Fig 2.1 Alexandre-Edmond Becquerel 1 [309825]

Fig 2.1 Alexandre-Edmond Becquerel [1]

Fig 2.2 Albert Einstein[3]

Fig 2.2 Medalia premiului Nobel[4]

Fig2.1 Panou solar flexibil[5]

Fig 2.2 Elementele unui panou solar[6]

Fig 2.3 Exemplu de putere produsă de o celulă fotovoltaică instalată la Northeastern University., Boston, MA, SUA.[7]

Fig 2.4 Panou solar amplasat pe o locuinta[9]

Fig 2.5 Bugetul de energie solara al Terrei[10]

Fig 3.1.1 Robot ce curata un panou fotovolatic[11]

Fig. 3.1.2 Prototipul lui Nancy Owano[12]

Fig. 3.1.3 Robot de la firma “Wash Panel”[13]

Fig 3.1 Placa suport dupa procesul de imprimare

Fig. 3.3 Cote placa suport

Figura 3.2 Procesul de printare a suportului senzorului ultrasonic

Fig. 3.7 Cote suport senzor

Fig. 3.3 Suportul motor dupa finalizarea procesului de printare

Fig. 3.8 Cote suport motor

Fig. 3.5 Cote motor & Micro motor N20[15]

Fig.3.6 [anonimizat] 18650[16]

Fig. 3.7 Driver motoare [17]

Fig. 3.8 Sursa reglabila coboratoare[18]

Fig. 3.10 Motor fara cutie de viteza [19]

Fig. 3.11 Cote motor fara cutie de viteza [19]

Fig. 3.11 Senzor ultrasonic

Fig.3. Amplasarea suportilor si a motoarelor

Fig.3. Amplasarea motorului 3 pe placa suport

Fig. 3. Suport senzor ultrasonic amplasat pe robot pe partea dreapta

Fig. 3. Amplasarea suportului senzorului impreuna cu senzorul ultrasonic in partea frontala a ansamblului

Fig. 3. Amplasarea placii arduino pe cei 4 acumulatori

Fig. 3. [anonimizat]. 3. Montaj final

Fig. 4.1.1 Explicare pini Arduino [23]

Fig. 4.1.2 Zona program[23]

Fig. 4.1.1.3 Zona compilator

Fig. 4.1.2 Exemplu lucrare in SolidWorks [25]

Fig. 4.1.3.1 Exemplu fereastra de lucru [26]

Fig 4.1.4.1 Exemplu conexiune driver motoare in programul Fritzing

Fig. 4.1.4.2 Exemplu conexiunea senzor ultrasonic in Fritzing

Fig. 4.2.1 Schema finala

Fig. 4.2.2 Schema electrica finala

1.Introducere

2. Panouri solare

2.1 Istoric

Istoria celulelor solare fotovoltaice începe cu descoperirea lor de către Edmond Becquerel a efectului fotovoltaic în 1839.

Fig 2.1 Alexandre-Edmond Becquerel [1]

Becquerel a [anonimizat]. Nimeni nu a putut oferi o explicație a efectului fotovoltaic până când Albert Einstein a publicat teoria câștigătoare a premiului Nobel pentru efectul fotoelectric în 1905.[2]

Fig 2.2 Albert Einstein[3] Fig 2.2 Medalia premiului Nobel[4]

[anonimizat], sunt capabile să interacționeze și să scoată electronii din metalul conductive. [anonimizat] a inventat primele celule solare din plachete de seleniu și acoperiri transparente din aur.

[anonimizat] s-au mutat de la seleniu la siliciu. Siliciul a [anonimizat] ([anonimizat]) și conținea multe proprietăți chimice favorabile. [anonimizat], au fost produse utilizând o metodă de reducere termică a siliciului cu carbon. [anonimizat], [anonimizat]. [anonimizat], mai puțin de 1% din energia incidentă a soarelui, făcând tehnologia foarte ineficientă și neeconomică. [anonimizat] a [anonimizat]te ca o sursă de energie comercială viabilă până în anii 1950.[2]

Pe măsură ce prețurile petrolului au crescut în anii 1970, cererea de energie solară a crescut. Compania Exxon a finanțat cercetări pentru a crea celule solare fabricate din siliciu redus și materiale mai ieftine, împingând costurile de la 100 $ pe watt la numai 20-40 $ pe watt în acei ani.

