Aktívny ovládací veterný mlyn: 5 krokov

2024 Autor: John Day | [email protected]. Naposledy zmenené: 2024-01-30 11:55

Tento návod bol vytvorený ako splnenie projektovej požiadavky Makecourse na University of South Florida (www.makecourse.com)

Musím si vybrať projekt, ktorý navrhnem a postavím od základov. Rozhodol som sa, že sa pokúsim postaviť veterný mlyn, ktorý bude vnímať smer vetra a aktívne mu čeliť, bez toho, aby som potreboval lopatku alebo chvost. Keďže som sa v tomto projekte zameral na kombináciu snímača a PID, veterný mlyn nerobí nič s energiou, ktorá roztočí lopatky. Nebojte sa zmeniť dizajn tak, aby bol užitočnejší! Nasledujúci spôsob nie je jediný spôsob, ako to vytvoriť. Po ceste som musel vyriešiť niekoľko nepredvídaných problémov a to ma viedlo k použitiu rôznych materiálov alebo nástrojov. Niekoľkokrát som si vystačil s časťami po ruke alebo s úkrytom zo starých spotrebičov alebo techniky. Takže znova, kľudne sa kľuknite tam, kde som sa zaťal. Aby som tento projekt úplne zdokumentoval, musel by som svoj projekt efektívne zničiť, aby som mohol poskytnúť obrázky o každom kroku zostavenia. Nie som ochotný to urobiť. Namiesto toho som poskytol 3D modely, zoznam materiálov a poskytol užitočné rady, ktoré som sa počas cesty ťažko naučil.

Zásoby:

Zahrnul som kód Arduino a súbory Autodesk. Budete tiež potrebovať: Nástroje:

-Malá rezačka rúrok-Spájkovačka, spájkovačka, tavidlo-Skrutkovače-Vŕtačka-holiaci strojček alebo boxcutter alebo presný nôž-Horúca lepiaca pištoľ-(voliteľné) teplovzdušná pištoľ

Materiály:

-24 palcov hliníkových rúrok s priemerom 0,25 palca (tie moje mám od Mcmaster-Carr) -Arduino Uno-28BYJ48 Stepper-ULN2003 krokový ovládač- (možnosť 1) Gravitačný štít motora a snímač Hallovho efektu od DfRobot- (možnosť 2) akékoľvek iné analógový snímač otáčania-3+ olovené posúvače alebo palacinkové prstencové projektové ložiská pre montáž do nosa-skrutky-drevo pre platformu-batérie (na dosku používam 9V a napájam stepper 7,8 Li-Po) -RC rovinné tlačné tyče (postačí akýkoľvek tuhý drôt s malým priemerom.)

Krok 1: Modelujte veterný mlyn

Na modelovanie tohto projektu veterného mlyna som použil edíciu Autodesk Inventor Student. Do tohto návodu som zahrnul súbory stl. Ak by som to urobil znova, drasticky by som zväčšil povrch svojich čepelí, aby v tejto mierke lepšie fungovali. Na čo by ste mali pri modelovaní projektu myslieť, je mierka vašich dielov v porovnaní s rozlíšením/toleranciami vašej dostupnej tlačiarne. Uistite sa, že svoj model upravíte tak, aby vyhovoval všetkým požadovaným senzorom alebo inému palubnému zariadeniu.

Tiež som zistil, že obavy o pevnosť ma viedli k použitiu jednotlivo vyrobených predmetov, ako sú hliníkové rúrky, na konštrukčné diely. Kúpil som svoje ložiská od spoločnosti Mcmaster-Carr a mali ich 3d model, ktorý som použil na výrobu držiaka, ktorý im veľmi dobre sadol.

Zistil som, že kreslenie dielov predtým, ako som sa ich pokúsil modelovať, pomohlo postupu rýchlejšie a znížilo množstvo úprav, ktoré som potreboval urobiť, aby diely spolupracovali.

Krok 2: Zostavte výtlačky

Zrazte všetky otrepy na nosných plochách; v prípade potreby ich tiež prebrúste.

Teplo (opatrne!) Som narovnal pár čepelí, ktoré sa pri chladnutí ohýbali.

Pri vkladaní hardvéru do montážnych otvorov/otvorov postupujte pomaly.

Akonáhle je konštrukcia zostavená, pridajte svoje senzory a elektroniku. Elektroniku som za tepla zalepil elektronikou v rámci projektovej skrinky a pomocou spájkovačky „privaril“držiak snímača do montážneho otvoru v tele.

Krok 3: Zostavte elektroniku

Zaistite, aby ste mali so všetkým dobré spojenie. Žiadny odkrytý drôt; žiadne potenciálne skraty.

Zaistite, aby bol váš senzor pevne namontovaný.

Odkazujte na kód a zistite, ktoré piny sú kde zapojené. (t. j. vodiče krokového motora alebo analógový vodič snímača.)

Motor som napájal z externého zdroja, a nie z dosky Arduino. Nechcel som poškodiť dosku, ak motor čerpal veľký prúd.

Krok 4: Naprogramujte Arduino

Program a schéma riadenia uzavretej slučky sú jadrom tohto projektu. Pripojil som kód Arduino a je úplne komentovaný. Pri ladení PID som zistil, že to mám jednoduchšie, ak urobím nasledujúce: 1) Nastavte všetky zisky PID na nulu. 2) Zvyšujte hodnotu P, kým reakciou na chybu nebude stabilná oscilácia. 3) Zvyšujte hodnotu D, kým sa kmity nevyriešia. 4) Opakujte kroky 2 a 3, kým nezískate žiadne ďalšie zlepšenie.

5) Nastavte P a D na posledné stabilné hodnoty. 6) Zvyšujte hodnotu I, kým sa nevráti na požadovanú hodnotu bez chyby ustáleného stavu.

Vzhľadom na mechanickú konštrukciu som vytvoril funkciu mŕtveho pásma na prerušenie napájania motora, keď je veterný mlyn správne orientovaný. To drasticky znižuje teplo v krokovom motore. Predtým som to spustil a začalo byť dosť horúco, aby sa zdeformovala platforma veže a vypadla z nej.

Zostava lopatiek nie je dokonale vyvážená a je dostatočne ťažká, aby sa mohla kĺbová zostava kývať. Kývanie v zásade poskytuje falošné informácie o senzore procesu PID a pridáva hluk spôsobujúci nadmerný pohyb, a teda teplo.

Krok 5: Staňte sa inžinierom

Keď je všetko zostavené a naprogramované, nájdite si ventilátora alebo tropickú búrku a vyskúšajte si svoju tvorbu! Súčasťou zábavy pri stavaní bolo zistiť, ako vyriešiť problémy, ktoré sa objavili. Tento návod je z tohto dôvodu zameraný na detaily. Navyše, ak sa to pokúsite vybudovať a vymyslíte lepšie riešenia, potom som to urobil ja, zdieľajte ich. Všetci sa môžeme navzájom učiť.