e azul (terra). Embora você possa usar qualquer uma das entradas RCA, isso evitará que você precise cruzar os fios para o lado oposto do Arduino.

Conecte o cabo condutor (aqui em verde) ao pino A5 do Arduino. Conecte seu cabo de aterramento (aqui em azul) ao pino de aterramento (GND) no lado analógico (todos os pinos deste lado do Arduino começam com A).

Se você terminar este projeto e o sensor solar estiver lendo 0 volts, tente trocar os fios de aterramento e condutores. Se o sensor foi soldado incorretamente, pode ser necessário trocá-los.

Embora haja um resistor nessas fotos, você não precisa incluir um resistor se optar por não incluir um sensor de temperatura.

Etapa 7: construir seu sensor de temperatura

Como a saída de tensão das células solares flutua muito com o calor, um sensor de temperatura é útil para determinar o quão bem o sensor solar pode estar funcionando. No entanto, você pode escolher construir este dispositivo sem a sonda de temperatura e ainda funcionará muito bem como um sensor solar.

Instruções opcionais do termômetro:

Desencape um centímetro de fio para cada um dos três fios que saem da sonda de temperatura. Torça os fios amarelo e vermelho. Torça os fios pretos (aterramento) separadamente. Usando o segundo cabo RCA, torça os fios pretos (terra) do sensor de temperatura junto com os fios brancos (terra) do cabo RCA. Soldar juntos e embrulhar com fita isolante ou termorretrátil. Torça os fios vermelho e amarelo (condutor) da sonda de temperatura até os fios condutores do cabo RCA. Solde e embrulhe com fita isolante ou termorretrátil.

Etapa 8: Conecte seu sensor de temperatura

Instruções opcionais do termômetro:

Neste modelo, o sensor de temperatura está na entrada RCA esquerda, que possui fios vermelho (fio) e amarelo (terra).

Dobre as laterais e conecte um resistor de 4,7 k ohm do pino de 5 V ao pino D2 na placa de ensaio (você verá os rótulos deles no Arduino, mas na verdade conectará o resistor na placa de ensaio).

Conecte seu cabo de aterramento (amarelo) no pino de aterramento (gnd) próximo a D2.

Na segunda coluna do pino D2, conecte o cabo condutor (aqui em vermelho). Essa configuração permite que a corrente flua pelo resistor antes de ser lida pelo Arduino.

Etapa 9: programe seu Arduino

Este é o código usado neste projeto. Ele produz tensão em volts e temperatura em Celsius usando o monitor serial. Se este código não funcionar imediatamente, tente trocar o cabo e o aterramento de seu sensor solar.

Você precisará baixar as bibliotecas Dallas Temperature (https://github.com/milesburton/Arduino-Temperature-Control-Library) e One Wire (https://github.com/PaulStoffregen/OneWire) e incluí-las em seu programa arduino.

const int sunPin = A5; // conector para usar na placa Arduino

float sunValue = 0; // declara a variável

float avgMeasure (int pin, float scale, int num) {analogRead (pin); // descarta o primeiro valor delay (2); float x = 0; para (contagem interna = 0; contagem <num; contagem ++) {x = x + analogRead (pin); // atraso (5); } x = x / num; retorno (escala x *); }

#include #include // O fio de dados está conectado ao pino 2 no Arduino #define ONE_WIRE_BUS 2 // Configure uma instância oneWire para se comunicar com qualquer dispositivo OneWire // (não apenas ICs de temperatura Maxim / Dallas) OneWire oneWire (ONE_WIRE_BUS); // Passe nossa referência oneWire para Dallas Temperature. Sensores de temperatura Dallas (& oneWire); void setup () {analogReference (INTERNAL); // use a referência de 1,1 V Serial.begin (115200); // comunica-se em 115200. Mais rápido que o padrão de 9600 Serial.print ("Voltage"); // Título para a tensão Serial.print (""); // spacer Serial.print ("Temperatura"); // Título para o sensor de temperatura

// Inicie a biblioteca sensores.begin ();}

loop vazio () {sunValue = avgMeasure (sunPin, 1.0, 100); // chama a sub-rotina para fazer 100 medições um sunValue = sunValue * 1.07422; // Converte as contagens do Arduino em voltagem, uma vez que existem 1024 contagens e 1,1V. sensores.requestTemperatures (); // Envie o comando para obter as temperaturas Serial.println (""); // começa uma nova linha Serial.print (sunValue); // gera a tensão Serial.print (""); // espaçador Serial.print (sensores.getTempCByIndex (0)); // gera o atraso de temperatura (1000); // lê os dados uma vez a cada segundo.

}