Heliostaten

Update : Oops, not the biggest project, as there's a 12 $billion 1000 Mw (1 GW) plan in Dubai. But this project is taking it slow seriously, taking until 2030 to complete! Fake plan? Making solar 5% of the mix!

Morocco already has a parabolic trough solar thermal plant, and it has been courted by Desertec to do more, to become a power producer for Europe. But it turns out it will work with Saudi developer ACWA Power to build the biggest solar plant on the planet, and rightly so!

In het engels. Ik laat zien hoe een heliostaat met 2 assen via een microcontroller kan worden aangestuurd. De hoeken van de assen worden heel precies en herhaalbaar bepaald door magnetische sensors.

Op deze manier ontstaat een programmeerbare spiegel/zonneconcentrator waarmee u warmte of licht uw woning of kantoor in kunt sturen. Dit is eqivalent aan extra ramen echter zonder het energie verlies. Moet de gas rekening omlaag? Door in de winter zonlicht te concentreren op uw woning (bv. mbv een speciale radiator of raampje voor het binnenlaten ervan) kan dit.

Heliostaten, dus spiegels die licht uw gebouw insturen, vallen onder de Energie Investerings Aftrek.

Using magnetic rotary encoders allows very precise angular sensing. The problem with the devices is that they output data format and rate to fast for easily programmable microcontrollers or serial input to PC. Part of making an open design platform for heliostats and solar trackers is to make the interfacing of these encoders easier, and below video demo's how that is achieved..

Om meer bekendheid te geven aan de mogelijkheden die geconcentreerd zonlicht en zogenaamde helistaten ons bieden werkt Greencheck aan een eenvoudig systeem dat niet alleen kan worden gebruikt om zonlicht te weerkaatsen naar bv. een raam aan de noordkant van uw huis, maar ook om zonlicht te focussen op bv. kleine zonnencellen of een smeltkroes. Hieronder een demo van het prototype. Heeft u interesse of wilt u deze ontwikkeling steunen dan kunt u een email sturen naar info@greencheck.nl

Ism met Michel Blom werken we aan een zeer precies heliostaat systeem. Dit systeem zal gebruik maken van hal sensor rotary encoders en pic microcontrollers. Momenteel wordt het basis ontwerp ontwikkeld, we laten hier een paar foto's zien van de sensor die we gebruiken, een die een digitale output geeft zodat deze meteen gebruikt kan worden voor stuur signalen.

De sensor aan de as van de demo heliostaat. Boven de sensor is een kleine magneet te zien. De sensor wordt door een pic MCU uitgelezen. 

Debuggen in de huiskamer. De techniek is niet complex, maar het opbouwen van kennis kost veel tijd.

Dezelfde demo heliostaat deze zomer waarbij een draaibare weerstand als sensor werd gebruikt.. 

Een werkende industrie in Holland kan innoveren ten voordele van Holland, verhuist of verwaardeloost men hem omdat dat 'goedkoper' is dan mis je dat enorme voordeel.Het bedrijf Van der Valk had niks met zonnepalenen, maar wel de kennis en vaardigheden die nodig waren om ze te maken vanuit de kassenbranche. Het resultaat is dat ze eenvoudig trackers konden bouwen en nu te koop aanbieden, zodat mensen met zonnepanelen hier meer rendement uit halen.

IN de serie over heliostaten hierbij een deel over een ander soort heliostaat. Het woord heliostaat betekent het op zijn plaats houden van de zon. Of het nu de zon ten opzichte van een zonnepaneel is, of in zijn meer zuivere betekenis de zon op een bepaalde plaats gericht houden. Het eerste is van belang voor de optimalisatie van PV output, het laatste voor het benutten van zonlicht waar het uit zichzelf niet wil komen. 

2-assige heliostaten 

Heliostaten zijn meestal twee assisge installaties zoals die hierboven getoond. Er is een horizontale en een azimuthale as om zo de beweging van de zon precies te kunnen volgen. Dit is echter niet de slimste oplossing, zeker niet als het eindproduct makkelijk toegankelijk is (zoals bij een heliostaat veld in uw tuin oid) .

Net als met de 1-assige PV tracker is een 1-assige heliostaat prima mogelijk. We hoeven allen te zorgen dat de positie van de zon ten opzichte van ons doel (want we willen het licht op een bepaalde plaats terechtkomt) slechts van draaing om 1 as afhakelijk is. Die as is de Aardas. Polaire heliostaten hebben 1 as en zijn daarmee in staat de zon te volgen en naar een vaste plek te weerkaatsen.

