走進(jìn)我的辦公室，靈感就在地板上。在過去的 2 年里，它用氈尖筆裝飾了類似日晷的標(biāo)記，這在古代用來標(biāo)記季節(jié)的流逝。你在太陽正午打開辦公室的門，讀出離春分/冬至有多遠(yuǎn)，以及陣列應(yīng)該設(shè)置的確切角度。很明顯，您可以計(jì)算出太陽的位置，然后簡單地使用太陽能電池陣列“在那里”。因此，為了糾正這對(duì)雙胞胎的錯(cuò)誤，我決定著手進(jìn)行“東塔項(xiàng)目”，該項(xiàng)目將比前兩個(gè)跟蹤器中的任何一個(gè)大將近 50%，并且會(huì)有一臺(tái)計(jì)算機(jī)可以計(jì)算并指向太陽。

挑選董事會(huì)

剛剛幫助我兒子完成了一個(gè)涉及 Arduino 的學(xué)校項(xiàng)目，我對(duì)它的易用性和大量可用的庫感到驚訝，其中應(yīng)有盡有！與我早期的嵌入式工作相去甚遠(yuǎn)，用機(jī)器代碼編寫我自己的所有庫。所以我選擇了 Uno 來完成這項(xiàng)工作，因?yàn)樗悬c(diǎn)挑戰(zhàn)，擁有很多東西是件好事，但當(dāng)你用喇叭將卡車裝入一個(gè)小包裹時(shí)，它真的很“熱”。我多次用完空間，這導(dǎo)致我更有效地重新編碼并且沒有將我懶惰的“windows”習(xí)慣帶入項(xiàng)目。最后，它全部裝入了微型芯片。

傳感器

所以很明顯，主要傳感器是 3 軸加速度計(jì)，用于確定哪條路是向上的。當(dāng)然，這是與帶有滯后帶的太陽位置的計(jì)算值進(jìn)行比較。然后電機(jī)啟動(dòng)移動(dòng)陣列，使目標(biāo)角度在實(shí)際測量值的公差范圍內(nèi)。繼電器塊用于切換電機(jī)，我玩過使用 PWM 的玩具。但是我想到了簡單性和電噪聲。整個(gè)系統(tǒng)由一個(gè) 7AH 12V 電池驅(qū)動(dòng)，帶有一個(gè) DC/DC 升壓器，用于為 36VDC 電機(jī)（大約 20 伏）供電。

太陽的位置

太陽的位置？在這一點(diǎn)上，我承認(rèn)我不是天文學(xué)家，也不僅僅是想出方程式，我是從 NOAA 網(wǎng)站下載算法的。我在 MS windows 中做了一個(gè)概念驗(yàn)證程序，它實(shí)際上是從 GPS NEMA 流驅(qū)動(dòng)的，一旦成功，我將它移植到 Arduino 平臺(tái)。在初始試驗(yàn)中，GPS 被一個(gè)簡單的 RTC 取代，目的是讓這個(gè)裝置能夠“自我校準(zhǔn)”并指向太陽，而無需在世界任何地方進(jìn)行設(shè)置。

該算法根據(jù) Alt 和 Az 返回值，但是我的跟蹤器/安裝類型需要偏角和時(shí)角。這很容易修復(fù)，因?yàn)樗鼈兪?Alt/Az 計(jì)算的自然副產(chǎn)品。這也意味著該程序可用于任何類型的跟蹤器，因?yàn)樗褂玫膫鞲衅鬟€包括一個(gè) 3 軸磁力計(jì)，以在必要時(shí)測量 Az。有一個(gè)模型展示了代碼并輸出到配置為 Alt/Az 安裝的兩個(gè)伺服系統(tǒng)，這有強(qiáng)制性的“死亡射線激光器”安裝在與陣列平面成 90 度的位置，以將太陽的位置投射到陣列的屋頂上房間。我的兒子建議我們?cè)黾蛹す夤β?，以便在他學(xué)校教室的屋頂上留下太陽痕跡，幸運(yùn)的是媽媽在這一點(diǎn)上介入了。

