Rastreador de doble eje V2.0: 15 pasos (con imágenes)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Última modificación: 2024-01-30 08:43

Allá por el año 2015 diseñamos un rastreador simple de doble eje para usar como un proyecto divertido para estudiantes o pasatiempos. Era pequeño, ruidoso, un poco complicado y provocó muchos comentarios de la comunidad realmente extraños. Dicho esto, tres años y medio después todavía recibimos correos electrónicos y llamadas telefónicas de personas de todo el mundo que desean crear las suyas propias.

Debido al éxito de nuestra publicación del proyecto original, el video de YouTube y los kits que vendíamos, recibimos una amplia gama de comentarios de una amplia gama de usuarios. La mayor parte es buena, parte molesta y bastantes en la línea de "conectar esto es realmente complicado, así que por favor dedique una hora al teléfono con nosotros para resolverlo". Con eso en mente, pasamos varios meses rediseñando el proyecto desde cero para convertirlo en una actividad mucho más ágil y fácil.

En este artículo, encontrará información sobre nuestras actualizaciones, cómo funcionan los rastreadores solares, una lista de piezas, enlaces a nuestro hardware de código abierto, código de código abierto y enlaces a dónde puede comprar muchas de estas cosas.

Divulgación completa: Vendemos este proyecto y todas las partes como un kit educativo. No necesita comprarnos nada para realizar este proyecto. De hecho, puede usar todos nuestros recursos para hacer sus propios PCB, cortar con láser su propia madera en un Maker Space o Universidad local, o incluso simplemente usar un montón de cartón y pegamento caliente para crear su propia creación increíble. Este es un proyecto de código abierto de principio a fin.

Obsequios: Estamos probando algo nuevo en 2019. Síganos en instructables, facebook, Instagram o youtube para tener la oportunidad de ganar algunas piezas gratis (solo para residentes de EE. UU.). Simplemente haga clic en Me gusta y comente nuestras publicaciones y videos para este proyecto y elegiremos algunos ganadores durante el próximo mes. Regalaremos un par de lotes de PCB y algunos kits.

Paso 1: ¿Por qué rastreadores solares?

Los paneles solares están en todas partes. Son económicos, fácilmente disponibles y muy fáciles de usar. Hay decenas de miles de proyectos de paneles solares a pequeña escala en YouTube y sitios web de bricolaje.

La mayoría de las personas probablemente tengan un par de instalaciones solares de mayor escala en su vecindario gracias a la proliferación de compras de grupos solares y los incentivos gubernamentales. En la gran mayoría de estas configuraciones, los paneles solares se fijan en el techo de un edificio que apunta 45 grados al sur (cuando se encuentra en el hemisferio norte). Las instalaciones solares fijas son, con mucho, la forma más sencilla de alimentar una casa o edificio, ya que requieren muy poco mantenimiento y conservación. Con frecuencia les decimos a las personas que nos contactan que es mucho más rentable NO construir un rastreador solar para su hogar, sino simplemente agregar más paneles solares a su matriz.

Sin embargo, la forma más eficiente de recolectar energía de un solo panel es a través de un seguidor solar. Esto permite que el panel solar esté en la posición óptima durante todo el día, lo que aumenta la generación de energía en más de un 20%. Este tipo de sistema es perfecto para edificios o instalaciones que no tienen mucho espacio en el techo plano o situaciones en las que la energía solar es inconsistente.

Vamos a hacer una demostración de un rastreador solar activo que se mueve tanto en el eje X como en el Y. Este tipo de sistema utiliza un microcontrolador, o un circuito analógico bien diseñado, y sensores para mantener el panel solar en la posición correcta. Si bien esto lo convierte en una demostración realmente elegante que puede mostrar usando una linterna en un aula, también usa mucha energía y tiene muchas partes móviles.

