Autonome Solarstation: Unterschied zwischen den Versionen

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|Servomotor
|Die Pumpe und die LED-Streifen werden durch eine externe Spannungsquelle versorgt. Zum ein- und ausschalten dieser Aktoren wird ein 2-Relais Modul verwendet.
|[[Datei:Towerpro Servomotor.jpg|126px|mini|zentriert|2-Relais Modul]]
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|Feuchtigkeitssensor
|Die Messung der Bodenfeuchte erfolgt mithilfe eines kapazitiven Bodenfeuchtigkeitssensors. Dieser misst die Änderung der Kapazität in Folge der Änderung des dielektrischen Kontrasts zwischen Wasser und Blumenerde. Das hat den Vorteil, dass die Metallelektroden keinen direkten Kontakt mit der Blumenerde haben und so vor Korrosion geschützt sind.
|[[Datei:Kraeutergarten Feuchtigkeitssensor.PNG|126px|mini|zentriert|Feuchtigkeitssensor]]
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|Ultraschallsensor
|Zum erfassen des Wasserstandes im Tank wird der HC-SR04 Ultraschallsensor verwendet. Dieser misst nach Anregung mit einer fallenden Flanke am Trigger-Pin selbstständig die Entfernung und wandelt diese in ein PWM Signal, welches am Echo-Pin zur Verfügung steht.<ref>https://elektro.turanis.de/html/prj121/index.html, abgerufen am 11.12.2021</ref> Mit dem Sensor können 50 Messungen pro Sekunde durchgeführt werden, für dieses Projekt reichen allerdings auch deutlich weniger Messungen aus.
|[[Datei:Ultraschallsensor_.jpg|126px|mini|zentriert|Ultraschallsensor]]
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|Fotowiderstand (LDR)
|Zur Ermittlung der ambienten Lichtstärke wird ein einfacher Fotowiderstand verwendet. Dieser basiert auf dem fotoelektrischen Effekt: dabei geben Photonen vom einfallenden Licht ihre Energie vollständig an die Elektronen der Atomhüllen ab und regen diese energetisch an. Im Energiebändermodell entspricht dies einem Wechsel vom Valenz- ins Leitungsband, wodurch die elektrische Leitfähigkeit steigt und die abfallende Spannung am LDR sinkt.
|[[Datei:Kraeutergarten LDR.jpg|126px|mini|zentriert|Fotowiderstand]]
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|LC-Display
|Der aktuelle Füllstand des Wassertanks wird auf einem LC-Display als Balken dargestellt. Genauer handelt es sich um ein QAPASS 1602A<ref>Datenblatt LCD: https://datasheet4u.com/datasheet-pdf/CA/LCD-1602A/pdf.php?id=519148, abgerufen am 11.12.2021</ref>, welches über ein I²C-Modul (PCF8574 Port-Expander Chip<ref>https://www.mikrocontroller.net/articles/Port-Expander_PCF8574, abgerufen am 11.12.2021</ref>) per I²C-Bus angesteuert werden kann.
||[[Datei:Kraeutergarten LCD.jpg|126px|mini|zentriert|LC-Display mit I²C-Modul]]
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|}


==Umsetzung (HW/SW)==
==Umsetzung (HW/SW)==

Version vom 9. Januar 2022, 11:06 Uhr

Autoren: Tim Schonlau & Kevin Hinze
Betreuer: Prof. Göbel & Prof. Schneider


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Abb. 1: Titelbild, gerendert mit SOLIDWORKS Visualize 2021

Einleitung

In diesem Projekt soll eine Autonome Solarstation entwickelt werden. Diese richtet sich über zwei angetriebene Achsen nach dem Sonnenstand aus und ermöglicht so einen komplett autonomen Tagesablauf der Solarstation. Zudem verfügt diese über einen Akku um das System unabhängig nutzen zu können, sowie als Lademöglichkeit für Endgeräte. Die gesamten Informationen über den Sonnenstatus, Intensität und Ladestatus werden über ein digitales Display an der Station wiedergegeben.


Anforderungen

Abb. 2: Autonome Solarstation, Solarpanele mit Pan/Tilt beweglich, Fuß bietet Platz für Akku und Arduino
ID Inhalt Ersteller Datum Geprüft am Datum
1 Geringes Gewicht der Konstruktion Kevin Hinze
2 Lichteinstrahlung muss gemessen werden Kevin Hinze
3 Einstellen der zwei Achsen Kevin Hinze
4 Automatisierung der Achsen für den Lichtzyklus Kevin Hinze
5 Speicherung der Energie, mit Schalt-Relais und Sensor Tim Schonlau
6 Freigabe aus Energiespeicher für Endgeräte, Ansteuerung 5V USB Port Tim Schonlau
7 Anzeige von Licht-und Energiedaten Kevin Hinze

Funktionaler Systementwurf/Technischer Systementwurf

Systementwurf

Autonome Solarstation Systementwurf [1]

Um die Effizienz der Solarmodule zu erhöhen und damit den gesamten Sonnenzyklus abdecken zu können, wird die X-Achse (Tilt) und die Y-Achse (Pan) von einem Servomotor angetrieben. Diese werden in der Säule der Solarstation integriert. Der Fuß bietet zudem Platz für den Akkumulator, Arduino Uno, USB Port und einer digitaler Anzeige. So soll eine möglichst kompakte Bauweise realisiert werden.
Die Lichtsensoren werden am Rand der Solarmodule installiert. Die Strom-&Spannungssensoren werden nahe des Arduinos angebracht, um lange Kabelwege zu vermeiden. Diese werden mit einem Relais in einen Schaltkreis integriert, um den Aufladevorgang der Akkumulatoren unabhängig vom Arduino schalten zu können.

Komponentenspezifikation

Umsetzung (HW/SW)

Abb. 3: Rückseite mit Blick auf Motoren und mechanischen Aufbau, gerendert mit SOLIDWORKS Visualize 2021

Komponententest

Ergebnis

Zusammenfassung

Lessons Learned

Projektunterlagen

Projektplan

Projektdurchführung

YouTube Video

Weblinks

https://www.funduinoshop.com/

Literatur

Komponente Beschreibung Abbildung
Arduino UNO R3 Bei dem in diesem Projekt verwendeten Microcontroller handelt es sich um den Arduino Uno Rev3. Dieser besitzt neben 14 digitalen I/O Pins, von denen 6 als PWM Outputs genutzt werden können, auch 6 analoge Eingänge.Für dieses Projekt werden 4 digitale I/Os sowie 2 Analogeingänge benötigt. |126px|mini|zentriert|Arduino Uno Board]]
  1. ↑ Eigenes Dokument
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