小型計(jì)算機(jī)的 GUI

現(xiàn)在有了傳感器和方程式，就需要一個(gè) GUI。帶有 i2c 背包的 2004 液晶顯示器提供了這一點(diǎn)。該程序最終有 25 個(gè)屏幕用于設(shè)置和診斷，從設(shè)置時(shí)間到調(diào)整跟蹤模式和角度等所有內(nèi)容。對(duì)于輸入，我選擇帶有集成按鈕的旋轉(zhuǎn)編碼器，事后看來這不是最佳選擇。我認(rèn)為帶觸摸輸入的 LCD 屏蔽會(huì)更簡單，更適合這項(xiàng)任務(wù)。陀螺儀外殼中有一個(gè)“肉球”顯示器，可讓您查看陣列偏離目標(biāo)的距離以及跟蹤器是否正在移動(dòng)以糾正問題。這有點(diǎn)奢侈，進(jìn)一步證明了我對(duì) Arduino/eBay 的依賴越來越大。

I2C 問題

I2C。在這里坦白，我知道我會(huì)在電纜長度上遇到麻煩，但無論如何我還是做了太多的“紅脖子”。在車間進(jìn)行的測試看起來不錯(cuò)，但在真實(shí)環(huán)境中，有許多電纜會(huì)發(fā)出所有頻率的輻射。我為 I2C 構(gòu)建了一個(gè)有源終結(jié)器，但這并沒有解決鎖定問題，也沒有添加鐵氧體磁珠或弄亂太陽能充電器上的接地配置。在電機(jī)啟動(dòng)并為所有執(zhí)行器電機(jī)安裝緩沖器后，有一段時(shí)間不在 I2C 總線上說話很累。這個(gè)過程的有趣之處在于，我有幾個(gè)星期的太陽能跟蹤計(jì)算機(jī)，它只能在晚上運(yùn)行，是的，就像一頭長著山雀的公牛一樣有用。所以最終的解決方案是德州儀器 (Texas Instruments) 的一些緩沖芯片 (P82B96)。

更多事后顯而易見的問題

塔在風(fēng)中的移動(dòng)被低估了，因?yàn)榻Y(jié)果高達(dá) 3 度。原來的2度滯后很快調(diào)整為4度。在夜間實(shí)施了完全停止，因此系統(tǒng)不會(huì)在夜間對(duì)風(fēng)等作出反應(yīng)……在系統(tǒng)停車并進(jìn)入夜間睡眠后沒有理由移動(dòng)（除非刮風(fēng)）。更改了程序，以便一次可以移動(dòng)一個(gè)軸并支持 N/S 的 E/W 運(yùn)動(dòng)。

實(shí)施的低角度和高角度限制，以及不同的跟蹤方法和停車組合。兩個(gè)軸都有可選擇的停車角度。以及在“無跟蹤”模式下更改目標(biāo)角度的能力。

所有這些數(shù)據(jù)都通過存儲(chǔ)在 CPU 內(nèi)部 EEPROM 存儲(chǔ)器中以及將空白或老化的 CPU 初始化為安全和合理值的例程來實(shí)現(xiàn)非易失性。

鑒于鎖定問題，我需要一個(gè)硬件看門狗，在芯片中找到一個(gè)并以 4 秒的間隔實(shí)現(xiàn)它，還編程了一個(gè)備用引腳以備不時(shí)之需，還有一個(gè)外部引腳。部署必須等到我解決了硬件問題之后，否則我冒著掩蓋我遇到的 I2C 問題的風(fēng)險(xiǎn)。

該程序包含一個(gè) Modbus 接口，允許您讀取和寫入所有主要內(nèi)存位置，這樣我就可以通過藍(lán)牙編寫智能手機(jī) GUI，并且無需使用外殼中的 GUI 即可訪問該裝置。令我驚訝的是，如果簡單地聲明為變量，內(nèi)存映射會(huì)向后工作，但如果在數(shù)組中，則會(huì)向前工作。很快就解決了這個(gè)問題，因此多年來在英特爾和摩托羅拉 CPU 上的努力得到了回報(bào)。藍(lán)牙通過 Arduino 串行端口和 HC-05 藍(lán)牙模塊。