Een 1-assige (polaire) heliostaat uit dit patent. De vinding ging o het automatisch aanpassen van de seizoensafhankelijke baanhoogte.

Er is een 'maar' en dat is dat de Aarde niet alleen om zijn as en om de zon draait, maar ook rond zichzelf, dwz de richting van de aardas veranderd door het jaar heen (tussen de Steenbok en Kreeftskeerkring). Dit vereist een aanpassing aan de vaste hoek die de baan van de zon tov de aardas heeft. Dit kan men mechanisch of manueel bijstellen door het jaar heen (vandaar die toegankelijkheid) 

Zou je een aantal jaren geleden polaire heliostaten googlen dan had je veel informatie gevonden. Tegenwoordig is dat niet meer zo. Je moet gericht zoeken. Er zijn een paar bronnen en (verlopen) patenten. Het polaire principe is soms lastig uit te leggen. Een 1-assige heliostaat maken is daarentegen eevoudig.

Het lijmen van het scharnier aan de spiegel (ondesteboven)

Met motor in lijn met de as 

Het licht wordt van het balkon (inzet oost) het huis in gekaatst)

Afstelling 

Volgens de theorie van polaire heliostaten moet de draaias gericht zijn op de plek waar we het licht willen doen landen. Door spiegel met de juste hoek in te stellen zouden we dan altijd, alleen door de as te draaien, in staat moeten zijn om het licht in het verlengede van de as te doen landen. Dat is dit werkt is op een of andere manier lastig voor te stellen. Een praktische test zal uitsluitsel geven (en natuurlijk kunnen we de theorie er bij halen). Als het de hele dag mogelijk blijft om (afgezien van schaduw werking) licht op dezelfde plek in huis te krijgen door de motor even aan te zetten klopt dit verhaal. 

Voor dit model hebben we een 4 rpm motor gebruikt, maar er zijn ook 1 rpm motoren waarmee bij een laag voltage de hoek goed is in te stellen. Volgens de instructies is een 1 rpm motor 3000 keer vertraagd. Als we dus de omwentelingen van de motor as voor vertraging tellen hebben we een hoek resolutie (wel afhankelijk van de aandrijving) van 0.12 graad. Voor 4 rpm is dit 0,48 greed, ook genoeg. Hiervoor zouden we wel een reller op de motor as voor de vertraging moeten aanbrengen en deze dan foutloos tellen met een picaxe/pic.

Een veld van dit soort heliostaten heeft een veel rommeliger uiterlijk dan een veld met twee assige spiegels, omdat ten eerste de spiegel niet steeds een met de horizon parallel staande spiegel is, en ten tweede de as van ekle spiege een andere hoek heeft. Men zou kunnen zeggen dat hierdoor ook meer ruimte nodig is. 

Deel 1 Deel 2 Deel 3 Deel 4 Deel 5 Deel 6 Naar Deel 7 Naar Deel 8 Naar Deel 9 Naar Deel 10 Naar Deel 11

Check out www.sunreign.com, my home page and this blog's main page too!!  Send us an email if you are working on a tracker or heliostat!

Demo opstelling 

Dit apparaat geeft ons een opstelling om de software te maken die de poisitie van het paneel laat afhangen van het tijdstip. De manier van gebruik van de motor en de manier van het oppikken van de positie kan nog veranderen. Waar we nu over nadenken is hoe we de positie berekenen aan de hand van de tijd. We hebben een klok en een positie indicatie, nu gaat het om het verband. De positie indicatie is min of meer evenredig aan de hoek zoals we eerder hebben gezien. We hebben een oplossing nodig, hier is een eerste pogiing.

De aanpak is als volgt: De hoek die de spiegel doorloopt zal worden doorlopen gedurende een bepaald aantal uren van de dag, bv. van 9 uur 's ochtends tot 15 uur 's middags. De rest van de tijd staat het paneel in de begin stand.

Dit bekekend dat gedurende die periode van bv. 6 uur de positie wordt aangepast. 6 uur is 360 minuten. Er zijn 300 posities, dus dat is een verandering van de positie variabele elke 1.2 minuten. Om het beter te laten werken zeggen we 5 positie stappen elke 6 minuten. 

