• Author / Uploaded
• Eimer Arrocha

• Categories
• Energía solar
• Corriente eléctrica
• Voltaje
• Arduino
• Placa de circuito impreso

Citation preview

Proyecto eléctrico y automatización2018

Lic. En sistemas eléctricos y automatización

UNIVERSIDAD TECNOLÓGICA DE PANAMÁ CENTRO REGIONAL UNIVERSITARIO DE COCLÉ FACULTAD DE INGENIERIA ELÉCTRICA

SEGUIDOR SOLAR Y LAMPARA DE LUZ NOCTURNA AUTOMÁTICA Autor: EimerArrocha(2-730-875) [email protected]

RESUMEN: Este proyecto consiste en la implementación de un sistema de seguimiento solar a un sistema de iluminación nocturna automática controlado por una LDR que envía una señal a arduino para encender una lámpara alimentada por una batería DC de 6v recargada por un panel de 9v este panel estará incorporado sobre una plataforma de movimiento desplazada por dos servomotores controlados por el microcontrolador arduino que recibe un lectura en las entradas análogas provenientes de un circuito divisor de voltaje entre 4 LDRs y cuatro resistencias fijas la función principal de la plataforma de seguimiento solar será maximizar la absorción de carga proveniente del panel solar ya que siempre lo mantendrá en la posición donde se absorba mas energía proveniente del sol, de esta manera se obtendrá un sistema de iluminación eficiente y totalmente automatizado para ser incorporado en casetas de espera de transporte que se mantendrán iluminadas durante las horas de la noche y la madrugada. PALABRAS CLAVES: Seguidor, servomotores, LDR, microcontrolador, iluminación, panel solar, automatización.

SUMARY: This project consists in the implementation of a solar tracking system to an automatic night lighting system controlled by an LDR that sends a signal to arduino to light a lamp powered by a 6v DC battery charged by a 9v panel this panel will be incorporated on a movement platform displaced by two servomotors controlled by the arduino microcontroller that receives a reading in the analog inputs coming from a voltage divider circuit between 4 LDRs and four fixed resistors the main function of the solar tracking platform will be to maximize the absorption of load coming from the solar panel since it will always keep it in the position where more energy from the sun is absorbed, in this way an efficient and fully automated lighting system will be obtained to be incorporated in transport waiting rooms that will remain illuminated during the late night and early morning to. KEYWORDS: Follower, servomotors, LDR, microcontroller, lighting, solar panel, automation.

Lic. En sistemas eléctricos y automatización

Proyecto eléctrico y automatización2018

INTRODUCCION: El presente informe nos muestra un proyecto dedicado a la elaboración e implementación de un sistema de iluminación nocturna automática alimentado por un panel solar colocado sobre una plataforma de seguimiento solar, este sistema estará destinado a las casetas de espera de transportes que presenten falta de iluminación Mediante este proyecto proponemos una alternativa para la iluminar las casetas de espera, incorporando un sistema de iluminación nocturna automático encendido por una fotocelda que al llegar la noche enciende un bombillo este sistema alimentado por una batería de 6v o 12v recargada por un panel solar puesto sobre una plataforma de seguimiento solar controlado por 4 sensores LDR que captaran la luz del sol y posteriormente moverán dos servos todo este sistema controlado por el microcontrolador arduino, este sistema nos proporciona una forma de suministro energético favorable evitando costosas interconexiones a la red eléctrica AC y aportando ahorro al consumo energético del país.

MATERIALES UTILIZADOS:  5 resistencias de 10 kΩ.  5 LDR o resistencias dependientes de la luz.  1 diodo 1n4004  2 Servomotores mg 90.  1 relay de 5v  Batería de 6 v 4 amp recargable  Microcontrolador arduino  Panel solar de 9 v 450 mAmp.  Protoboard.  Cables de conexión  Dos placas de cobre para circuito impreso. (solo en caso de querer realizar el circuito impreso)  Acido ferroso. (solo en caso de querer realizar el circuito impreso)  Material implementado en la plataforma de desplazamiento.  Tornillos 6/32 “ y 8/32” con tuercas.  Bombillo led de 6v

Proyecto eléctrico y automatización2018

Lic. En sistemas eléctricos y automatización

CONCEPTOS BÁSICOS: FOTORRESISTENCIA LDR: Un fotorresistor o fotorresistencia es un componente electrónico cuya resistencia disminuye con el aumento de intensidad de luz incidente.1 Puede también ser llamado fotoconductor, célula fotoeléctrica o resistor dependiente de la luz, cuyas siglas, LDR, se originan de su nombre en inglés light-dependent resistor. Su cuerpo está formado por una célula fotorreceptora y dos patillas.

