Dispositivo de irradiación solar (SID): un sensor solar basado en Arduino: 9 pasos

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

El dispositivo de irradiancia solar (SID) mide el brillo del sol y está diseñado específicamente para usarse en el aula. Están construidos con Arduinos, lo que les permite ser creados por todos, desde estudiantes de secundaria hasta adultos. Este instructivo fue producido por los maestros 2017-2018 en el programa QESST en ASU.

Paso 1: Reúna los suministros

Análisis de SIDCost

1. Un Arduino (el nano se utilizó para este proyecto) $ 19,99 / 5 = $ 4,00

2. Una placa de pruebas $ 3.99 / 6 = $ 0.66

3. Una resistencia de 4.7K ohmios $ 6.50 / 100 = $ 0.07

4. Una resistencia de 2,2 ohmios $ 4/100 = $ 0,04

5. 1 cable RCA de dos extremos $ 6/3 = $ 2.00

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

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

8. Cuatro (4) cables de puente $ 6,99 / 130 = $ 0,22 (no disponible en este momento, pero hay otras opciones disponibles)

9. Soldar hierro y soldar

10. Cortadores de alambre

Total $ 6.39

Para crear su propia caja (en lugar de imprimirla en 3D), también necesitará:

1. Caja negra $ 9.08 / 10 = $ 0.91

2. Dos (2) entradas RCA hembra $ 8,99 / 30 = $ 0,30

3. Taladro, broca de tamaño 6 y broca escalonada

Total $ 1.21

Total acumulado $ 7.60

Paso 2: Construcción de su caso

Debido a que se espera que los estudiantes de K-12 utilicen estos sensores, es útil que todo el cableado esté encerrado en una caja. Un lado de la caja tiene un orificio más grande para la alimentación a la computadora, y el otro tiene dos orificios para las entradas RCA hembra. Use una broca de tamaño 6 para perforar los orificios para las entradas RCA y una broca escalonada para perforar un orificio para la alimentación de la computadora. Su placa de pruebas y Arduino deben estar cómodamente enchufados, por lo que probablemente sería prudente medir dónde deben estar los orificios antes de perforarlos. Una vez logrado esto, puede atornillar sus entradas RCA. Si elige no incluir un sensor de temperatura en este proyecto, solo necesitará una entrada RCA y podrá perforar en consecuencia.

Su Arduino debe presionarse en la placa de pruebas, como se muestra en la imagen. Las placas de prueba utilizadas en este proyecto tienen un fondo pegajoso, por lo que después de perforar la caja, puede ser útil pegar la placa de pruebas a la caja para ayudar a la organización.

Si tiene acceso a una impresora 3D, también puede imprimir una caja para SID.

Paso 3: conecte sus cables a las entradas RCA

Conecte dos cables de puente a cada entrada RCA. Aunque estos cables se pueden soldar a las entradas, es más rápido y fácil simplemente engarzar el cable alrededor de la entrada. Asegúrese de que ningún cable descubierto se toque entre sí, o su circuito podría sufrir un cortocircuito. En este caso, los cables amarillo y azul están conectados a tierra, mientras que los cables rojo y verde están conectados a los cables. Estos colores no son necesarios para la construcción del dispositivo, pero facilitan ver cómo los cables están conectados al Arduino.

Paso 4: Prepare su cable RCA

Corte un cable RCA de doble cara (macho a macho) por la mitad y pele aproximadamente una pulgada de cada lado del cable. Tuerza los cables externos que actúan como el conductor, luego pele y retuerza los cables internos que son la tierra (en estas imágenes, los cables de tierra están inicialmente rodeados por un cable blanco, aunque el color del revestimiento a menudo depende del color de la tierra). el cable RCA). Haga esto para ambos cables. Estos conectarán sus entradas RCA con sus sensores solares y de temperatura.

Paso 5: construya su sensor solar

Los paneles utilizados en este proceso son económicos, pero a menudo tienen cables que se caen fácilmente. Es una buena idea asegurar los cables con un trozo de cinta aislante para solucionar este problema.

Pele una pulgada de cable de los cables del panel solar, que en este caso son de color amarillo (positivo) y marrón (negativo). Tuerza el extremo de una resistencia de 2,2 ohmios, el cable del cable RCA y el extremo positivo del panel (aquí en amarillo). Tuerza el extremo negativo del panel solar (aquí en marrón), la tierra del cable RCA (aquí en blanco) y el otro lado de la resistencia. Tenga en cuenta que la resistencia está en paralelo aquí.

Suelde los cables del panel y el cable RCA juntos. El dispositivo no funcionará correctamente si se cruzan los cables de conexión a tierra, así que use cinta aislante o termorretráctil para envolver los cables.

