Солнечный трекер — система, предназначенная для слежения за перемещением солнца, чтобы получить максимальный КПД от солнечных батарей.
Концепция трекера предельно проста — по двум датчикам контроллер заставляет серводвигатель поворачивать платформу с солнечной батареей в ту сторону, где больше света.
Домашний прототип рабочего трекера показан на фото ниже:
В проекте используется два датчика-фоторезистора, которые направлены в разные стороны от плоской поверхности на 45°, т.е. относительно друг-друга фоторезисторы сориентированы на 90°. На сами датчики надеты колпачки, чтобы поток света, падающий на них был узконаправленным.
В проекте используется контроллер Arduino. Контроллер периодически считывает значения с 2-х датчиков и сравнивает их. Если значения с датчиков одинаковы, значит панель наведена на солнце. В случае, если значение одного из датчиков отличается от другого, контроллер дает команду на серводвигатель для поворота платформы. Команда на серво работает до тех пор, пока значения с датчиков не сравняются.
Для предотвращения чрезмерного поворота платформы присутствуют программные лимиты поворота, которые в случае необходимости можно отключить. Также, в коде программы предусмотрена константа deadband, при разности с датчиков меньше значения этой константы, контроллер не будет давать команду на поворот серводвигателя. Т.о. предотвращается дергание платформы (джиттер).
Также, на всякий случай добавлено 2 переменные позволяющие сгладить значения от датчиков. Это помогает отфильтровать «выбросы» и шум.
Скетчи для Arduino
В начальной секции программы описываются подключаемые библиотеки (в нашем случае servo.h), определяются пины и константы
#include
//IO Pins
int pinL = 5; //IO Pin левого фоторезистора
int pinR = 4; //IO Pin правого фоторезистора
int pinServo = 11; //PWM pin серво
int leftValue = 0; //Значение левого фоторезистора
int rightValue = 0; //Значение правого фоторезистора
int error =0; //Разница между показаниями 2-х датчиков
int errorAVG = 0; //Error Average — Rolling 2 Point
int deadband = 10; //Мертвая зона (защита от джиттера)
//Servo Stuff
Servo hServo; //servo object
int Position = 45; //Position to write out
int minPos = 5; //Min позиция
int maxPos = 150; //Max позиция
float output = (maxPos — minPos) /2; //Initial output Position
В следующей части кода описывается функция Setup(). Данная функция выполняется лишь один раз при запуске программы или после сброса контроллера. Здесь вы можете вывести в Serial Monitor какие либо данные для отладки, или как в приведенном ниже примере сделать «прогон» серводвигателя по всей траектории до лимитов.
void setup()
{
Serial.begin(9600);
hServo.attach(pinServo);
//Set Servo to Centre for Alignment Purpose
Serial.println(«Перемещение к начальной позиции»);
hServo.write(minPos);
delay(5000);
Serial.println(«Перемещение к конечной позиции»);
hServo.write(maxPos);
delay(5000);
Serial.println(«Перемещение к средней точке»);
hServo.write(output);
delay(5000);
Serial.println(«Going Live…………….»);
}
Финальная часть кода выполняется в циклической функции loop(). Здесь считываются значения с датчиков, производятся все расчеты и выдаются команды на серводвигатель.
void loop()
{
//Чтение значений с фоторезисторов
leftValue = analogRead(pinL);
rightValue = analogRead(pinR);
Serial.print(«L = «); Serial.print(leftValue); Serial.print(» | «);
Serial.print(«R = «); Serial.print(rightValue); Serial.print(» | «);
Serial.print(«E = «); Serial.print(error); Serial.print(» | «);
Serial.print(«Eavg = «); Serial.print(errorAVG);
Serial.println();
//Расчет
error = leftValue — rightValue;
errorAVG = (errorAVG + error) / 2;
float newOutput = output + getTravel();
if (newOutput > maxPos)
{
Serial.println(«At Upper Limit»);
newOutput = maxPos;
}
else
{
if (newOutput < minPos)
{
Serial.println(«At Lower Limit»);
newOutput = minPos;
}
}
Serial.println(«Writing output»);
//Вывод команды управления серво
hServo.write(newOutput);
output = newOutput;
}
}
Также, в программе используется вспомогательная функция getTravel(), которая используется для вычисления, куда поворачивать серво — влево, вправо или вообще ничего не делать. Функция просто возвращает значение: 0 — ничего не происходит, -1 поворот влево, +1 поворот право.
int getTravel()
{
// -1 = Влево; +1 = Вправо
if (errorAVG < (deadband * -1))
{
return 1;
}
else
{
if (errorAVG > deadband)
{
return -1;
}
else
{
//Ничего не делаем
return 0;
}
}
}
Конечно, это простой солнечный трекер и может служить основой для более сложных устройств. К примеру можно сделать более лучшую фильтрацию входных переменных, добавить ПИД-регулирование, в схему добавить второй сервопривод для перемещения солнечной панели по вертикали и получения максимального КПД.
Прикрепленные файлы:
- LightTracker.rar (1 Кб)