Un rastreador basado en fecha o rastreador programado utiliza información de fecha y hora para seguir una ruta establecida todos los días, ya que el movimiento del sol es 100% predecible. Un ejemplo de esto es el proyecto del usuario de Instructable pdaniel7 y utiliza dos servos en un diseño novedoso para rastrear el sol de manera muy eficiente. La clave de este tipo de diseño es asegurarse de que el software esté configurado para ser más eficiente para su ubicación exacta.

Un rastreador impulsado por personas es aquel que funciona con personas. Esto puede variar desde algo tan simple como que una persona cambie el ángulo de sus paneles solares un par de veces al año hasta colocar un panel en una plataforma giratoria unida a una polea ponderada que se reinicia cada mañana. Por ejemplo, un granjero local que conocemos tiene varios paneles solares montados en tuberías de PVC en su jardín. Todos los meses cambiaba ligeramente la posición y el ángulo de ellos. Es muy simple y le ayuda a sacarle algunos amperios más de energía de su sistema.

Paso 2: actualizaciones al diseño original

Nuestra versión original estaba más preocupada por la mecánica física que por la electrónica y esta resultó ser su mayor caída. Cuando comenzamos a rediseñar este proyecto, tomamos la decisión de cambiar nuestro cableado de un enfoque de 'haz de cables' a un enfoque fácil de 'conectar y usar', ya que nuestra audiencia tendía a ser estudiantes.

Lo primero que hicimos fue crear un Arduino Shield personalizado para conectar los servos y sensores. El diseño original utilizó un Arduino Sensor Shield genérico que funcionó bien para los Servos pero no bien para los Sensores. Nuestro Shield no es nada especial en general y fue, con mucho, el aspecto más simple de diseñar. (También lo hemos usado para otros proyectos en los que necesitábamos conectar un sensor simple y un servo).

Para mantener los sensores en su lugar, diseñamos un soporte de sensor muy simple que se podía atornillar fácilmente a la madera. Luego, un conjunto de encabezados de pines nos permitió conectar la PCB del sensor al blindaje con puentes hembra. La solución de problemas de esta configuración es mucho más fácil que nuestro 'paquete de cables' original o una placa de pruebas.

Por último, repasamos nuestro diseño y cambiamos bastante madera de un cuarto de pulgada a un octavo de pulgada para reducir el peso. Si bien nunca hemos tenido informes de personas que tengan problemas con sus Servos 9G quemándose, cuanto menos peso se mueven, mejor. Esto también reduce el costo y el peso de envío para nosotros, ya que tendemos a enviar muchos kits a nivel internacional.

Paso 3: Piezas necesarias

Para construir este proyecto, necesitará los siguientes elementos:

Instrumentos:

• Destornilladores
• Computadora
• Cortador láser o enrutador CNC si está cortando las piezas usted mismo

Electrónica:

• Arduino Uno
• Escudo del seguidor solar (encabezados de clavija y resistencias de 10.000 ohmios)
• PCB del soporte del sensor (conectores de clavijas y resistencias de detección de luz)
• Cables de puente hembra a hembra
• 2 x Servos de engranajes metálicos de tamaño 9G

Hardware:

• Piezas de madera cortadas con láser o CNC
• 4 x tornillos M3 + tuercas de alrededor de 14-16 mm de longitud
• 4 tornillos para madera tamaño 2 de 1/4 de pulgada de largo, o algunos tornillos M1 de longitud similar
• 21 x 8-32 tornillos de 1/2 pulgada de largo
• 1 x 8-32 a 3/4 de pulgada
• 1 x 8-32 Tornillo de 2,5 pulgadas de largo y una tuerca opcional
• 24 x 8-32 tuercas
• 4 x pies de goma

Opcional:

• Celda solar (6V 200mA es lo que usamos)
• Voltímetro LED
• Cable para conectar los dos juntos

La mayoría de estas piezas son bastante fáciles de encontrar. Si desea hacer sus propios PCB, puede hacerlo a través de OSHPark.com u otros servicios de PCB. Asegúrese de obtener Metal Gear 9G Servos por el torque adicional que brindan.

