جهاز الإشعاع الشمسي (SID): مستشعر شمسي قائم على Arduino: 9 خطوات

2024 مؤلف: John Day | [email protected]. آخر تعديل: 2024-01-30 07:40

يقيس جهاز الإشعاع الشمسي (SID) سطوع الشمس ، وهو مصمم خصيصًا للاستخدام في الفصل الدراسي. لقد تم تصميمها باستخدام Arduinos ، مما يسمح للجميع بإنشائها من الطلاب المبتدئين إلى البالغين. تم إنتاج هذه التعليمات من قبل معلمي 2017-2018 في برنامج QESST في جامعة ولاية أريزونا.

الخطوة 1: جمع المستلزمات

SIDCost Analysis

1. Arduino (تم استخدام النانو لهذا المشروع) 19.99 دولارًا / 5 = 4.00 دولارات

2. لوح توصيل 3.99 دولارات أمريكية / 6 = 0.66 دولارًا أمريكيًا

3. المقاوم 4.7 كيلو أوم 6.50 دولار / 100 = 0.07 دولار

4. المقاوم 2.2 أوم 4/100 دولار = 0.04 دولار

5. 1 كابل RCA ثنائي الأطراف 6/3 = 2.00 دولار

6. مسبار درجة الحرارة 19.99 دولارًا أمريكيًا / 10 = 2.00 دولارًا أمريكيًا

7. حساس شمسي 1.40 دولار / 1 = 1.40 دولار

8. أربعة (4) كبلات توصيل 6.99 دولارًا أمريكيًا / 130 = 0.22 دولارًا أمريكيًا (غير متوفرة حاليًا ، ولكن هناك خيارات أخرى متاحة)

9. جندى الحديد ولحام

10. قواطع للاسلاك

إجمالي 6.39 دولار

لإنشاء صندوق خاص بك (بدلاً من طباعته ثلاثية الأبعاد) ، ستحتاج أيضًا إلى:

1. الصندوق الأسود 9.08 دولارات أمريكية / 10 = 0.91 دولارًا أمريكيًا

2. اثنان (2) مدخلات RCA من الإناث 8.99 دولار / 30 = 0.30 دولار

3. مثقاب ، حجم 6 بت ، وخطوة مثقاب

إجمالي 1.21 دولار

الإجمالي التراكمي $ 7.60

الخطوة الثانية: بناء قضيتك

نظرًا لأنه من المتوقع أن يستخدم طلاب K-12 هذه المستشعرات ، فمن المفيد أن يتم وضع جميع الأسلاك في صندوق. يحتوي أحد جانبي الصندوق على فتحة أكبر لتغذية الكمبيوتر ، والآخر به فتحتان لمدخلات أنثى RCA. استخدم مثقاب بحجم 6 لحفر الثقوب لمدخلات RCA ، ومثقاب خطوة لحفر ثقب لتغذية الكمبيوتر. يجب توصيل اللوح و Arduino بشكل مريح ، لذلك قد يكون من الحكمة قياس المكان الذي يجب أن تكون فيه الثقوب قبل حفرها. بمجرد الانتهاء من ذلك ، يمكنك تثبيت مدخلات RCA الخاصة بك. إذا اخترت عدم تضمين مستشعر درجة الحرارة في هذا المشروع ، فستحتاج فقط إلى إدخال RCA واحد ويمكنك الحفر وفقًا لذلك.

يحتاج Arduino إلى الضغط عليه في اللوح ، كما هو موضح في الصورة. تحتوي الألواح المستخدمة في هذا المشروع على قاع لاصق ، لذلك بعد حفر الصندوق ، قد يكون من المفيد لصق اللوح بالصندوق للمساعدة في التنظيم.

إذا كان لديك وصول إلى طابعة ثلاثية الأبعاد ، فيمكنك بدلاً من ذلك طباعة مربع لـ SID.

الخطوة 3: قم بتوصيل العملاء المحتملين بمدخلات RCA

قم بتوصيل كبلي توصيل لكل مدخل RCA. على الرغم من أنه يمكن لحام هذه الخيوط بالمدخلات ، إلا أنه من الأسرع والأسهل ببساطة تجعيد السلك حول الإدخال. تأكد من عدم وجود أسلاك مكشوفة تلامس بعضها البعض ، وإلا فقد يحدث قصور في دائرتك. في هذه الحالة ، يتم توصيل الأسلاك الصفراء والزرقاء بالأرض ، بينما يتم توصيل الأسلاك الحمراء والخضراء بالطرق. هذه الألوان ليست ضرورية لبناء الجهاز ، ولكنها تجعل من السهل رؤية كيفية توصيل الأسلاك بـ Arduino.

