CC BY
24
7. Афанасьев В.А., Афанасьев А.В. Поточная организация работ в строительстве: Учеб. пособие /. С.-Петерб. гос. архитектур.-строит. ун-т. СПб, 2000.
8. Демина Е.В. Приспособление объектов культурного наследия под современное использование // The world of science without borders. 2022. С. 453-456.
© Тарикулиева М.Я., 2022
УДК 681.5.044, 681.5.043, 681.513.3
Уманский Д.М.
магистрант 1 курса МИЭТ г. Зеленоград, РФ
ДВУХОСЕВОЙ ГЕЛИОТРЕКЕР НА БАЗЕ МИКРОКОНТРОЛЛЕРА ARDUINO
Аннотация
На протяжении веков энергия была крайне важна в развитии человеческой жизни. Потребности в энергии, вероятно, значительно возрастут в ближайшие десятилетия: они могут удвоиться или даже утроиться к 2050 году! Страны продолжают развиваться, а рост населения заставляет нас задуматься об энергетических ресурсах нашей планеты и поставить под сомнение их способность удовлетворять потребности будущих поколений. Согласно существующей изученной тенденции, объем ископаемого топлива, составляющий большую часть нынешнего состава мировой энергетики, во второй половине столетия будет стремительно уменьшаться. Ожидается, что к концу столетия доля нефти и газа в мировой энергетике приблизится к нулю. Одним из направлений в альтернативной энергетике является гелиоэнергетика. Системы, использующие солнечную энергию, должны собирать как можно больше энергии, полученной в определенном месте, это условие требует, чтобы собирающая поверхность всегда была перпендикулярна солнечным лучам и, следовательно, оптимальный сбор может быть достигнут только в том случае, если указанная поверхность наделена направленным движением - отслеживанием солнца.
Ключевые слова:
солнце; энергия; микроконтроллер; автоматическая система, следящая система.
Umanskiy D.M.
1st year master student of MIET Zelenograd, Russia
Annotation
for centuries, energy has been extremely important in the development of human life. Energy needs are likely to increase significantly in the coming decades: they could double or even triple by 2050! Countries continue to develop, and population growth makes us think about the energy resources of our planet and question their ability to meet the needs of future generations. According to the current studied trend, the volume of fossil fuels, which make up most of the current composition of the world's energy, will decrease rapidly in the second half of the century. By the end of the century, the share of oil and gas in the global energy sector is expected to approach zero. One of the directions in alternative energy is solar energy. Systems using solar energy should collect as much energy as possible obtained in a certain place, this condition requires that the collecting
surface is always perpendicular to the sun's rays. and, consequently, the optimal collection can be achieved only if the specified surface is endowed with directional movement - tracking the sun.
Keywords
sun; energy; microcontroller; automatic system, tracking system.
Среди возобновляемых источников энергии солнечная энергия является наиболее важной из-за ее изобилия и устойчивости. Несмотря на прерывистость солнечного света, солнечная энергия имеет значительные преимущества. Она безопасна и доступна.
Фотоэлектрическая технология позволяет преобразовывать солнечную энергию в электричество благодаря солнечным батареям. Эта трансформация происходит без шума, без выбросов газов: поэтому она по своей природе экологически чистая. Инвестирование средств в покупку солнечных батарей имеет такое преимущество, которое позволяет потребителю быть частично независимым от поставщиков электроэнергии, давая ему возможность производить собственную электроэнергию экологически чистым способом и способствовать сокращению выбросов CO2.
Солнечный трекер — это устройство, которое позволяет гелиографическому телескопу (устройству наблюдения за солнцем или некоторых его эффектов в атмосфере) или объекту по производству солнечной энергии следовать за солнцем. Моторизованная несущая конструкция ориентирует солнечные панели для повышения производительности системы [1].
Для получения набольшего количества солнечной энергии, нормаль поверхности солнечной панели должна быть направлена на солнце. Солнце находится в постоянном движении относительно земли, что означает изменение угла падения солнечных лучей. В фиксированном положении, солнечная батарея не будет в способна поддерживать оптимальный угол в течение всего дня. На рисунке 1 изображен график зависимости потери энергии от отклонения угла падения
Отклонение угла падения (i в градусах)
О 15 50 4S 60 75 90 100.0004 н-!-!--1-!--!-!--!-!--1-1--■
Рисунок 1 - График зависимости потери энергии от отклонения угла падения
Для эффективного получения солнечной энергии необходимо создать механизм для изменения наклона солнечной панели относительно солнца.
Изменение положения солнца относительно земли зависит не только от времени дня, но и от времени года. Движение солнца относительно солнечной панели представлено на рисунке 2.
Рисунок 2 - График зависимости потери энергии от отклонения угла падения
Зимой солнце находится ближе к линии горизонта чем летом. Это означает что для эффективного получения солнечной энергии, необходимо чтобы солнечная панель регулировалась и относительно запада-востока, и относительно севера-юга [1].