În 1994, NREL a dezvoltat o nouă celulă solare din fosfură de galiu indium și arsenid de galiu, care a depășit eficiența de conversie de 30%. Până la sfârșitul secolului, laboratorul a creat celule solare subțiri care transformau 32% din lumina solară colectată în energie utilizabilă.

În 2005, pe măsură ce tehnologia și eficiența celulelor solare au crescut treptat, energia solară rezidențială a devenit mai populară. Industria panourilor solare "home made" a început să lovească piața în 2005 și au devenit mai răspândite cu fiecare an. Astăzi, există mai multe moduri de a vă face propriile panouri solare, de la a pune împreună un set de panouri solare la planificarea unei matrice solare.

O evoluție recentă care a avut loc în 2015 este că celulele solare subțiri ca hârtia pot fi acum fabricate folosind o imprimantă industrială. Acestea au o eficiență de conversie a energiei de 20%, iar o singură bandă poate produce până la 50 W / m2. Aceasta este o veste bună pentru cei 1,3 miliarde de oameni din țările în curs de dezvoltare, deoarece benzile sunt flexibile și ieftine pentru a fi produse.[5]

Fig2.1 Panou solar flexibil[5]

2.2 Fabricarea panoului solar

Fabricarea începe întotdeauna de pe partea activa expusa la soare. La început se pregateste si se curata un geam de marime corespunzatoare. Pe acesta se aseaza un strat de folie de etilen vinil acetat, EVA adaptat profilului celulelor solare utilizate. Celulele solare vor fi legate cu ajutorul benzilor de cositor în grupe (siruri – strings) care mai apoi se aseaza pe folia de EVA dupa care se face conectarea grupelor între ele si racordarea la priza de legatura prin lipire. În final totul se acopera cu o folie EVA si peste aceasta o folie tedlar. Pasul urmator consta în laminarea panoului în vacuum la 150 °C. În urma laminarii din folia EVA plastifiata, prin polimerizare, se va obtine un strat de material plastic ce nu se va mai topi si în care celulele solare sunt bine incastrate si lipite strans de geam si folia de tedlar. Dupa procesul de laminare, marginile se vor debavura si se va fixa priza de conectare în care se vor monta diodele de bypass. Totul se prevede cu o rama metalica, se masoara caracteristicile si se sorteaza dupa parametrii electrici dupa care se împacheteaza.

Fig 2.2 Elementele unui panou solar[6]

2.3 Efectele murdariei asupra unui panou solar

Panourile fotovoltaice incep sa aiba o raspandire mare in lume. Aceste aparate au o durata de viata intre 20-25 de ani si este vital sa se maximizeze potentialul de energie produsa zi de zi. Acumularea de particule de praf pe suprafata unui panou solar poate afecta randamentul acestuia si il poate aduce la randamentul produs intr-o zi noroasa. Aceasta problema este des intalnita in zonele aride si in mediile in care se gaseste mult praf. Este o necesitate implementarea unui sistem automatizat de curatare care poate action ape o suprafata de 20.000 metri patrati. Un astef de robot poate servi la curatarea parcurilor industrial si conservand putere de munca umana cat si apa consumata de un om pentru indeplinirea procesului.

O celulă fotovoltaică este un dispozitiv electronic care transformă energia solară în energie electrică prin fluxul de electroni între două straturi de semiconductori. Pentru ca celulele PV să funcționeze la o eficiență maximă fără pierderi de energie, suprafețele panourilor trebuie să fie curate și să permită intrarea liberă a fotonilor. Atât murdăria, cât și norii blochează soarele și au același efect asupra reducerii energiei generate. Condițiile umbrite blochează absorbția și pot reduce eficacitatea panourilor cu 20% – 30%.