Paso 6: Conecte su sensor solar

En este modelo, el sensor solar está cableado para la entrada hembra RCA derecha, que tiene cables verde (conductor) y azul (tierra). Aunque puede usar cualquiera de las entradas RCA, esto evitará que tenga que cruzar los cables al lado opuesto del Arduino.

Conecte el cable principal (aquí en verde) al pin Arduino A5. Conecte su cable de tierra (aquí en azul) al pin de tierra (GND) en el lado analógico (todos los pines de este lado del Arduino comienzan con A).

Si termina este proyecto y el sensor solar está leyendo 0 voltios, intente cambiar los cables de tierra y conductores. Si el sensor se soldó incorrectamente, es posible que sea necesario cambiarlos.

Aunque hay una resistencia en estas imágenes, no necesita incluir una resistencia si elige no incluir un sensor de temperatura.

Paso 7: construya su sensor de temperatura

Debido a que la salida de voltaje de las células solares fluctúa mucho con el calor, un sensor de temperatura es útil para determinar qué tan bien puede estar funcionando el sensor solar. Sin embargo, puede optar por construir este dispositivo sin la sonda de temperatura, y seguirá funcionando bastante bien como sensor solar.

Instrucciones opcionales del termómetro:

Pele una pulgada de cable para cada uno de los tres cables que salen de la sonda de temperatura. Tuerza los cables amarillo y rojo juntos. Tuerza los cables negros (tierra) por separado. Usando su segundo cable RCA, tuerza los cables negros (tierra) del sensor de temperatura junto con los cables blancos (tierra) del cable RCA. Suelde y envuelva con cinta aislante o termorretráctil. Tuerza los cables rojo y amarillo (conductores) de la sonda de temperatura a los cables conductores del cable RCA. Suelde y envuelva con cinta aislante o termorretráctil.

Paso 8: cablee su sensor de temperatura

Instrucciones opcionales del termómetro:

En este modelo, el sensor de temperatura está en la entrada RCA izquierda, que tiene cables rojo (cable) y amarillo (tierra).

Doble los lados y conecte una resistencia de 4.7k ohmios desde el pin de 5V al pin D2 en la placa de pruebas (verá las etiquetas de estos en el Arduino, pero en realidad conectará la resistencia a la placa de pruebas).

Conecte su cable de tierra (amarillo) en la clavija de tierra (gnd) junto a D2.

En la segunda columna del pin D2, conecte el cable conductor (aquí en rojo). Esta configuración permite que la corriente fluya a través de la resistencia antes de que Arduino la lea.

Paso 9: programa tu Arduino

Este es el código utilizado en este proyecto. Emite voltaje en voltios y temperatura en grados Celsius usando el monitor en serie. Si este código no funciona de inmediato, intente cambiar el cable y la tierra de su sensor solar.

Deberá descargar las bibliotecas Dallas Temperature (https://github.com/milesburton/Arduino-Temperature-Control-Library) y One Wire (https://github.com/PaulStoffregen/OneWire) e incluirlas en su programa arduino.

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

float sunValue = 0; // declara la variable

flotar avgMeasure (int pin, float scale, int num) {analogRead (pin); // descartar el primer valor delay (2); flotar x = 0; para (int cuenta = 0; cuenta <num; cuenta ++) {x = x + analogRead (pin); // retraso (5); } x = x / num; return (x * escala); }

#include #include // El cable de datos está conectado al pin 2 en el Arduino #define ONE_WIRE_BUS 2 // Configure una instancia de oneWire para comunicarse con cualquier dispositivo OneWire // (no solo ICs de temperatura Maxim / Dallas) OneWire oneWire (ONE_WIRE_BUS); // Pase nuestra referencia oneWire a la temperatura de Dallas. Sensores de temperatura de Dallas (y oneWire); configuración vacía () {analogReference (INTERNAL); // use la referencia 1.1 V Serial.begin (115200); // comunicarse en 115200. Más rápido que el estándar de 9600 Serial.print ("Voltaje"); // Título de la tensión Serial.print (""); // espaciador Serial.print ("Temperatura"); // Título del sensor de temperatura

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

bucle vacío () {sunValue = avgMeasure (sunPin, 1.0, 100); // llama a la subrutina para tomar 100 mediciones con un valor medio de sunValue = sunValue * 1.07422; // Convierte los conteos de Arduino a voltaje, ya que hay 1024 conteos y 1.1V. sensores.requestTemperaturas (); // Envía el comando para obtener las temperaturas Serial.println (""); // comenzar una nueva línea Serial.print (sunValue); // emite el voltaje Serial.print (""); // espaciador Serial.print (sensores.getTempCByIndex (0)); // genera el retardo de temperatura (1000); // lee los datos una vez por segundo.

}