De positie berekeing is als volgt :

1 .Is de tijd buiten de werkperiode (9  -  15), positie 0 ( oostelijk)

2. Tijd in uren X 60 + minuten = totaal aantal minuten verstreken in dit etmaal.  Daarvan aftrekken 60 x startuur, bv. 9 uur =  360 minuten.

3. Deel het resterend bedrag door 6 zonder rest  en vermenigvuldig met 5 = resultaat

4. Positie is startpositie + resultaat  

Het is nu mogelijk om de start en eindtijd te varieren waarbij de stappen die het paneel doorloopt automatisch worden herberekend.  Helaas zijn de 18m2 chips zeer gevoelig, en om onduidelijke reden zijn de beide exemplaren gesneuveld. Dat wordt wachtehn op nieuwe exemplaren.  Wilt u een proto board sponsoren? 

Pic 16f88

Een andere thread op dit blog ging over het beschikbaar maken van zeer precieze positie data mbv een magentische rotary encoder. Deze greef 1024 posities over 360 graden. 4096 kan ook, dus 0,08 graad precies, en zeer robuust en betrouwbaar. De eerst volgende stap is om een chip, de 16f88 in C te programmeren met de juiste code. Dit is op zich al een uitdaging.

Deel 1 Deel 2 Deel 3 Deel 4 Deel 5 Deel 6 Naar Deel 7 Naar Deel 8 Naar Deel 9 Naar Deel 10

Als de sensor goed werkt maakt het niet uit hoe de as wordt bewogen. Hier met een inline 4 rpm 12 volt dc motor 

In het vorige deel lieten we zien dat we de hoek van de heliostaat goed kunnen meten met een draaiweerstand, en dat we op die manier met gebruikmaking van de klok de zon kunnen volgen. Het proces wordt al simpeler gemaakt doordat de draaias van de panelen dezelfde is als die van de aarde. Maar de relatie tussen het tijdstip en de hoek is niet een-op-een. Met behulp van de website solartools.com vonden we de onderstaande trajecten die op 10 juli en 10 januariworden doorlopen.  

Deel 1 Deel 2 Deel 3 Deel 4 Deel 5 Deel 6 Naar Deel 7 Naar Deel 8 Naar Deel 9

Hierbij een update van het werk aan de heliostaat. Het duurde even voor de onderdelen arriveerden, en nog steeds wachten we  op een andere motor controller card. Een onderdeel moet echter nog geregeld worden..

RTC, Real Time Clock

Het hard van de tracker wordt een zn. Real Time Clock. Wil je weten waar de zon staat dan hoef je alleen te weten hoe laat het is (zomertijd e.d. in acht genomen) daar zijn klokken immers voor. Er is een absolute tijdsindicatie nodig in digitale vorm. De chip DS1307 biedt die mogelijkheid. Het is een onafhankelijke klok die met een eigen kristal de tijd bijhoudt. Andere chips kunnen via het I2C protocol vragen hoe laat het is. De Picaxe chips die we gebruiken kunnen zelf ook seconden tellen, maar dit is minder precies. Wanneer de chips iets anders moeten doen kan het seconden tellen in het gedrang raken.

Hierboven ziet u een compositie van twee foto's een met de oude DIY RTC op basis van de DS 1307. In het kader een RTC 'shield' die we op internet bestelde. Het shield maakt de opzet minder rommelig, en komt ook van pas in combinatie met het motor board dat we besteld hebben. Daar zijn maar een paar verbindingen nodig om het geheel in elkaar te zetten. De klok werkte direct.

Motor controller board

De motor van de tracker moet sterk genoeg zijn om de boel aan te drijven. Dit betekent het schakelen van een motor van 12, 24, of meet volt. Hiervoor heeft Velleman een product, de 'Quad traic switch card', bedoelt voor het aan en uitschakelen van 220 volt wisselspanning. Deze hebben we gebouwd om te kijken of dit een goede combi is. Het is een goed board dat de hoogspanning (220) helft van de laagspannings helft scheidt via een optische isolator. Dit is een schakelaar die werkt op basis van licht van een LED in de chip (TIL111). Als er stroom op de TIL111 interne LED wordt gezet schijnt dit op een fototransistor in het hoogspannings circuit, die daardoor dit circuit kan aansturen. Er is geen verbinding tussen de twee circuits. 

