Projekt 18b: Sonnen-Nachführung

Autoren: Agic, Barranco
Betreuer: Daniel Klein

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Aufgabe

Entwickeln und Bauen Sie Sonnenlicht-Nachführ-Gerät für eine Solarzelle.

Erwartungen an die Projektlösung

• Recherche bisheriger Lösungen
• Entwurf der Schaltung und Beschaffung der Bauteile
• Darstellung der regelungstechnischen Theorie
• Beschaffung der Bauteile (Miniaturisierung z.B. Arduino Nano)
• Systemidentifikation (Übertragungsfunktion der Regelstrecke bestimmen)
• Realisierung der Schaltung durch Fertigung eines prototypischen Arduino-Uno-Shields
• Vergleichen und bewerten Sie verschiedene Regleransätze (P, PI, PID und andere).
• Modellbasierte Programmierung der Hardware via Simulink
• Machen Sie ein tolles Videos, welches die Funktion visualisiert.
• Test und wiss. Dokumentation
• Live Vorführung während der Abschlusspräsentation

Hinweis: Grenzen Sie sich zu Vorgängerlösungen ab.

Einleitung

Im Rahmen des GET-Fachpraktikums im 5.Semester an der HSHL Lippstadt, betreut durch Prof. Schneider und Daniel Klein wurde das Projekt der Plannung und des Baus einer "Sonnennachführung" vergeben. Dabei soll durch die Nutzung eines Arduino UNO Boards und entsprechender Aktoren, Sensoren und Software eine Plattform geschaffen werden, die aktiv einer Lichtquelle folgen kann. Dazu ist die Konstruktion einer Plattform notwendig, die entsprechend horizontale als auch vertikale Freiheitsgerade besitzt. Vorbild in der Realität sind hierbei reale "Suntracker" Systeme, die durch aktive Ausrichtung der Panels zur Sonne (bzw. dem günstigsten Punkt) eine beträchtliche Erhöhung der Energieausbeute erreichen können. Für die teilnehmenden Studenten ergibt sich so die Möglichkeit in den Kerngebieten der Mechatronik wie Mechanik, Elektronik und Informatik, spielerisch praktische Fähigkeiten zu erlernen und anzuwenden.

Projekt

Verwendete Bauteile

• 2 Servomotoren (Reely Mini-Servo Stecksystem: JR)
• 4 Fotowiderstände (LDR 07)
• 4 10k Ohm Widerstände
• 1 Arduinoboard Uno R3
• 1 Steckplatine
• 3D Drucker zum drucken der Gehäusebauteile

Verwendete Software

• MATLAB/Simulink 2018b
• Arduino Software IDE 1.8.1
• Fritzing

Lasten und Pflichtenheft

Lasten	Pflichten
1. Entwurf passender Gehäuse für Servomotoren und zur Unterbringung der Fotosensoren. Einarbeitung in die dafür notwendigen Aktoren und Sensoren und deren Schaltung.	Betrachtung bereits existierender Lösungen und Anpassung dieser an eigene Pläne.
2. Erstellung des Schaltplans mit Fritzing und erste Tests in real der Servos und Sensoren mit Hilfe von Breadboard und MatlabSimulink	Konfigurationsaufbau und Analyse des Aufbaus per Simulinkschaltung. Organisation der benötigten Simulinkbibliotheken für das Arduino.
3. Entwurf und Bau eines zweiten, alternativen Gehäusetyps als Ersatz zum 3D-Druck Gehäuse	Redundanter Ansatz um verschiedene Konfigurationen von Hard- und Software zu testen.
4. Einarbeitung und Erstellung der benötigten Softwaregrundlagen mit Hilfe der Arduino IDE Software	Test verschiedener Gehäusekonfigurationen mit der genuinen Arduino IDE, um auf die angepassten Bibliotheken und Befehlssätze dieser zugreifen zu können, was einen leichteren und direkteren Zugang zum System ermöglicht und sich als zuverlässiger erweist.
5. Fertigstellung und Test des ersten voll lauffähigen Prototyps in Hard- und Software.	Wichtiger Meilenstein erreicht. Grundanforderung an Projekt erfüllt so dass sich auf Feinjustierung des Systems konzentriert werden kann.
6. Erstellung der Dokumentation und des Wikiartikels des Projekts	Dokumention des Projekts nach HSHL Standards zur Transparenz des Projekts für dritte.
7. Vorbereitung auf die Präsentation im Rahmen der Abschlussveranstaltung	Erfüllung aller geforderten Standards im Rahmen des Praktikums.

• Bildersammlung
• 

  Projektplan

• 

  Schaltplan

• 

  3D Modell Ausleger

• 

  3D Modell Plattform

• 

  3D Modell Stativ

• 

  3D Druck der 3 Teile

• 

  Alternatives Gehäuse aus Holz

• 

  Regelkreis der Servomotoren

• 

  Aufbau eines Arduino Servomotors

• 

  Funktionsweise PWM am Servo

Literatur

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