Fig 2.3 Exemplu de putere produsă de o celulă fotovoltaică instalată la Northeastern University., Boston, MA, SUA.[7]

Examinând curbele pentru prima și a cincea zi, au ieșiri de putere semnificativ mai scăzute din cauza condițiilor tulbure. Un proces controlat trebuie să mențină curățarea suprafețelor panoului pentru a maximiza ieșirea.

Pentru curățarea panourilor, apa, poate de asemenea, să beneficieze de eficiență, deoarece majoritatea celulelor solare cristaline solare au caracteristici de tensiune mai ridicate la temperaturi mai scăzute.

2.4 Avantajele panourilor solare

Panourile solare reprezintă o modalitate excelentă de a utiliza resurse naturale durabile pentru a crea energie. Acestea pot fi folosite pentru a colecta lumina soarelui și a o transforma în energie electrică. Se poate converti orice tip de casă sau afacere într-una care utilizează energia electrică produsă din energia solară. Chiar dacă nu se colecteaza suficientă lumină solară pentru toată energia electrică, se poate colecta suficient din ea pentru a reduce semnificativ ceea ce se utilizeaza.[8]

Energia solară este o resursă regenerabilă și durabilă. Uleiul, pe de altă parte, nu este regenerabil sau durabil. Odată ce a dispărut, a dispărut.

Celulele solare sunt complet silențioase. Ele pot extrage energia de la soare fără a face zgomot.

Energia solară nu este poluantă. Dintre toate avantajele energiei solare față de cele ale petrolului, acesta este, probabil, cel mai important. Arderea uleiului eliberează dioxidul de carbon și alte gaze cu efect de seră și substanțe cancerigene în aer.

Celulele solare necesită foarte puțină întreținere. Ele nu au părți în mișcare ce trebuie să fie fixate și astfel au o durata de viata mare.

Deși panourile solare pot fi costisitoare la cumpărarea de debut, se pot economisi bani pe termen lung. La urma urmei, nu trebuie să se plateasca pentru energia de la soare. Pe de altă parte, suntem cu toții conștienți de creșterea costului petrolului.

Fig 2.4 Panou solar amplasat pe o locuinta[9]

2.5 Avantajele energiei solare

După cum puteți vedea, există multe beneficii ale energiei solare. Există și multe avantaje ale energiei solare care variază de la beneficiile financiare la beneficiile mediului. Aceasta este o modalitate prin care putem să ajutăm cu toții mediul înconjurător.[8]

Dependența ta de compania energetică devine mai puțină, adică nu eștiatât de mult afectat de întreruperile de putere sau de creșterea tarifelor.

Puteți reduce sau chiar elimina facturile lunare de energie electrică.

Centralele electrice pe bază de combustibili fosili vor emite mai puține gaze cu efect de seră dacă suficiente case folosesc energie electrică solară deoarece cererea va fi mai mică.

Energia produsă de soare permite producerea energiei electrice în locul în care este consumată (adică casa dvs.), cunoscută și ca generație distribuită. Deoarece orele de soare se suprapun frumos cu cererea de vârf, panourile fotovoltaice produc electricitate atunci când sunt atinse cele mai costisitoare și cele mai necesare cote.

Instalația de energie solară poate funcționa cu puțină întreținere sau intervenție după configurarea inițială

Se pot obține chiar și bani de la compania de energie electrică pentru generarea surplusului de energie electrică pe care îl pot redistribui.

Fig 2.5 Bugetul de energie solara al Terrei[10]

3. Proiectare hardware

3.1Stadiu Actual

Un sistem automatizat, capabil sa curete singur un intreg parc de panouri fotovoltaice este idealul oricarui proprietar de astfel de parcuri. Tehnologia din ziua de azi a avansat foarte mult si rand pe rand, diferite personae au incercat implementarea unui astfel de sistem. De exemplu:

1)V. Selvaganesh, P.S. Manoharan si V. Seetharaman au implementat un astfel de ansamblu in anul 2017 folosind de asemenea o placa Arduino. [11]

Fig 3.1.1 Robot ce curata un panou fotovolatic[11]

Dupa o serie de masuratori acestia au descoperit faptul ca puterea de la iesire s-a inbunatatit in cel mai bun caz si cu 93%.