Het bestelde board heeft deze isolatie niet, en het is de vraag of dit nog nodig wordt, dat hangt af van de gebruikte motor. Om de TIL111 LED te laten branden is het signaal van de Picaxe nodig. Daarbij moet echter rekening worden gehouden met de maximale stroom die getrokken kan worden. De Picaxe chips kunnen een LED aansturen als de stroom wordt beperkt. Gebeurt dat niet dan branden ze intern door, net als een zekering bij kortsluiting. De stroom is weer afhankelijk van de belasting, en het Velleman board heeft al een LED die 20 mA slurpt en plek voor een weerstand. De LED is overkill, dus voor de test hebben we die even verwijderd. Nu is alleen nog een berekning nodig om te weten hoe we de Picaxe niet te veel belasten maar de TIL111 wel goed aansturen. Hierbij kunnen echter handig gebruik maken van het feit dat er een LED in de TIL111 chip zit, dus gewoon net doen alsof het een LED is en een weerstand van 470 Ohm voorschakelen.

We komen misschien nog voor verassingen te staan aan de hoogspannings kant. Motoren die aan en uitgeschekeld worden wekken electriciteits pulsen op, daar moet rekening mee worden gehouden, dus diodes etc. voorschakelen. Het is met bovenstaand borde echter de vraag hoe dit moet. De motoren draaien overdag een kant op, en dan 's avonds de ander kant. Een van de oplossingen kan zijn om een relais te gebruiken voor het dagelijks tijdelijk ompolen van de motoren. Dat kan wat verbruik betref goedkoper uitvallen. Dat zou betekenen dat de hoogspanning op dit board via een relais loopt (en dan wel gelijkspanning moet zijn). Het relais bepaalt de polariteit, die normaal zo is dat de motoren de panelen met de zon mee bewegen.

Met dit board zijn vier motoren aan te sturen, en elke motor kan een aantal assen tegelijk aandrijven. Wanneer het sensor deel zo is opgezet dat het niet uitmaakt waar de sensor zich bevind (dus storings vrij en niet gevoelig voor afstand) dan kunnen met deze opzet dus vier as systemen tegelijk worden afgesteld. 

Simplele software structuur 

Begin dag?

a. Ja  : Positie (1-4) voor tijdstip bereikt?

Ja: Stop motor (1-4)

Nee : Motor aan (1-4)

Einde dag?

Ja : Draai terug, wacht op begin dag

Nee : Terug naar a.

b. Nee : Wacht en check tijd elke 5 minuten

c. Windsensor getriggered? 

Ja : Naar stow positie (Minste wind blokkade)

Nee : Geen actie

d. Hagel stand getriggered? (of sneeuw verwijderen)

Ja : Naar uiterste startpositie (zijkanten naar boven)

Nee : Geen actie

Positie Sensoren

Al eerder is gesproken over de positie sensor. Deze is zeer belangrijk. Er zijn verschillende oplossingen, dws, een draaiweerstand (zoals in een servo motor), een optisch encoder wiel (wat kostbaar), en een magnetische sensor. De derde optie, de magnetische sensor, is de meest duurzame op het moment. Het enige nadeel is dat hiervoor de digitale uitlezing nog niet werkt, en dat de sensor relatief duur is. We gaan initeel met een draaiweerstand werken, waarbij we een uitdaging hebben bij de uitlezing van de analoge waarde, aangezien A/D conversie veel storing kent. Dit kan echter met middeling van veel waarden verholpen worden. As de hoek preciesie voldoende is kan dit goed werken en zijn weinig extra onderdelen nodig. Hieronder het calibratie bord voor de draaiweerstand die gebruikt wordt.

Door de staat van pin 12 en 13 te wijzigen kan de weerstand worden omgepoold en aan en uitgezet. Dit maakt betere metingen mogelijk en bespaart energie 

De waarden aan de rand laten zien wat de a/d omzetter van de picaxe chip aangeeft. Hierbij zijn de waarden over 200 metingen gemiddeld. In ons geval hebben we de weerstand aangebracht tussen twee uitgangen van de chip waarvan de een hoog en de ander laag werd gezet. Dit maakt het mogelijk om energie te besparen als er geen meting nodig is. 