Это можно сделать, механизируя несущую конструкцию по двум осям: по азимуту (с востока на запад, по мере продвижения дня) и по высоте (в зависимости от сезона и, опять же, хода дня). На рисунке 3 представлено движение одноосевых и двухосевых солнечных установок [2].
Рисунок 3 - Одноосевые и двухосевые солнечные установки
Для эффективной эксплуатации, система должна работать в течении всего года, при различных погодных условиях.
Условия эксплуатации системы:
- температурный режим: от -30°С до +40°С;
- относительная влажность: до 80% при температуре 15 °С.
Для получения информации о положении солнца относительно солнечной панели необходимо создать фотоприемник. Для нашей системы, фотоприемник будет представлять из себя небольшую плату с 4 фотодатчиками, разделенными перегородкой. Он показан на рисунке 4, где каждый фотодатчик обозначен буквой. Все фотодатчики данного фотоприемника будут освещены только если нормаль поверхности фотоприемника будет направлена на солнце. При изменении положения Солнца, 2 или 3 фотодатчика окажутся в тени. Микроконтроллер направит панель в сторону освещенных датчиков.
В качестве фотодатчика воспользуемся фоторезистором.
Фоторезистор — это полупроводниковое устройство, которое снижает свое электрическое сопротивление при воздействии света (некоторые типы фоторезисторов могут иметь уменьшение сопротивления на два или три порядка величины). Основная часть фоторезистора представляет собой полупроводниковый элемент (например, сульфид свинца или сульфид кадмия), расположенный таким образом, чтобы на него попадал свет.
issn 2410-700x
международный научный журнал «символ науки»
# 12-2 / 2022
Рисунок 4 - Фотоприемник
Источник: разработано автором
В качестве микроконтроллера воспользуемся микроконтроллером Arduino Uno.
Arduino Uno — это плата микроконтроллера с открытым исходным кодом, основанная на микрочипе ATmega328P и разработанная Arduino.cc. Плата оснащена наборами выводов цифрового и аналогового ввода-вывода, которые могут подключаться к различным платам расширения и другим схемам. На рисунке 6 представлен общий вид платы Arduino Uno.
Особенности платы Arduino Uno
• Микроконтроллер: ATmega328 (ATMEL семейства 8bit AVR).
• Рабочее напряжение: 5V
• Напряжение питания (рекомендуется): 7-12V
• Напряжение питания (пределы): 6-20 В
• Цифровые контакты ввода/вывода: 14 (6 имеют выход ШИМ)
• Аналоговые входные контакты: 6 (можно использовать в цифровых контактах ввода/вывода)
• Максимальный доступный ток на контакт ввода/вывода (5 В): 40 мА (200 мА в совокупности для всех контактов ввода/вывода)
• Максимальный ток, доступный для выхода 3,3 В 50 Ма
• Максимальный ток, доступный для выхода 5В Функция используемого блока питания - 500 мА макс., если порт USB используется отдельно
• Тактовая частота: 16 МГц
Рисунок 6 - Общий вид платы Arduino Uno.
В официальной документации на Arduino Uno температурный диапазон не указывается, и разработчики рекомендуют ориентироваться на документацию микроконтроллера ATMEL, который указывает: от -40 до +85 градусов Цельсия.
Преимущества платы Arduino Uno:
• Относительно дешёвая.
• Понятная и простая среда программирования.
• Кроссплатформенная: работает на Windows, Macintosh и Linux.
• Доступно множество библиотек с различными реализованными функциями.
• Программное и аппаратное обеспечение с открытым исходным кодом и расширяемое программное обеспечение.
Для платформы Arduino существует набор специальных приспособленных оптических датчиков. Для гелиотрекера можно использовать модуль фоторезистора KY-018, состоящий из постоянного резистора сопротивлением 10 кОм и фоточувствительного элемента, уменьшающего свое сопротивление при попадании света. Данный фоторезистор имеет 3 контакта: для выходного напряжение, который должен быть присоединен к микроконтроллеру, для источника напряжения и для заземления. На рисунке 7 изображен внешний вид фоторезистора KY-018.
Характеристики модуля фоторезистора ^-018:
• Температура эксплуатации: -30...+70°С;
• Потребляемая мощность: 100 мВт;
• Максимальное напряжение DC: 150V;
• Сопротивления в темноте: 0,8 МОм;
• Сопротивление при освещении 10 Люкс: 5-10 кОм;
Основными преимуществами данного фоторезистора являются не дорогая стоимость и наличие встроенного делителя напряжения.
Фоторезисторы должны быть расположены на единой панели разделенные перегородками в соответствии с рисунком 4.
Рисунок 7 - Модуль фоторезистора KY-018
Для изменения наклона плоскости фотодатчиков воспользуемся двигателем ШД-5Д с редукторами. Редукторы имеют общее передаточное отношение 1:250 по азимуту и 1:900 по углу места. На рисунке 8 представлен внешний вид двигателя ШД-5Д.