Por último, fabricamos y vendemos un kit para esto que incluye todo. También vendemos solo las piezas de madera y solo los electrónicos, ya que recibimos muchas solicitudes de opción. Nuestros kits ya están soldados, incluyen todas las piezas que necesita para construir este proyecto y brindamos soporte al cliente.

Aaaaaaaaa y antes de que comencemos a recibir muchos comentarios raros y enojados de la gente, este es un proyecto 100% de código abierto. Siéntase libre de hacer el suyo siguiendo nuestras instrucciones.

Paso 4: preparación de las placas de circuito impreso

Si está utilizando nuestros kits o piezas, las dos placas de circuito impreso ya estarán soldadas.

Si desea hacer el suyo, puede encontrar nuestros archivos de PCB en nuestro repositorio de GitHub y luego usar un servicio como OSHPark para hacer algunos PCB. También necesitará unas resistencias de 10, 000 ohmios, conectores de clavijas y resistencias de detección de luz para llenar las placas.

En general, esto es bastante fácil de soldar a través del orificio. Asegúrese de utilizar un soldador con una punta adecuada en el extremo.

Soldadura de escudo: Suelde los encabezados de los pines del sensor y el servo hacia arriba y los encabezados de los pines de conexión de Arduino hacia abajo.

Soldadura del sensor: resistencias de detección de luz hacia arriba, cabezales de clavija hacia abajo.

También tenemos un PCB diseñado que usa un Arduino Nano, pero no ha sido probado. Si alguien hace uno de estos, ¡nos encantaría verlo en acción!

Paso 5: preparación de las piezas de madera

Tenemos la suerte de tener un cortador láser y un enrutador CNC en nuestro taller, lo que hace que cortar piezas sea muy fácil para nosotros. La mayoría de las personas necesitarán buscar una máquina en su Maker Space, Universidad o Biblioteca local. Cualquier cortadora láser de escritorio o enrutador CNC podrá manejar la madera de 1/8 y 1/4 de pulgada que estamos usando. Hemos tenido varios grupos de estudiantes que han construido con éxito este proyecto con cartón de espuma o cartón cortado a mano.

Una cosa que NO recomendamos usar es el acrílico. Es muy pesado y denso que puede dominar a los dos Servos.

Los archivos PDF con líneas vectoriales se pueden encontrar fácilmente en nuestro repositorio de GitHub. Colóquelos en su software de corte láser preferido, inkscape u otro software de dibujo. Tenga en cuenta que tenemos líneas de CORTE y líneas de GRABADO en nuestros archivos.

Si desea simplificar este proyecto, puede intentar eliminar el Y Servo que controla la plataforma de células solares y luego ajustar manualmente el eje Y. Esto lo convertiría en un rastreador de eje único bastante ingenioso.

Tenemos muchas solicitudes SOLO de piezas de madera cortadas con láser. Los vendemos como una opción en nuestro sitio web y nos aseguramos de enviar todos los tornillos apropiados también.

Paso 6: conecte el servo X, las patas y la base

Nota: Hay muchas formas de armar este proyecto y el orden en el que lo construyes realmente no importa. Si desea ver algunas instrucciones de estilo de arte lineal, puede hacerlo con las instrucciones en nuestro sitio web.

Al construir, el primer paso es conectar uno de los servos al montaje del servo circular.

Use los tornillos que vienen con su servo y fíjelo a la parte inferior de la pieza de madera. Este es el lado SIN grabado en él.

Luego, coloque las cuatro patas con tornillos y tuercas 8-32. No los atornille del todo, deje algo de margen de maniobra.

Por último, conecte las cuatro patas a la gran pieza de madera de la base del proyecto con cuatro tornillos y tuercas 8-32 más. Una vez que estén asegurados, apriete los otros cuatro tornillos en el soporte circular del servo.