Een licht draaiende draaibare weerstand in de calibrateplaat 

Uit de analyse blijkt dat de hoek en waarde van de weerstand redelijk goed opgaan, maar een drift vertonen waarbij lage stappen een grotere hoek vertegenwoordigen dan hogere. Er kan voor de preciesie gekozen worden om de polarietie over de weerstand voor hogere waarden om te draaien (door de uitgangen van de chip ongekeerd in te stellen). 

De waarden zijn wel betrouwbaar, dus wanneer de pijl terug wordt geplaatst waar een A/D waarde is gemeten dan is die waarde repliceerbaar. We kunnen er voor kiezen om ook de eind installatie simpelweg te calibreren. Dan is het niet langer nodig om de relatie van graden en waarden te kennen, anders dan dat deze bij installatie moet worden vastgesteld.

Conclusie: 2 graden precies is haalbaar 

Het is belangrijk is voor het gebruik van A/D conversie om een pauze in te lassen voordat de meting gedaan wordt. Er zijn zeer veel storende factoren in en om de chip die de tijd nodig hebben om weg te sterven. Alle voorzorgsmaatregelen om storingen te voorkomen, zoals afschermen van de draden en aanbrengen van ontstorings condensatoren lonen. Speciaal ontwerp van de printplaat of het zeer dicht bij het meetpunt aanbrengen van de A/D conversie (zijn we van plan) vergroot de betrouwbaarheid.

Alle elementen voor de installatie zijn nu compleet, het wordt mooier met de bestelde stuur printplaat. De gebruikte chip heeft nog een andere, innovatieve optie voor het meten van de positie die we misschien gaan combineren met de weerstand meting, bv. ter calibratie. 

We hebben tot nu toe gewerkt aan een servo gebaseerde controller, als prototype. Daarbij hebben we een 'Real time clock' gebouwwd en aangesloten aan onze picaxe 20x2 chip, die nog vervangen zal worden door een picaxe 18m. Het is niet zo belangrijk welke picaxe chip we gebruiken zolang ze maar I2C commando's kennen en genoeg in en uitgangen hebben.

Positie bepaling

Omdat we met de sensor (draaibare weerstand) van de servo werken is het proces van positie bepaling relatief onzichtbaar. We hoeven alleen de positie aan de servo door te geven. We weten intussen niet wat de werkelijke positie is. Dat kan in de toekomst nog interessant worden oa ter controle van fouten in het systeem. Om tot een werkend prototype te komen hoeven we nu alleen het volgende te doen

!. Klok goed instellen

2. Start tijd en positie bepalen (bv. 8 uur 's ochtends) 

3. Vanaf dat tijdstip de positie regelmatig veranderen tot het eindtijdstip (bv. 8 uur 's avonds)

4. Om 8 uur de servo op de beginstand instellen en wachten tot de draaing voltooid is.

Dit programma gaat zo goed als zeker zorgen dat het paneel elke dag met de zon meedraait. De uitdagingen zijn oa de relatie tussen servo positie en spiegel positie, die zou wat kunnen afwijken. De servo kan op gegenen moment door een via de analoog digitaal (A/D) converter aangesloten draaiweerstand worden vervangen, of er wordt een andere methode gebruikt zoals hieronder. A/D convertes zijn echter zeer gevoelig en vereisen voorzorgsmaatregelen voor optimaal gebruik.

Update volgt. 

Precisie 

Voor zonnepanelen is de hoekprecisie niet zo heel belangrijk. Een afwijking van 5 graden kost niet al te veel opbrengst. Dit schept een mogelijkheid om de installatie te versimpelen. We kunnen bijvoorbeeld gebruik maken van een encoder wiel in plaats van een draaibare weerstand of geavanceerde sensor.

Encoder wielen 

Encoder wielen of schijven zitten aan de draaias en roteren mee. Sensoren die aan het frame zitten (niet aan de as) kijken naar de kleur van het wiel in de gegeven positie, dwz of zich een zwart of een wit oppervlak onder de sensor bevind. Zo ontstaat er voor elke positie een signaal dat de chip kan gebruiken.  Deste groter het wiel deste kleiner de hoek die exact bepaald kan worden. Er kan voor een absolute code worden gekozen, zodat elke positie een aparte waarde heeft (onderste rij) of voor een relatieve code, waarbij de chip in de gaten houd hoe de code veranderd, en daaruit de verandering maar niet of alleen indirect de absolute positie kan afleiden.

