Dispositiu d’irradiança solar (SID): un sensor solar basat en Arduino: 9 passos

2024 Autora: John Day | [email protected]. Última modificació: 2024-01-30 08:15

El dispositiu d’irradiació solar (SID) mesura la brillantor del sol i està dissenyat específicament per utilitzar-lo a l’aula. Estan construïts amb Arduinos, cosa que els permet ser creats per tothom, des d’estudiants de secundària fins a adults. Aquesta instrucció ha estat produïda pels professors 2017-2018 del programa QESST d’ASU.

Pas 1: reuniu subministraments

Anàlisi SIDCost

1. Un Arduino (el nano es va utilitzar per a aquest projecte) 19,99 $ / 5 = 4,00 $

2. Una taula de pa 3,99 $ / 6 = 0,66 $

3. Una resistència de 4,7 K ohmis 6,50 $ / 100 = 0,07 $

4. Una resistència de 2,2 ohm $ 4/100 = 0,04 $

5. 1 cable RCA de dos extrems 6/3 dòlars = 2,00 dòlars

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

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

8. Quatre (4) cables jumper 6,99 $ / 130 = 0,22 $ (no està disponible ara mateix, però hi ha altres opcions disponibles)

9. Soldar ferro i soldar

10. Talladors de filferro

Total 6,39 dòlars

Per crear la vostra pròpia caixa (en lloc d’imprimir-la en 3D), també necessitareu:

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

2. Dues (2) entrades femenines RCA 8,99 $ / 30 = 0,30 $

3. Broca, mida 6 bits i broca de graó

Total 1,21 dòlars

Total acumulat de 7,60 dòlars

Pas 2: construir el vostre cas

Com que s’espera que els estudiants de K-12 utilitzin aquests sensors, és útil que tots els cables estiguin inclosos en una caixa. Un costat de la caixa té un forat més gran per a l’alimentació de l’ordinador i l’altre té dos forats per a les entrades femelles RCA. Utilitzeu una broca de mida 6 per perforar els forats de les entrades RCA i una broca de pas per perforar un forat per a l’alimentació de l’ordinador. La tauleta de suport i Arduino han d'estar endollats còmodament, de manera que probablement seria aconsellable mesurar on han de ser els forats abans de practicar-los. Un cop fet això, podeu cargolar les entrades RCA. Si decidiu no incloure cap sensor de temperatura en aquest projecte, només necessitareu una entrada RCA i podreu perforar en conseqüència.

Cal que premeu el vostre Arduino a la taula de configuració, tal com es mostra a la imatge. Les taules de treball que s’utilitzen en aquest projecte tenen un fons enganxós, de manera que després d’haver perforat la caixa, pot ser útil enganxar-la a la caixa per ajudar a l’organització.

Si teniu accés a una impressora 3D, podeu imprimir una caixa per SID.

Pas 3: connecteu els vostres contactes a les entrades RCA

Connecteu dos cables de pont a cada entrada RCA. Tot i que aquests cables es podrien soldar a les entrades, és més ràpid i senzill retallar el cable al voltant de l'entrada. Assegureu-vos que no hi hagi cables descoberts que es toquin o que el circuit pugui quedar en curtcircuit. En aquest cas, els cables grocs i blaus estan connectats a terra, mentre que els cables vermells i verds estan connectats als cables. Aquests colors no són necessaris per a la construcció del dispositiu, però fan que sigui més fàcil veure com es connecten els cables a l'Arduino.

Pas 4: prepareu el cable RCA

Tallar un cable RCA de doble cara (masculí a masculí) per la meitat i desprendre’l d’una polzada de cada costat del cable. Gireu els cables externs que actuen com a conductors i, a continuació, retireu-los i torceu-los junts als cables interns que són el sòl (en aquestes imatges, els cables de terra inicialment estan envoltats de fil blanc, tot i que el color del recobriment sovint depèn del color de el cable RCA). Feu això per als dos cables. Permetrà connectar les entrades RCA amb els sensors solars i de temperatura.

Pas 5: creeu el sensor solar

Els panells utilitzats en aquest procés són econòmics, però sovint presenten cables que cauen fàcilment. És una bona idea assegurar els cables amb un tros de cinta elèctrica per solucionar aquest problema.

Retireu una polzada de cable dels cables del panell solar, que en aquest cas són grocs (positius) i marrons (negatius). Gireu junts l’extrem d’una resistència de 2,2 ohms, el cable del cable RCA i l’extrem positiu del panell (aquí en groc). Gireu junts l’extrem negatiu del panell solar (aquí en marró), la terra del cable RCA (aquí en blanc) i l’altra cara de la resistència. Tingueu en compte que la resistència està en paral·lel aquí.

Soldeu els cables del panell i del cable RCA junts. El dispositiu no funcionarà correctament si els cables de connexió i de terra es creuen, per tant, utilitzeu cinta elèctrica o termoencongiment per tancar els cables.