SEGUDOR SOLAR: Un seguidor solar es un dispositivo mecánico capaz de orientar los paneles solares de forma que éstos permanezcan aproximadamente perpendiculares a los rayos solares, siguiendo al sol desde el este en la alborada hasta el oeste en la puesta. Los seguidores solares son usados en todas las tecnologías de seguimiento solar: energía solar fotovoltaica convencional, energía solar fotovoltaica de concentración y energía termo solar de concentración.

DIVISOR DE TENSION: Un divisor de tensión es una configuración de un circuito eléctrico que reparte la tensión de una fuente entre una o más impedancias conectadas en serie.

Divisor de voltaje con LDR SERVO MOTOR: Un servomotor (también llamado servo) es un dispositivo similar a un motor de corriente continua que tiene la capacidad de ubicarse en cualquier posición dentro de su rango de operación, y mantenerse estable en dicha posición. El servomotor es un motor eléctrico lleva incorporado un sistema de regulación que puede ser controlado tanto en velocidad como en posición. Es posible modificar un servomotor para obtener un motor de corriente continua que, si bien ya no tiene la capacidad de control del servo, conserva la fuerza, velocidad y baja inercia que caracteriza a estos dispositivos.

Lic. En sistemas eléctricos y automatización

Proyecto eléctrico y automatización2018

METODOLOGIA: CIRCUITO DEL PROYECTO: El circuito del proyecto se realizó mediante el método de impresión y planchado, para esto se utilizaron dos placas de cobre una para cada función del proyecto y posteriormente se procedió a colocarlas en ácido y luego a soldar los componentes a utilizar.

SENSORES: Un sensor es todo aquello que tiene una propiedad sensible a una magnitud del medio, y al variar esta magnitud también varía con cierta intensidad la propiedad, es decir, manifiesta la presencia de dicha magnitud, y también su medida, en este caso utilizamos sensores LDR que varían la magnitud de su resistencia dependiendo de la cantidad de luz que incida en ella.

SISTEMA DE CONTROL: Para el sistema de control utilizaremos el microcontrolador arduino uno que es algo económico y nos permite controlar distintos actuadores mediante sus salidas digitales tan solo incorporándole la programación deseada que cumpla con la función que buscamos.

SISTEMA DE ILUMINACION: Para el sistema de iluminación se utilizó un circuito divisor de voltaje entre una LDR y una resistencia de 10k programando arduino se logró realizar un comparador que encienda una luz al pasar ciento valor y que apague al disminuir de cierto valor.

SISTEMA DE SEGUIMIENTO: Para el movimiento del seguidor incorporaron 4 LDRs conectadas cada una en divisor de voltaje con una resistencia de 10 k el valor de la salida del divisor será leído por arduino que a su vez enviará una señal a los servos para que realicen el movimiento.

Lic. En sistemas eléctricos y automatización

Proyecto eléctrico y automatización2018

DESARROLLO DEL PROYECTO: Diseño e implementación El diseño de este proyecto consiste en la implementación de un panel solar colocado sobre una plataforma desplazada por dos servomotores uno horizontal y el otro vertical controlados por arduino que recibe la lectura de 4 LDR que detectan la luz en cuatro puntos distintos, además de una luz automática nocturna también controlada por arduino que recibe la señal de un LDR y envía una señal a un relay que enciende un bombillo, todos estos componentes alimentados por una batería de 6v 4 amp recargable que almacenara la energía proporcionada por el panel solar.

Diseño del circuito divisor de voltaje para el seguidor

El circuito nos muestra un divisor de voltaje entre las resistencias de 10 k y las LDR este circuito implementado en seguidor solar nos permitirá controlar el movimiento de los servos mediante la variación de voltaje que se da en el nodo resistencia-LDR proporcionada por la variación de resistencia de cada LDR a captar la luz solar de esta manera el movimiento de los servos dependerán de la cantidad de voltaje leída en las entradas analógicas de arduino.