Deel 1 Deel 2 Deel 3 Deel 4 Deel 5 Deel 6 Naar Deel 7

Volgens deze studie is de tracker/heliostaat voor PV die we bouwen goed voor 12% tot 50% meer opbrengst, vast afhankelijk van de bewolking. 

Vandaag hebben we de chip en klok op een breadboard aan de praat gekregen, zie foto. Op de schermafbeelding is te zien dat de klok gegevens worden ingelezen. Om in het project te gebruiken hebben we een zn. shield besteld. Dit is een klein printplaatje dat aan de motorprintplaat (zie deel 7) kan worden aangesloten. Het is nu eenvoudig om met enige regelmaat de heliostaat of tracker een nieuwe positie te geven. Dit is een kwestie van de servo waarde aanpassen. Om eea te testen zonder de servo laten we een led aan en uit gaan om de 5 seconden.

Schermdump van de waarde in de picaxe registers:

De code voor de picaxe zit ongeveer als volgt in elkaar:

Klok instel functies (van een afstand met knoppen)

- Klok uitlezen

- Niet te vroeg of te laat (dan terugkeren of niks doen) 

- Servo stand bepalen

- Servo instellen

- Wachten 

- Opnieuw beginnen 

Duurzaam materiaal 

Bamboe? 

Deel 1 Deel 2 Deel 3 Deel 4 Deel 5 Deel 6

Even een recapitulatie van de geplande aanpak, Great Cow Basic blijkt niet praktisch genoeg, picaxe en C blijken daarentegen goed te werken :

Paneel op heliostaat, rechts de servo, midden links onder de sensor (servo potmeter) de uiterste posities zijn 120 en 190, voor een hoek van 90 graden, dus elke stap is ongeveer 0.7 graad. 

Picaxe aanpak

Hierbij willen we een Picaxe 18m chip gebruiken in combinatie met het 18hp board en een 1307 rtc (real time clock). We moeten misschien iets met het 18hp board doen om een H-brug te implementeren. Dit board staat het gebruik van een grote motor toe. er kan ook van een kleinere motor controller chip gebruik worden geemaakt zoals hieronder te zien is. Daarover later meer.

De 18m chip wordt geprogrammeerd om aan de hand van de rtc de motor te bedienen, daarbij input ontvangend van een sensor op de as van de heliostaat. De 18m heeft 10 bits a/d conversie wat betekent dat 1024 stappen gemeten kunnen worden, meer dan de voor servo's gebruikelijke 255. Als er 500 stappen accuraat gemeten zouden kunnen worden betekent dat een precisie van een halve graad over een hoek van 270 graden.

De rtc wordt op een apart printplaatje aangebracht. Deze zijn via Ebay in verschillende vormen te krijgen. Het gehele controle gedeelte zal dus (uiteindelijk) uit een voeding, bediening en i/o, een rtc module en de schakel printplaat (18hp) bestaan.

Voorbeeld van een vergelijkbaar ontwerp mbv een picaxe 28x2. Door gebruik te maken van de standaard kits is de samenstelling eenvoudiger. 

Pic 16f88 aanpak

Met de 16f88 maken we ook gebruik van de bovenstaande onderdelen, maar daarbij willen we in plaats van A/D conversie een externe chip gebruiken die de hoek van de as zeer nauwkeurig doorgeeft. Deze heeft 10 bits dus 1024 stappen, en mogelijk ook 12 bits dus 8096 stappen per 360 graden precisie oftewel 0,04 graden per stap. Dit is buitengewoon precies en volstrekt overbodig voor een PV heliostaat. Voor een spiegel heliostaat is het echter belangrijk dat de positie van de spiegel exact goed is, en bouwend op deze controller kan een zeer grote groep spiegels (over het oppervlak van een voetbalveld) worden aangestuurd. Deze aanpak is iets complexer. 

Display 

Een display verbinding is voor beide werkwijze mogelijk. Dit kan op verschillende manieren, initieel met indicatie leds en de seriele verbinding, later via een lcd of led display of zelfs een scherm. Primair werken we met indicatie lampjes. 

Deel 1 Deel 2 Deel 3 Deel 4 Deel 5

Dit type heliostaat staat momenteel in Kijkduin 

Zoals was uitgelegd in deel 4 kan men een servo gebruiken om een heliostaat te maken. Om dit te demonstreren hebben we dat vandaag gedaan, hieronder een video ervan.