Pas 6: connecteu el sensor solar

En aquest model, el sensor solar està connectat a l’entrada femella RCA adequada, que té cables verds (plom) i blaus (terra). Tot i que podeu utilitzar qualsevol entrada RCA, això evitarà que hagueu de creuar els cables cap al costat oposat de l'Arduino.

Connecteu el cable principal (aquí en verd) al pin Arduino A5. Connecteu el cable de terra (aquí en blau) al pin de terra (GND) del costat analògic (tots els pins d’aquest costat de l’Arduino comencen per A).

Si acabeu aquest projecte i el sensor solar està llegint 0 volts, proveu de canviar els cables de terra i de cable. Si el sensor s'ha soldat incorrectament, és possible que hagueu de canviar-los.

Tot i que hi ha una resistència en aquestes imatges, no cal que inclogueu una resistència si decidiu no incloure un sensor de temperatura.

Pas 7: creeu el sensor de temperatura

Com que el voltatge de sortida de les cèl·lules solars fluctua molt amb la calor, un sensor de temperatura és útil per determinar el funcionament del sensor solar. Tot i això, podeu optar per construir aquest dispositiu sense la sonda de temperatura, i encara funcionarà força bé com a sensor solar.

Instruccions opcionals del termòmetre:

Tireu una polzada de cable per a cadascun dels tres cables que surten de la sonda de temperatura. Gireu els cables groc i vermell junts. Gireu els cables negres (terra) per separat. Amb el segon cable RCA, torceu els cables negres (de terra) del sensor de temperatura juntament amb els cables blancs (de terra) del cable RCA. Soldeu-los i emboliqueu-los amb cinta elèctrica o encongiu. Gireu els cables vermells i grocs (de plom) de la sonda de temperatura als cables de plom del cable RCA. Soldar i embolicar amb cinta elèctrica o termorretractable.

Pas 8: connecteu el sensor de temperatura

Instruccions opcionals del termòmetre:

En aquest model, el sensor de temperatura es troba a l'entrada RCA esquerra, que té cables vermells (plom) i grocs (terra).

Doblegueu els costats i connecteu una resistència de 4,7 k ohmios des del pin de 5 V al pin D2 de la placa (veureu les etiquetes d’aquestes a l’Arduino, però en realitat connectareu la resistència a la placa).

Connecteu el cable de terra (groc) al pas de terra (gnd) situat al costat de D2.

A la segona columna del pin D2, connecteu el cable principal (aquí en vermell). Aquesta configuració permet que el corrent flueixi a través de la resistència abans de ser llegit per l'Arduino.

Pas 9: programa el teu Arduino

Aquest és el codi utilitzat en aquest projecte. Emet voltatge en volts i temperatura en centígrads mitjançant el monitor sèrie. Si aquest codi no funciona immediatament, proveu de canviar el cable i la terra del sensor solar.

Haureu de descarregar les biblioteques de Dallas Temperature (https://github.com/milesburton/Arduino-Temperature-Control-Library) i les biblioteques One Wire (https://github.com/PaulStoffregen/OneWire) i incloure-les a el vostre programa arduino.

const int sunPin = A5; // connector per utilitzar a la placa Arduino

float sunValue = 0; // declarar la variable

float avgMeasure (int pin, escala flotant, int num) {analogRead (pin); // descarta el primer retard del valor (2); flotador x = 0; for (int count = 0; count <num; count ++) {x = x + analogRead (pin); // retard (5); } x = x / num; retorn (escala x *); }

#include #include // El cable de dades està connectat al pin 2 de l’Arduino #define ONE_WIRE_BUS 2 // Configureu una instància oneWire per comunicar-vos amb qualsevol dispositiu OneWire // (no només els circuits de temperatura màxima / Dallas) OneWire oneWire (ONE_WIRE_BUS); // Passeu la nostra referència oneWire a Dallas Temperature. Sensors de temperatura Dallas (& oneWire); void setup () {analogReference (INTERN); // utilitzeu la referència 1,1 V Serial.begin (115200); // comunicar-se a 115200. Més ràpid que l'estàndard de 9600 Serial.print ("Voltage"); // Títol del voltatge Serial.print (""); // spacer Serial.print ("Temperatura"); // Títol del sensor de temperatura

// Inicieu la biblioteca sensors.begin ();}

bucle buit () {sunValue = avgMeasure (sunPin, 1.0, 100); // truqueu a la subrutina per fer 100 mesures una mitjana sunValue = sunValue * 1.07422; // Converteix els recomptes d'Arduino en tensió, ja que hi ha 1024 recomptes i 1,1V. sensors.requestTemperatures (); // Envieu l'ordre per obtenir temperatures Serial.println (""); // comença la nova línia Serial.print (sunValue); // emet el voltatge Serial.print (""); // spacer Serial.print (sensors.getTempCByIndex (0)); // emet el retard de temperatura (1000); // llegeix les dades un cop per segon.

}