Este también sería un buen momento para colocar patas de goma en la parte inferior de la pieza de madera de la base del proyecto para que los tornillos no rayen la mesa.

Paso 7: conecte el servo Y y construya el centro

Utilice el diagrama anterior para construir las partes del Centro.

Fije el servo con los tornillos que lo acompañan. No importa qué lado de la pieza de madera use, solo que el cuerpo del servo apunte hacia adentro.

A continuación, conecte sin apretar las dos piezas rectangulares largas y las dos piezas guía de tornillo largas.

Paso 8: coloque los cuernos del servo

Nota: Esta es, con mucho, la parte más molesta de esta compilación. Si rompes la bocina de un servo, no te preocupes, tienes más por una razón.

Conecte uno de los servos cuernos en forma de X, que vienen con su servo, a la pieza grande del círculo central. Lo atornillarás en la parte inferior, que es el lado sin grabado. Para hacer esto, use dos de los pequeños tornillos para madera n. ° 2.

Haz lo mismo con una de las dos alas triangulares usando otro servo cuerno.

Paso 9: Conecte el centro y la base, coloque el X Servo en casa

Conecte la pieza Center Circle a la que acaba de conectar una bocina y conéctela con las piezas Y Servo Center de antes. Conecte las piezas y use cuatro tornillos 8-32 y tuercas para mantenerlo unido.

Luego, colóquelo en la base utilizando la bocina del servo como punto de conexión. NO lo atornille en su lugar todavía.

Homing el X Servo

Usando la bocina del servo ahora conectada a su servo, gire el servo en sentido horario. (También puede usar uno de sus Servo Horns sobrantes para esto también).

Levante el centro y colóquelo en lo que sería su posición más alejada en el sentido contrario a las agujas del reloj. Utilice la esquina de la base del proyecto como punto de referencia.

Por último, use el tornillo muy pequeño que viene con su servo para atornillar la bocina en el servo. Si es posible, ayuda tener un destornillador con punta magnética.

Paso 10: Construcción de la cara, inicio del servo Y y conéctelo todo

Primero, atornille la PCB del sensor en la placa frontal usando su tuerca y tornillo 8-32 de media pulgada (o 3/4 de pulgada). Luego, coloque los dos divisores a su alrededor con más tornillos 8-32.

A continuación, atornille las dos alas triangulares en la placa frontal.

Asegúrese de que el ala que tiene el servo cuerno coincida con el lugar donde está el servo del eje Y.

Homing el servo

Estamos haciendo lo mismo aquí. Gire el servo completamente en el sentido de las agujas del reloj usando una bocina de servo.

Luego, coloque toda la placa frontal de modo que quede casi vertical, pero sin golpear ninguna otra pieza de madera.

Conectando Todo

El tornillo de 2,5 pulgadas conecta un lado de la placa frontal con el centro a través del gran orificio cortado con láser.

Luego use el otro tornillo servo muy pequeño para atornillar la bocina en el servo del eje Y.

Paso 11: conecte el Arduino y conecte los cables

Por último, debemos atornillar nuestro Arduino en la placa base con algunos de los tornillos y tuercas M3. Por lo general, solo usamos dos tornillos, pero agregamos agujeros para cuatro. Luego, conecte el Shield al Arduino.

Conecte los Servos al Shield. Asegúrese de conectar el servo horizontal a la conexión del eje X y el servo vertical a la conexión del eje Y.

Haga coincidir las cinco conexiones entre la PCB del sensor y el Shield, ambas están etiquetadas. Conecte los cuatro cables.

Nota: Si va a tener problemas, será porque conectó algo mal. En caso de duda, verifique dos veces los cables del sensor y verifique que sus servos estén en el lugar correcto.