De stappen zijn eenvoudig, het toeval wilde dat er prices het goede soort mini draadeind te krijgen is in de RC/modelbouw winke. Deze konden we in de servo schroeven. Door er twee moertjes met krimpkous om heen te smelten kon de beweging lineair gemaakt worden.

Wat betreft de servo zijn er twee dingen gedaan. Ten eerste is de limiet pin uit het radarwerk gehaald, deze maakt dat de motor niet rond kan draaien maar tegen een pin oploopt. Deze is gewoon uit het betreffende radartje te trekken (van koper in ons geval). Daarnaast moesten we de draai weerstand (potmeter) verwijderen en de verbinding met de servo electronica velengen. Daarbij is het slim niet aan de printplaat kant te solderen, omdat dat super klein en kwetsbaar spul is, aan de potmeter  kant is er veel minder risico. 

De draaias is een groter schroefdraad waar een sleufje in gezaagd is waar de potmeter precies in past. Deze as is met moeren aan de bovenkant aan het frame geklemt, dus de as draait mee. Het bleek dat de feedback van de draaiweerstand precies verkeerd was, dus de draai beweging maakte dat de potmeter verder van de gewenste stand kwam te staan. Het kan zijn dat dit een soldeer fout is of dat deze omkering het gevolg is van de manier waarop we de draaibeweging gebruiken, even omsolderen en het werkte goed.

Het servo signaal komt van een Picaxe pic microcontroller. Hierover de volgende keer meer. Deze controller wordt geleverd in een vorm waarin hij via usb of seriele poort met een soort basic taal te programmeren is. Er is een servo commando zodat het zeer eenvoudig is om deze servo aan te sturen, gewoon de positie aangeven en de chip maakt het signaal.

Deze opzet is natuurlijk voor demonstratie doeleinden, maar de motor output kan eenvoudig worden gebruikt voor het aansturen van een veel grotere motor. De beperking zit hem in de minimale draaihoek en het signaal van de potmeter. Ook draait een servo bij benadering van de doelpositie steeds langzamer, wat voor en nadelen heeft. 

Deel 1

Deel 2

Deel 3

Deel 4 

H bruggen

Terwijl we op wat onderdelen wachten is er tijd om het te hebben over motor aansturing. Een gelijkstroom motor kan men linksom of rechtsom laten draaien door de polariteit te vranderenen, dwz de aansluiting van de positieve en negatieve stroom toevoer. Als we zo'n motor met een chip of ander signaar willen aansturen moet er een slag gemaakt worden tussen het signaal en het proces van het omkeren van de aansluitngen aan de motor. Daarvoor is een circuit bedacht dat de H brug heet.

Zoals je hierboven ziet is een H brug een combinatie van schakelaars (in dit geval transistoren maar het kunnen ook relais of andere solid state schakel onderdelen zijn) die de positieve en negatieve stroom toevoer op verschillende manieren met de motor kunnen verbinden. Zet je transistor links onder en rechts boven aan dan zit (vanuit de motor gezien) de positive pool rechts en negatief links. Zet je de transistor rechts onder en linnks boven aan dan zit de positieve pool links en negatief rechts. 

H-bruggen zijn te maken en schema's zijn makkelijk te vinden online. Er zijn ook chips die H-bruggen implementeren zoals de L293. LMD18200, of stuur chips voor externe schakel elementen (maken allen de stap tussen logische imput en aansturing.

Deze chip kan direct aan een aansturings chip worden aangesloten die +5 volt/0 volt signalen geeft. In 'firguur 1' hierboven kun je zien dat de linker kant (pin 1 tot van de LM293 twee ingangen heeft, de in1 en in2. Deze verwachten een signaal voro de richting, dwz:

Dan is er nog een ingang 1,2, EN, oftewel engage die bepaald of de chip uberhaupt reageert. De pin 4 en 5 zijn warmte en ground (0 Volt). +V is het output voltage (max 36 volt) en Vc1c is het chip/logica voltage (4.5-7 volt in dit geval) zie datasheet.  Er zijn verscheiden H-brug chips, waarbij het voor kleine vermogens de moeite loont vanwege de complexiteit van wat men maakt. Het is echter ook goed mogelijk zelf een H-brug samen te stellen, en er zijn complete kits.

High power H-brug voor logische aansturing.