2)Un alt prototip a fost construit de Nancy Owano in anul 2013. [12] Chiar daca in acest caz, robotul nu a fost construit si la o scara mai mare, se poate spune ca prototipul a fost un success prin prisma tehnologiei folosite. Cu ajutorul celor de la Sinfonia Technology Nancy Owano a reusit sa ii implementeze robotului un sistem wireless de transmitere a datelor , acesta oferind date in timp real despre procentajul de baterie ramasa cat si despre nivelul de apa din robot.

Fig. 3.1.2 Prototipul lui Nancy Owano[12]

3)Firma italiana “Wash Panel” produce roboti ce curata panourile fotovoltaice prin miscarea unei perii dispusa pe orizontala. Având o lungime de 1 până la 16 metri și care conține o baterie de 12V, acesta poate fi pus în funcțiune automat.

Fig. 3.1.3 Robot de la firma “Wash Panel”[13]

3.2 Prezentarea componentelor mecanice, electrice si electronice

In acest subcapitol se vor prezenta componentele folosite la realizarea proiectului:

3.2.1)Placa suport

Placa suport a fost proiectata in programul SolidWorks, ca dupa aceea sa fie printata in cadrul facultatii. Pentru imripare am folosit imprimanta 3D Wanhao Duplicator I3. Schema placii suport a fost modificata in prealabil, in programul 3D Builder, fiindu-i adaugata stanta departamentului “Departamentul de Masurari, Aparate Electrice si Convertoare Statice” (DMAECS). Timpul total de printare a fost 2 ore si 30 de minute.

Fig 3.1 Placa suport dupa procesul de imprimare

Fig. 3.3 Cote placa suport

2)Suport senzor ultrasonic

Dupa masurarea exacta a dimensiunii senzorului ultrasonic, s-a proiectat o schema in acelasi program SolidWorks. Suportul a fost printat cu ajutorul aceeasi imprimante ca in cazul placii suport .Timpul total de printare a fost 52 minute.

Figura 3.2 Procesul de printare a suportului senzorului ultrasonic

Fig. 3.7 Cote suport senzor

3)Suportul motor

Suportul motor asemeni suportului senzorului ultrasonic si a placii suport a fost proiectat in porgramul SolidWorks si printat cu ajutorul aceieasi imprimante 3D. Timpul total de printare a fost 27 de minute.

Fig. 3.8 Cote suport motor

4)2 Roti

S-au montat 2 roti mari cu dimensiunea de 74 mm si un offset de 5 mm.

Rotile sunt actionate fiecare de catre un micro-motor.

5)2 Micro-motoare N20

Acest mic si usor, dar puternic motor cu reductor va poate fi de folos in construirea robotilor. Avand o varietate mare in ceea ce priveste raportul reductorului, va fi util in orice tip de aplicatie.

Axul acestui motor are lungimea de 10mm.[14]

Caracteristic tehnice:

Tensiune de lucru: 12 V

Viteza de rotatie in gol la 12 V: 100 RPM

Tensiune rotatie in gol la 12 V: 150 mA

Curent consumat in blocare la 12 V: 300 mA

Cuplu in blocare la 12 V: 16 kg.cm

Raport reductor: 1:298

Greutate: 40 g[14]

Fig. 3.5 Cote motor & Micro motor N20[15]

6) 4 Acumulatori Li-Ion Sony 18650 2100mAh 3.7V

Caracteristici tehnice:

Capacitate nominală: 2100mAh 
Putere nominala: 2000mAh 
2A max curent de încărcare 
Descărcare continuă max 30A 
Diametru 18mm 
Lungime 65mm 
Tip baterie: IMR (limn) 
Rezistenta: 15mΩ 
Temperatura de descărcarea: -20 ° C ~ + 60 ° C

Greutate neta: 45g[16]

Am optat pentru legarea celor 4 acumulatori in serie, pentru a obtine o tensiune totale de aproximativ 15V intr-un caz ideal dar in realitate tensiunea este de aproximativ 12V.

Fig.3.6 Acumulatori Li-Ion 18650[16]

7) Driver motoare L298N

Driver-ul conține și un limitator de tensiune liniar, astfel că atunci când tensiunea de alimentare a motoarelor este >7V, nu este nevoie să alimentăm separat partea de logică.