الخطوة 4: قم بإعداد كبل RCA الخاص بك

قم بقطع كبل RCA على الوجهين (ذكر إلى ذكر) إلى النصف ، وقم بفصل حوالي بوصة واحدة من كل جانب من الكبل. قم بلف الأسلاك الخارجية التي تعمل كقائد ، ثم قم بلف الأسلاك الداخلية الموجودة على الأرض معًا (في هذه الصور ، تكون الأسلاك الأرضية محاطة في البداية بسلك أبيض ، على الرغم من أن لون الطلاء غالبًا ما يعتمد على لون كابل RCA). افعل هذا لكلا الأسلاك. ستوصل هذه مدخلات RCA الخاصة بك مع مستشعرات الطاقة الشمسية ودرجة الحرارة.

الخطوة الخامسة: بناء جهاز استشعار الطاقة الشمسية الخاص بك

الألواح المستخدمة في هذه العملية غير مكلفة ، ولكن غالبًا ما يكون لها خيوط تسقط بسهولة. من الجيد تأمين الخيوط بقطعة من الشريط الكهربائي لإصلاح هذه المشكلة.

قم بفصل بوصة من الأسلاك عن الأسلاك من اللوحة الشمسية ، والتي تكون في هذه الحالة صفراء (موجبة) وبنية (سلبية). قم بلف طرف مقاوم 2.2 أوم ، والرصاص من كابل RCA ، والنهاية الموجبة للوحة (هنا باللون الأصفر). قم بلف الطرف السالب للوحة الشمسية (هنا باللون البني) ، وأرض كابل RCA (هنا باللون الأبيض) ، والجانب الآخر من المقاوم. لاحظ أن المقاوم متوازي هنا.

قم بتوصيل الأسلاك من اللوحة وكابل RCA معًا. لن يعمل الجهاز بشكل صحيح إذا تقاطع سلك التوصيل والأرض ، لذا استخدم شريطًا كهربائيًا أو انكماشًا حراريًا لإحاطة الأسلاك.

الخطوة 6: قم بتوصيل مستشعر الطاقة الشمسية

في هذا النموذج ، يتم توصيل مستشعر الطاقة الشمسية بمدخل أنثى RCA الصحيح ، والذي يحتوي على كبلات خضراء (رصاصية) وزرقاء (أرضية). على الرغم من أنه يمكنك استخدام أي من مدخلات RCA ، إلا أن هذا سيمنعك من الحاجة إلى عبور الأسلاك إلى الجانب الآخر من Arduino.

قم بتوصيل كابل الرصاص (هنا باللون الأخضر) بدبوس Arduino A5. قم بتوصيل الرصاص الأرضي (هنا باللون الأزرق) بالدبوس الأرضي (GND) على الجانب التناظري (تبدأ جميع المسامير الموجودة على هذا الجانب من Arduino بالحرف A).

إذا أنهيت هذا المشروع وكان مستشعر الطاقة الشمسية يقرأ 0 فولت ، فحاول تبديل الأسلاك الأرضية وأسلاك التوصيل. إذا تم لحام المستشعر بشكل غير صحيح ، فقد تحتاج إلى تبديل.

على الرغم من وجود المقاوم في هذه الصور ، فإنك لا تحتاج إلى تضمين المقاوم إذا اخترت عدم تضمين مستشعر درجة الحرارة.

الخطوة 7: قم ببناء مستشعر درجة الحرارة الخاص بك

نظرًا لأن ناتج الجهد للخلايا الشمسية يتقلب بشكل كبير مع الحرارة ، فإن مستشعر درجة الحرارة مفيد في تحديد مدى جودة عمل مستشعر الطاقة الشمسية. ومع ذلك ، يمكنك اختيار بناء هذا الجهاز بدون مسبار درجة الحرارة ، وسيظل يعمل بشكل جيد كجهاز استشعار للطاقة الشمسية.