Lic. En sistemas eléctricos y automatización

Proyecto eléctrico y automatización2018

Diseño del circuito impreso utilizado en la elaboración de la placa para el divisor de voltaje

De esta manera quedaría la representación del circuito impreso del divisor de voltaje una vez terminado su elaboración

Diseño del circuito para el control de la luz automática nocturna.

el circuito nos muestra al igual que en el seguidor un divisor de voltaje entre LDR y la resistencia de 10 k la variación de voltaje del circuito será leída por la entrada analógica A4 de arduino el cual enviara una señal a la bobina del relay que permitirá el flujo de corriente a la lámpara al cerrar el circuito en el circuito se muestran dos diodos rectificadores 1n4004 uno conectado en paralelo con la bobina del relay como diodo fly- back este diodo protegerá al controlador de los picos repentinos de voltaje al momento de accionar la bobina, el siguiente diodo tan solo impedirá que la batería se descarga durante la noche debido a que las celdas solares se convierten en carga cuando no tienen absorción de luz.

Proyecto eléctrico y automatización2018

Lic. En sistemas eléctricos y automatización

Esquema fritzing del seguidor solar

Diseño del circuito impreso utilizado en la elaboración de la placa para lámpara de luz automática.

De esta manera quedaría la representación del circuito impreso de la lámpara de luz automática.

Lic. En sistemas eléctricos y automatización

Proyecto eléctrico y automatización2018

Esquema fritzing de la lámpara de luz nocturna automática sin la etapa de potencia

Observación: los circuitos impresos son opcionales el proyecto se podría realizaren una placa de prototipos, la lámpara nocturna automática llevara un relay para controlar el encendido de la lámpara debido al voltaje limitado de arduino. Recomendaciones: •

Fabricar la base de desplazamiento de un material resistente al agua.

•

Implementar un panel solar de mayor potencia.

•

Implementar una batería de mayor potencia.

•

Ubicar el módulo de arduino y las placas de circuito impreso bajo techo.

•

Colocar el bombillo sobre una roseta atornillada sobre una cajilla octagonal plástica.

•

Implementar servomotores de mayor potencia el servo D3-ST-BF30S waterproof.

Lic. En sistemas eléctricos y automatización

PROGRAMACION: Programa del Seguidor solar

Proyecto eléctrico y automatización2018

Lic. En sistemas eléctricos y automatización

Proyecto eléctrico y automatización2018

Después de incluir la librería lo primero que se muestra en el código es definir los servos uno horizontal y uno vertical se define su ubicación en este caso le coloco 90 grados y luego el valor máximo y el valor mínimo en el que el servo funcionara esto se hace para ambos servos luego se definen las LDRs una para cada posición luego se declaran los pines de las salidas de los servos en este caso el pin 10 y el pin 9, en el void loop se declara la lectura analógica de cada una de las LDRs luego se calculan los promedios superior, inferior, derecho, e izquierdo y por último se utilizando la sentencia if se establece la condición que si el promedio izquierdo es mayor al promedio derecho se desplace asía un lado y que si el promedio izquierdo es menor al derecho tenga un movimiento inverso, lo mismo se realiza para los promedios inferior y superior.

Programación en el IDE de arduino para la luz automática nocturna

El diseño un poco más simple que el anterior pero parecido en cierto modo ya que es el mismo principio de funcionamiento, primero se establece la comunicación serial luego se declara la entrada analógica A4 como entrada y la salida digital 2 como salida en el void loop se establece sensor value que va ser igual a la lectura analógica de la entrada A4 luego se establece la sentencia if que encenderá o apara la salida digital 2 dependiendo del valor obtenido en la entrada A4. CONCLUSION: Para concluir el desarrollo de sistemas de iluminación fotovoltaico proporciona ahorro energético al sistema de suministro eléctrico Un sistema de seguimiento solar incorporado a estos sistemas maximizará la absorción de energía del 20 hasta un 45 por ciento de lo absorbido por una estructura fija. El microcontrolador arduino nos permite realizar muchas funciones al incorporarle múltiples componentes como sensores y actuadores. U n sistema de iluminación automático nos ahorra el gasto innecesario de energía durante el día.

Lic. En sistemas eléctricos y automatización

Proyecto eléctrico y automatización2018

REFERENCIA BIBLIOGRAFICAS: https://es.wikipedia.org/wiki/Seguidor_solar https://www.instructables.com/id/Stepper-Motor-Solar-Tracker-Seguidor-Solar-con-mot/ http://www.pesadillo.com/pesadillo/?p=7668 http://blog.atomogt.com/2015/09/seguidor-solar-brazo-robotico-solar.html https://www.instructables.com/id/Un-Rastreador-Solar-Simple-que-Tiene-Ejes-Duales/

ANEXOS: Video publicado en YouTube. https://www.youtube.com/watch?v=XeUx45Frpjw&feature=youtu.be