Driver-ul este unul dual, putând să controleze două motoare. El poate fi folosit și pentru motoare pas cu pas.

Chiar dacă are dimensiuni mai mari, este util prin faptul că beneficiază de un radiator destul de mare și disipă o cantitate mare de caldură.[17].

Caracteristici tehnice:

Tensiune motoare: 5V – 35V;

Tensiune circuite logice: 5V;

Curent motoare: 2A (MAX);

Curent logica: 36mA;

Frecvență maximă pwm: 40kHz.

Dimensiuni: 43 x 43 x 27 mm.[17]

Fig. 3.7 Driver motoare [17]

8) Sursa de Tensiune Reglabilă Coborâtoare

Această sursă coborâtoare de tensiune se poate regla, puteți obține tensiuni între 0.8V și 17V prin reglajul cu potențiometru și are un curent maxim de ieșire de 3A.

Caracteristici tehnice:

Tensiuni de intrare: 4.5-24V DC;

Tensiuni de ieșire între 0.8 și 17V, fixe (1.8V, 2.5V, 3.3V, 5V, 9V, 12V);

Curent maxim de ieșire: 3A (1.5A măsurat la ieșire de 12V);

Eficiență de până la 97.5%;

Frecvență de lucru: 500KHz;

Riplu: 20mV;

Curent scurgere în gol: 0.85mA;

Răspuns dinamic: 5% – 200uS;

Protecție la scurtcircuit pe ieșire (nu scurtcircuitați pentru o perioadă mare de timp);

Pin pentru activare (Enable);

Precizie la setare tensiune ieșre: 0.5%;

Spațiere pini: 2.54 mm. [18]

Fig. 3.8 Sursa reglabila coboratoare[18]

9)Buton On/Off

Acesta va fi montat pe firul principal de alimentare al robotului, rolul lui fiind de a porni/opri ansamblul.

10) Motor metalic fara cutie de viteze

Chiar daca nu au cutie de de viteza inclusa (ceea ce inseamna ca se rotesc cu viteza foarte mare), aceste motoare sunt foarte utile pentru o anumita categorie de roboti, care nu folosesc roti.

In schimb, axul motorului reprezinta roata, sprijinindu-se direct pe sol. Viteza de rotatie mare, combinata cu frecarea relativ redusa permite o deplasare foarte buna pe suprafete plate.[19]

Acest motor va actiona peria rotativa ce va curata suprafat panoului solar, el va fi dispus pe puntea fata a ansamblului.

Tensiune maxima de alimentare : 6 V ( se roteste incepand cu 2.5 V)

Viteza fara sarcina : 2200 rot / minut

Dimensiuni : 21 mm diametru X 25 mm lungime

Greutate : 20 grame[19]

Fig. 3.10 Motor fara cutie de viteza [19]

Fig. 3.11 Cote motor fara cutie de viteza [19]

11)Senzori ultrasonici

Amplificatorul operațional de ultimă generație, SGM324 permite lucrul cu ambele nivele de tensiune (3.3-5V) și un consum mai mic de curent, 3mA;

Software-ul și hardware-ul sunt compatibile cu varianta HC-SR04 – se poate înlocui direct în proiectul dumneavoastră.

Senzorul este foarte ușor de folosit, având doar 4 pini: VCC și GND, care sunt folosiți pentru alimentare și doi pini digitali, utilizați pentru unda emisă (trigger) și unda recepționată (echo).

Principiu de funcționare: Acest modul emite unde la 40kHz și măsoară timpul de întoarcere, la ieșire emite un semnal cu amplitudinea la care este alimentat. Măsurând timpul emiterii semnalului high, se determină distanța.

Descriere și specificații:

Tensiuni de lucru: 3-5.5V (DC);

Unghi maxim 15 grade;

Rază detecție:

Alimentat la  5V: 2cm-450cm;

Alimentat la 3.3V: 2cm-400cm;

Precizie maximă 0.3cm;

Trigger intrare: impuls TTL, 10us;

Semnal ieșire:  TTL PWL;

Fig. 3.11 Senzor ultrasonic

3.3Realizarea ansamblului

In acest subcapitol se vor prezenta etapele de asamblare mecanica pentru realizarea robotului .