所以這一切都奏效了嗎

是的，在晴天，在補(bǔ)償面板輸出后，該裝置產(chǎn)生的能量至少與光學(xué)跟蹤器一樣多。然而，在多云的日子里，它是一個(gè)贏家，一直在軌道上，我預(yù)計(jì)千斤頂?shù)木S護(hù)工作會(huì)減少，因?yàn)樗鼈兠刻煲苿?dòng)的絕對(duì)最小量是跟隨太陽所必需的。因此，接下來將對(duì)南北塔樓進(jìn)行改裝。

但在我們走之前 - 停車

所以你白天跟蹤太陽，但晚上你應(yīng)該把陣列停在哪里？

這是“一根繩子有多長”的問題之一。這是一個(gè)非常復(fù)雜的問題，我觀察和記錄的問題越多，我就越相信它需要“主動(dòng)/自適應(yīng)解決方案”。顯然，當(dāng)陣列是扁平的時(shí)，風(fēng)力可以最小化，但是如果你的渦流大小與陣列的大小差不多，它可能會(huì)根據(jù)壓力中心和重心的相對(duì)位置而顫動(dòng)。這在暴風(fēng)雨中很糟糕。盡管風(fēng)荷載增加了，但我寧愿使用古老的水手把戲“將她指向風(fēng)中”，也不愿讓陣列顫振。如果您的電池在夜間耗盡，最好在早上將其指向太陽，這樣您就可以盡快行動(dòng)起來。所以所有說過和做過的事情，比如電池電壓和風(fēng)速以及角度的變化（塔擺動(dòng)）都應(yīng)該被考慮在內(nèi)），

更新（2017 年 8 月）

我仍然遇到很多“隨機(jī)”重啟的問題，這會(huì)使 I2C 崩潰。更糟糕的是，它永遠(yuǎn)不會(huì)在晴朗的晴天這樣做。它是電池并且似乎依賴于風(fēng)。無論如何，6 周前我幸運(yùn)地發(fā)現(xiàn)它真的重置了。可能會(huì)踢自己，這絕對(duì)是太陽能調(diào)節(jié)器出了問題。我假設(shè)電機(jī)逆風(fēng)啟動(dòng)或電池沒電時(shí)會(huì)短暫地將設(shè)備推入關(guān)機(jī)/掉電狀態(tài)，但時(shí)間不足以完全重置所有電子設(shè)備。因此，一個(gè)新的 30A 太陽能調(diào)節(jié)器單元取代了 10A，我還沒有看到它在過去 4 周內(nèi)重置過一次，包括暴風(fēng)雨天氣。由于電池電量耗盡，它已經(jīng)離線了幾次，但當(dāng)太陽回來時(shí)（外殼關(guān)閉）似乎總是能正常啟動(dòng)。

您知道他們?cè)趺凑f“每個(gè)問題的內(nèi)部都有另一個(gè)等待解決的問題”。好吧，一旦主計(jì)算機(jī) 100% 可靠，您就會(huì)開始注意到其他事情。機(jī)械卡住繼電器 arrhhh，可怕的小壞蛋！我買的板子上肯定只有“John West Rejected”焊接的繼電器。它們看起來與真正的優(yōu)質(zhì)品牌一樣，但與 Ebay 上所有便宜的東西一樣“買家當(dāng)心”。唯一真正的解決方案，買一個(gè) H 開關(guān)板（我知道它會(huì)變成這樣）。所以我已經(jīng)完成了 Uno 的編程，以實(shí)現(xiàn)普通的舊式開/關(guān) H 開關(guān)，該程序甚至適合相同數(shù)量的字節(jié)。我只是在等待董事會(huì)的到來。

但是我怎么能把它留在那里呢？我的意思是我有一個(gè) H 開關(guān)和天真的 PWM 的 arduino。我怎么能不對(duì)電機(jī)進(jìn)行軟啟動(dòng)？

好吧……太棒了，我不敢相信所有這些都安裝在 UNO 中……我們現(xiàn)在有了軟啟動(dòng)和回收計(jì)數(shù)器。馬達(dá)現(xiàn)在全速滑行，甜蜜...