Двигатель ШД-5Д работает при температуре окружающей среды от -45°С до +40°С и относительной влажности до 80% при температуре +15°С, что удовлетворяет условиям работы системы.
Рисунок 8 - Двигатели ШД-5Д с редукторами
На рисунке 9 показана схема подключения двигателей ШД-5Д и фотодатчиков к плате Arduino Uno. Изменение сопротивления фоторезисторов приводит к изменению выходного сопротивления, считываемого микроконтроллером. Далее, заданная в микроконтроллер программа, считывает получаемые значения и управляет двигателями согласно алгоритму, представленному на рисунке 10.
Рисунок 9 - Принципиальная схема управления через Arduino
issn 2410-700x
международный научный журнал «символ науки»
# 12-2 / 2022
Начало
Инициализация портов ввода-вывода
ш
Получение показаний со с ветодатч и ков, А, B,C, D
Получение суммы показаний сверху Top=(А+B), слева Left=(A+D), снизу Bottom=(С+D), справа Right=(B+D)
Пол учение разницы верти кальных
значений dVer=abs(Top-Bottom)
Получение разницы горизонтальных значений d Hor=abs(Left-Right)
Да Up > Down
Нет ▼
Двигатель движется вниз на шаг
Двигатель
шаг
Да
Двигатель
движется влево
шаг
Двигатель
движется вправо
на шаг
Т
Рисунок 10 - Алгоритм работы программы солнечного трекера Источник: разработано автором
В результате было разработано устройство для слежения за солнцем, на базе микропроцессора Arduino Uno, алгоритм работы программы и реализована программа. Устройство способно работать в различных погодных условиях и может быть применено для повышения эффективности работы солнечной батареи.
Список использованной литературы:
1. Трекер для фотоэлектрических установок https://solarsoul.net/treker-dlya-fotoelektricheskix-ustanovok
2. Общемировые перспективы развития солнечной энергетики http://pronedra.ru/alternative/
Нет
2012/09/04/solnechnaya-energetika/
3. Солнечная энергетика / В.И. Виссарионов, Г.В. Дерюгина, В.А. Кузнецова, Н.К. Малинин; под ред. В.И. Виссарионова. М.: Издательский дом МЭИ, 2008.
4. Система следящая за солнцем для параболического концентрирующего солнечного водяного коллектора [Электронный ресурс] -Режим доступа: http://www.delaysam.ru/dachastroy/dachastroy57.html (дата обращения: 16.11.22).
5. Аржанов, К.В. Двухкоординатная система наведения солнечных батарей на Солнце / К.В. Аржанов // Известия Томского политехнического университета. - 2014. - Т. 324. - № 4.
6. Автономная система слежения за солнцем для солнечной энергосистемы / М.В. Китаева, А.В Юрченко, А.В. Охорзина, А.В. Скороходов // Ползуновский вестник. - 2011. - № 3/1.
7. Arduino Based Solar Tracker Using LDR & Servo Motor https://how2electronics.com/arduino-based-solar-tracker-using-ldr-servo-motor/
8. Шаговый двигатель ШД -5Д [Электронный ресурс] - Режим доступа: goo.gl/mJ3EPS
9. "Конструирование на аппаратно-программном системе «Arduino» https://nsportal.ru/ap/library/
10.nauchno-tekhnicheskoe- tvorchestvo/2018/02/06/konstruirovanie-na-apparatno-programmnom
11.Ардуино распиновка, схема платы Источник: https://seminar55.ru/electronics/vertuska-estonia-010-novaa-sistema-upravlenia-na-arduino-uno.html https://seminar55.ru/electronics/vertuska-estonia-010-novaa-sistema-upravlenia-na-arduino-uno.html
12.Митрофанов С.В. Использование микроконтроллеров в системе управления солнечным трекером // Митрофанов С.В., Потехенченко А.В., Немальцев А.Ю. В сборнике: Университетский комплекс как региональный центр образования, науки и культуры Материалы Всероссийской научно-методической конференции. 2016.
13.Аржанов К.В. Автоматизированная система непрерывно-дискретного слежения за солнцем автономных фотоэлектрических энергоустановок с использованием шаговых двигателей вв.: дис.... канд. тех. Наук 2016.
© Уманский Д.М., 2022
УДК 697.94
Филиппов М.А.
Магистрант 1-го курса МИЭТ
г. Зеленоград, Россия ОСОБЕННОСТИ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ФАНКОЙЛОВ В СИСТЕМАХ ВЕНТИЛЯЦИИ
Аннотация
В данной статье было проведено исследование разновидностей фанкойлов, их преимуществ и недостатков. В результате был определён наилучший тип данного оборудования для применения в проекте с системой вентиляции.
Ключевые слова
Фанкойл, вентиляция, кондиционирование.
Вентиляция и кондиционирование является актуальной и востребованной областью, особенно если