1)S-au stabilit componentele mecanice, electronice si electrice necesare pentru construirea robotului.

2)S-au masurat dimensiunile fiecarui component.

3)S-au proiectat in SolidWorks placa suport, suportul senzorilor ultrasonici si suportul motorului.

4)S-au printat elementele proiectate cu ajutorul imprimantei 3D din cadrul facultatii.

Fig.3. Imprimanta 3D folosita in cadrul proiectului[20]

5)Dupa procesul de printare, s-a trasat pozitia fiecarui element pe placa suport.

6)S-au dat gaurile necesare pe placa suport pentru fixarea suportilor motor.

7)In partea inferioara a robotului au fost prinsi in surub, suportii motoarelor.

Fig.3. Amplasarea suportilor si a motoarelor

8)In partea frontala a robotului s-au dat gaurile necesare prinderii celui de al 3-lea motor, necesar actionarii periei.

9)S-a atasat robotului cel de al 3-lea motor.

Fig.3. Amplasarea motorului 3 pe placa suport

10)S-au lipit cu silicon incalzit, pe placa suport, suportii senzorului ultrasonic.

Fig. 3. Suport senzor ultrasonic amplasat pe robot pe partea dreapta

Fig. 3. Amplasarea suportului senzorului impreuna cu senzorul ultrasonic in partea frontala a ansamblului

11)Dupa realizarea componentelor si atasarea lor pe placa suport am trecut la partea electronica si electrica.

12)Acumulatorii au fost pastrati in suportii de plastic primiti de la vanzator, acestea au fost fixate cu silicon incalzit in suporti pentru a preveni posibilile miscari si automat rupture ale lipiturilor.

13)Cei 4 acumulatori au fost legati in serie pentru a obtine o tensiune de aproximativ 12 V la iesire.

14)Placa arduino a fost lipita, tot cu silicon incalzit, pe cei 4 acumulatori.

Fig. 3. Amplasarea placii arduino pe cei 4 acumulatori

15)Driverul de motoare a fost si el lipit, folosind aceeasi metoda ca la punctul anterior, pe partea frontala a robotului.

Fig. 3. Amplasarea driver-ului motor pe robot

16)Dupa realizarea tuturor conexiunilor, adaugarea rotilor si a periilor, a fost finalizat montajul final.

Fig. 3. Montaj final

4. Proiectare Softare

4.1 Prezentarea software-rurilor folosite

4.1.1 Arduino

Arduino este un microcontroler cu o singură placă pentru a face utilizarea electronică în proiectele multidisciplinare mai accesibile. Hardware-ul este alcătuit dintr-o simplă placă hardware open source proiectată în jurul unui microcontroler Atmel AVR pe 8 biți sau un Atmel ARM pe 32 de biți. Software-ul constă dintr-un compilator standard de limbaj de programare și un încărcător de boot care se execută pe microcontroler.[21]

Specificații hardware:

Microcontroller: ATmega328

Tensiune de operare: 5V

Tensiune de intrare (recomandată): 7-12V

Tensiune de intrare (limite): 6-20V

Digital I/O Pins: 14 (din care 6 asigură ieșire PWM)

Pini de intrare analogica: 6

DC Current per I/O Pin: 40 mA

DC Current for 3.3V Pin: 50 mA

Flash Memory: 32 KB (ATmega328)

SRAM: 2 KB (ATmega328)

EEPROM: 1 KB (ATmega328)

Clock Speed: 16 MHz

ARDUINO UNO poate fi alimentat prin intermediul conexiunii USB sau cu o sursa de alimentare externa. Sursa de alimentare este selectata automat.

Alimentarea externa (non-USB) poate veni fie de la un adaptor AC-la-DC sau baterie. Adaptorul poate fi conectat printr-un conector de 2.1mm cu centru-pozitiv. Conectare de la o baterie poate fi realizata legand la GND si V’in capetele de la conectorii de alimentare.