Paso 12: Cargar código

Nuestro código es bastante simple. Compara la luz que incide en cada uno de los cuatro resistores de detección de luz e intenta nivelarlos. Esta también es una forma muy ineficiente de hacer las cosas y de ninguna manera esto se escalaría bien a proyectos más grandes. La mayor ventaja de este código es que es interesante de ver. El rastreador seguirá una linterna con mucha facilidad. El mayor inconveniente es que no es particularmente preciso y si lo dejas al sol todo el día, no se moverá muy a menudo. Puede modificar el código para hacerlo más sensible, pero es mucho ensayo y error.

Si desea escribir su propio código o probar algo diferente, ¡genial! Asegúrese de compartir un enlace en los comentarios.

Usando el software oficial de Arduino, cargue este código en Arduino.

Si sus servos y sensores están enchufados, verá que se mueve bruscamente a una posición de 'Inicio', se detiene por un segundo y luego se mueve nuevamente.

Paso 13: Preguntas y respuestas habituales

Problemas comunes con los que la gente nos llama.

Q1) ¡Está al sol y no funciona! ¡Vaya timo

A1) ¿Está conectado a una fuente de alimentación USB? El rastreador no se autoalimenta y se ejecuta completamente desde el cable USB que ingresa al Arduino.

P2) ¡La cabeza está golpeando violentamente otras partes o el cuerpo

A2) Necesitas volver a poner los servos en casa. Necesitamos darle límites al Servo. (Esto también se puede hacer en el código)

P3) No se mueve mucho, ¿cómo puedo cambiar eso?

A3) Intente usar una linterna en una habitación con poca luz. Puede sentirse abrumado cuando está al aire libre bajo la luz del sol.

Q4) Mi Arduino no se carga. ¿Qué estoy haciendo mal?

A4) Asegúrese de tener instalados los controladores para su Arduino, asegúrese de haber elegido Arduino Uno de la lista de placas, asegúrese de haber elegido el puerto de comunicación correcto.

Q4) ¡Esto es una estafa total! ¿Cómo te atreves a cobrar tanto por un kit? Ustedes apestan

A4) Gracias por ese comentario perspicaz, aunque no es una pregunta, ¿viniste aquí desde YouTube? Sí, cobramos dinero por una versión de kit, sin embargo, le brindamos todos los componentes que necesita y le brindamos soporte al cliente real y en vivo. Si no desea comprarlo, hágalo usted mismo con nuestros archivos de código abierto y esta guía de instrucciones.

Paso 14: adornos

Cuando hacemos nuestra versión en kit de este proyecto, también incluimos una celda solar de 6V 200mA, así como un voltímetro LED económico. Esta pequeña celda solar no hará mucho, pero puede obtener algunos datos de ella.

Por lo general, sujetamos la celda solar a la cara con velcro o cinta de espuma. Tenga en cuenta que, si bien técnicamente podría conectar un panel solar gigante a este proyecto, lo aplastaría instantáneamente. Una celda solar demasiado grande también agregaría tensión adicional a los Servos. (Los rastreadores más grandes querrían usar un motor paso a paso con engranajes).

En nuestros archivos cortados con láser, encontrará un soporte simple para el voltímetro LED que se puede conectar a la base con dos tornillos 8-32 más. Usamos tuercas de alambre para conectar el voltímetro a la celda solar. Estos tipos de voltímetros se alimentan de su fuente, en este caso la celda solar. Cable negro a negativo, cable rojo y blanco a positivo.

Paso 15: ¡Disfruta

Esperamos que esta actualización ayude a mucha gente y haga que más personas se interesen en crear su seguidor solar de escritorio. Si tiene preguntas, comentarios o crea los suyos propios, publique un comentario a continuación. Nos encanta ver las variaciones divertidas que se le ocurren a la gente.

Si está interesado en alguna de nuestras piezas o suministros, cómprelos en BrownDogGadgets.com. Y como hemos dicho en numerosas ocasiones, este es un proyecto de código abierto, así que siéntase libre de usar sus propias piezas y suministros tanto como desee.