تعليمات اختيارية لميزان الحرارة:

قم بفصل بوصة من الأسلاك لكل من الأسلاك الثلاثة الخارجة من مسبار درجة الحرارة. قم بلف الأسلاك الصفراء والحمراء معًا. لف الأسلاك السوداء (الأرض) بشكل منفصل. باستخدام كبل RCA الثاني ، قم بلف الأسلاك السوداء (الأرضية) من مستشعر درجة الحرارة مع الأسلاك البيضاء (الأرضية) من كابل RCA. جندوا معًا ولفوا بشريط كهربائي أو يتقلص بالحرارة. قم بلف الأسلاك الحمراء والصفراء (الرصاص) من مسبار درجة الحرارة إلى أسلاك التوصيل الموجودة في كابل RCA. جندى ولف بشريط كهربائي أو انكماش حراري.

الخطوة 8: قم بتوصيل مستشعر درجة الحرارة

تعليمات اختيارية لميزان الحرارة:

في هذا النموذج ، يكون مستشعر درجة الحرارة في مدخل RCA الأيسر ، والذي يحتوي على خيوط حمراء (رصاصية) وصفراء (أرضية).

قم بثني جوانب المقاوم وتوصيله 4.7 كيلو أوم من دبوس 5 فولت إلى دبوس D2 على اللوح (سترى تسميات هذه على لوح التجارب ، لكنك ستقوم بالفعل بتوصيل المقاوم بلوح التجارب).

قم بتوصيل الكابل الأرضي (الأصفر) بالدبوس الأرضي بجوار D2.

في العمود الثاني من دبوس D2 ، قم بتوصيل كبل الرصاص (هنا باللون الأحمر). يسمح هذا الإعداد للتيار بالتدفق عبر المقاوم قبل أن يقرأه Arduino.

الخطوة 9: برمجة Arduino الخاص بك

هذا هو الكود المستخدم في هذا المشروع. يقوم بإخراج الجهد بالفولت ودرجة الحرارة بالدرجة المئوية باستخدام الشاشة التسلسلية. إذا لم يعمل هذا الرمز على الفور ، فحاول تبديل الصدارة والأرضية لمستشعر الطاقة الشمسية.

ستحتاج إلى تنزيل مكتبات Dallas Temperature (https://github.com/milesburton/Arduino-Temperature-Control-Library) و One Wire (https://github.com/PaulStoffregen/OneWire) وإدراجها في برنامج اردوينو الخاص بك.

const int sunPin = A5 ؛ // موصل لاستخدامه على لوحة Arduino

تعويم sunValue = 0 ؛ // أعلن المتغير

تعويم متوسط القياس (دبوس int ، مقياس عائم ، عدد int) {analogRead (دبوس) ؛ // تجاهل تأخير القيمة الأولى (2) ؛ تعويم س = 0 ؛ لـ (int count = 0 ؛ count <num ؛ count ++) {x = x + analogRead (pin) ؛ // تأخير (5) ؛ } x = x / num ؛ العودة (س * مقياس) ؛ }

#include #include // سلك البيانات متصل بالدبوس 2 على Arduino #define ONE_WIRE_BUS 2 // قم بإعداد مثيل oneWire للتواصل مع أي من أجهزة OneWire // (وليس فقط Maxim / Dallas ICs لدرجة الحرارة) OneWire oneWire (ONE_WIRE_BUS) ؛ // قم بتمرير مرجعنا السلكي إلى درجة حرارة دالاس. مستشعرات دالاس درجة الحرارة (وسلك واحد) ؛ إعداد باطل () {analogReference (داخلي) ؛ // استخدم مرجع 1.1 V Serial.begin (115200) ؛ // التواصل عند 115200. أسرع من معيار 9600 Serial.print ("Voltage") ؛ // عنوان الجهد Serial.print ("") ؛ // spacer Serial.print ("درجة الحرارة") ؛ // عنوان جهاز استشعار درجة الحرارة

// بدء تشغيل مكتبة sensor.begin () ؛}

حلقة باطلة () {sunValue = avgMeasure (sunPin، 1.0، 100) ؛ // اتصل بالروتين الفرعي لأخذ 100 قياس متوسط sunValue = sunValue * 1.07422 ؛ // يحول تعداد Arduino إلى جهد ، نظرًا لوجود 1024 عددًا و 1.1 فولت. مجسات.طلب درجات الحرارة () ؛ // أرسل الأمر للحصول على درجات الحرارة Serial.println ("") ؛ // بدء سطر جديد Serial.print (sunValue) ؛ // إخراج الجهد Serial.print ("") ؛ // spacer Serial.print (sensors.getTempCByIndex (0)) ؛ // إخراج تأخير درجة الحرارة (1000) ؛ // يقرأ البيانات مرة كل ثانية.

}