Placa de dezvoltare poate opera pe o sursa externa de 6-20 volti. Daca este alimentata la mai putin de 7V, exista posibilitatea, ca pinul de 5V sa furnizeze mai putin de cinci volti si placa sa devina instabila. Daca se alementeaza cu mai mult de 12V, regulatorul de tensiune se poate supra-incalzi acest lucru ducand la deteriorarea placii. Intervalul de tensiune recomandat de catre producator este de 7-12 volti.[22]

Pinii de tensiune si alimentarea sunt dupa cum urmeaza:
– V’in. Tensiune de intrare pe placa de dezvoltare atunci cand este utilizata o sursa de alimentare externa (spre deosebire de 5 volti de la conexiunea USB sau alte surse de energie stabilizata). Puteti introduce tensiuni de alimentare prin intermediul acestui pin, sau, in cazul in care tensiunea de alimentare se face prin intermediul conectorului de alimentare externa, o puteti accesa prin acest pin.
– 5V. Regulator de tensiune utilizat pentru alimentarea microcontrolerului si a altor componente de pe placa de dezvoltare. Aceasta poate fi alimenta fie de la VIN printr-un regulator de pe placa de dezvoltare, fie furnizat de catre USB sau de o alta sursa de tensiune de 5V.
– 3V3. O alimentare de 3.3 volti generat de catre regulatorul de tensiune de pe placa. Curentul maxim ca il furnizeaza este de 50 mA.
– GND. Pini de impamantare.[23]

Fig. 4.1.1 Explicare pini Arduino [23]

1)Zona meniu:
 Verifică daca programul are erori
 Incarcă programul în placa de dezvoltare
 Crează un nou proiect
 Deschide un proiect
 Salvează proiectul curent
 Monitorizare serială – acest buton este folosit pentru comunicarea prin portul serial cu calculatorul

2)Zona program:
Această parte din aplicație este folosită pentru a scrie si a edita programele. Cu ajutorul iconiței din dreapta sus (sub forma de sageata orientata în jos) se pot redenumi/crea fisiere noi.

Fig. 4.1.2 Zona program[23]

3.Zona compilator:
În această zonă vor aparea eventualele erori de compilare.

Fig. 4.1.1.3 Zona compilator

4.1.2 SolidWorks

Software-ul SOLIDWORKS® CAD este o aplicație de automatizare a proiectării mecanice, care permite proiectanților să schițeze rapid ideile, să experimenteze cu caracteristici și dimensiuni și să producă modele și desene detaliate.

SOLIDWORKS folosește o abordare de proiectare 3D. Pe măsură ce se creeaza o parte, de la schița inițială la rezultatul final, se creeaza un model 3D. Din acest model, se pot crea desene 2D sau componente mate compuse din părți sau subansamble pentru a crea ansambluri 3D. De asemenea, se pot crea desene 2D ale ansamblurilor 3D. Când se proiecteaza un model folosind SOLIDWORKS, acesta se poate vizualiza în trei dimensiuni, așa cum există modelul odată ce acesta este fabricat.[24]

Fig. 4.1.2 Exemplu lucrare in SolidWorks [25]

4.1.3 Simplify 3D

Simplify 3D este programul ce trebuie instalat pentru a putea actiona imprimanta 3D.

Fig. 4.1.3.1 Exemplu fereastra de lucru [26]

4.1.4 Fritzing

Fritzing este un software care ajuta la reprezentarea pieselor electronice in mod realist si are o abordare intuitive de a face tehnologia complexa utilizabila de catre cei non-tehnologi.

Se vor prezenta cateva exemple de lucru din programul Fritzing:

Fig 4.1.4.1 Exemplu conexiune driver motoare in programul Fritzing

Fig. 4.1.4.2 Exemplu conexiunea senzor ultrasonic in Fritzing

4.2 Proiectare schema in Fritzing

Fig. 4.2.1 Schema finala

Fig. 4.2.2 Schema electrica finala

4.3Estimarea performantelor

4.3.1Calculul puterilor consummate

1)Motoare

Curentul consumat în blocare: Icmotor = 300mA = 0.3A.

Tensiunea de alimentare: U = 12V.