計(jì)算機(jī)和軟件運(yùn)行良好，RTC 以令人討厭的速度損失時(shí)間。只是還不足以讓我費(fèi)心去修復(fù)它:)

PWM 軟啟動(dòng)很棒，確實(shí)消除了機(jī)械上的污點(diǎn)。上次檢查時(shí)鋼結(jié)構(gòu)沒有裂紋，對(duì)此非常滿意。

杰克可能很靈活，杰克可能很快，但杰克不夠強(qiáng)壯！

這個(gè)問題似乎是許多事情的組合。然而，最明顯的是遠(yuǎn)離強(qiáng)風(fēng)中的“可飛行”角度（0 到 16 度）。前幾周多次看到夾子滑落，但我從未在行動(dòng)中發(fā)現(xiàn)它。我想到這是一個(gè)限位開關(guān)故障，但這意味著硬限位和軟限位都失敗了。故障千斤頂中心之間的距離比硬限制距離小很多，所以我認(rèn)為這只是簡單的過載。它現(xiàn)在已替換為與東/西軸相同的重型千斤頂。一切似乎都很好，夾子還沒有滑落。

關(guān)于 GUI 的一點(diǎn)文檔

通常旋轉(zhuǎn)編碼器更改菜單.. 按下并旋轉(zhuǎn)以更改設(shè)置值。當(dāng)您在保存菜單（8 和 18）上時(shí)，按住直到系統(tǒng)顯示它已保存數(shù)據(jù)

如果您希望將新設(shè)置閃存到 eeprom（菜單 18 - 按下按鈕），所有菜單項(xiàng)都需要您進(jìn)行保存。這樣您就可以測試...如果您喜歡，就保存...如果您不喜歡' 然后重新啟動(dòng)。

時(shí)間設(shè)置是菜單 1->7 菜單 8 是時(shí)間設(shè)置/更新 - 按下以保存回 RTC 和 arduino。當(dāng)您進(jìn)入菜單 1 或 7 時(shí)，顯示屏將拍攝當(dāng)前時(shí)間的快照以進(jìn)行編輯。這樣您就可以設(shè)置時(shí)間并在菜單 8 等待按下和同步的確切時(shí)刻，如果您愿意的話。

X 和 Y 最小/最大角度即軟限位開關(guān)（4 個(gè)菜單 19->22）

X 和 Y 滯后，即您跟蹤的準(zhǔn)確程度。( 2 菜單 16->17)

跟蹤模式 ( 1 菜單 13 )

X 和 Y 停車角度（2 個(gè)菜單 11->12）

X 和 Y 角度偏移（2 個(gè)菜單 14->15）如果需要，這些是為了消除電路板與最終安裝的未對(duì)準(zhǔn)。

X 和 Y 設(shè)置角度（2 個(gè)菜單 9->10）如果您將跟蹤切換為關(guān)閉，您可以在此處調(diào)高角度（有助于維護(hù)）否則這將顯示來自計(jì)算的目標(biāo)角度并且實(shí)際上是只讀的。

三個(gè)菜單屏幕僅供顯示。

菜單 23 - GPS 坐標(biāo)/區(qū)域 - 需要在代碼中設(shè)置這些或通過 Modbus 更改，然后通過 modbus 或菜單 18 保存

菜單 24 - 角度 - 傳感器、目標(biāo)和差異

菜單 0 - 時(shí)間日期、日出、日落、Dec/AH 和 Alt/AZ

顯然，您將時(shí)鐘設(shè)置為您所在時(shí)區(qū)的標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間。或者您可以將其設(shè)置為格林威治標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間并使用時(shí)區(qū) 0 ...無論您喜歡什么。

更新（2018 年 9 月）

故事的第 2 部分

更新（2020 年 7 月）

風(fēng)荷載問題更多。如果對(duì)之前的插孔故障有任何疑問，那么這張照片說明了一切。

我會(huì)將此與南北軸線上的問題很少的南北塔進(jìn)行對(duì)比。東跟蹤器的太陽能面積為 16 平方米左右，而南北塔只有 9 個(gè)。因此，隨著尺寸的增加，風(fēng)力確實(shí)會(huì)迅速失控。