Puterea consumată de un micro motor: Pcmotor = U * Icmotor = 12 * 0.3 = 3.6W.

Curentul consumat de cele doua micro motoare: Icmotoare = 2 * Icmotor = 2* 0.3 = 0.6 A.

Montajul dispune de doua micro motoare, astfel incat puterea consumată de aceste motoare este:

Pcmotoare = 2 * Pcmotor = 4=2 * 3.6 = 7.2W.

2) Senzorii ultrasonici

Curentul consumat este dat doar de rezistențele de 10kΩ aflate în circuitele micro contacților.

Tensiunea de alimentare: U = 5V.

Curentul consumat: Icsenzor = U/R = 5/104 = 5 * 10-4 = 0.0005A = 0.5mA.

Curentul consumat de toți trei: Icsenzori = Icsenzor * 2 = 0.0005 * 2 = 0.0010A = 1mA.

Puterea consumată de un micro contact: Pcsenzor = U * Icsenzor = 5 * 0.0005 = 0.0025W = 2.5mW.

Puterea consumată de toți trei: Pcsenzori = Pcsenzor * 2 = 0.005W = 5 mW.

3)Placa Arduino

Tensiunea de alimentare: U = 5V.

Curentul de ieșire din driver-ul de motoare: Ioutdriver = 0.1A = 100mA.

Curentul consumat de placa de Arduino: Icarduino = Ioutdriver– Icsenzori

Icarduino = 100 –1 = 99mA = 0.099A.

Puterea consumată: Pcarduino = U * Icarduino = 5 * 0.099 = 0.495W

4)Acumulatorii

Tensiune normală: U = 12V.

Capacitate normală: I = 2.1AH.

Puterea generată de acumulator: Pg = U * I = 12 * 2.1 = 25.2 Wh.

5)Driver motoare

Tensiunea de alimentare: U = 12V.

Curentul de intrare în driver: Iindriver = 1.6A = 1600mA.

Curentul consumat de driver: Icdriver = Iindriver – Icmotoare – Icarduino. Icdriver = 1600 – 600 – 99 = 901mA = 0.9A.

Puterea consumată: Pcdriver = U * Icdriver = 12 * 0.9 = 10.8W

6) Puterea totala consumata de circuit

Pctot = Pcmotoare + Pcsenzori + Pcdriver + Pcarduino.

Pctot = 7.2 + 0.005 + 10.8 + 0.495

Pctot = 18.5W

Pg = 25.2Wh

4.3.2 Autonomie

Distanța parcursă de robot la o turație a motoarelor este D = π * d unde d este diametrul exterior al roții, egal cu 74mm.

D = π * d = 3.14 * 0.074 = 0.23m.

Astfel se alfa viteza de deplasare în funcție de viteza de rotație in cazul mersului în sarcină a motoarelor:

V = 80RPM * 0.23 = 18.4m/min = 0.306m/s.

Distanța etalon D1 = 1m este parcursă de robot în intervalul de timp t1:

D1 = V * t1.

t1 = D1/V = 1/0.306 = 3.26s.

Suprafața S1 curatata pe distanța D1 = 1m, avand in vedere lungimea fantei de curatat F = 0.1m este:

S1 = D1 * F = 1 * 0.1 = 0.1m2.

Robotul curata o suprafață S2 = 1m2 într-un interval de timp t2:

t2 = t1 * S2/S1 = 3.26 * 1/0.1 = 32.6s. = 0.543min = 0.00905h.

Acesta este un caz ideal în care robotul nu este nevoit să execute alte manevre. În caz real la acest timp t se adaugă și timpii de execuție a mișcărilor implementate în program, însă sunt foarte mici, chiar neglijabili.

Se determina suprafata pe care acesta o poate curate intr-o ora.

1m2 ………….. 0.00905h

………….. 1h

= (1m2 * 1h)/0.00905h =110.5 m2

Putem determina timpul de funcționare tf al robotului:

tf = Pg/Pctot = 25.2/18.5 = 1.36h = 81.6min ~ 82min.

Suprafața curatata în timpul funcționării până la descărcarea bateriei:

1m2 ……… 0.543min

y ……… 82min

y = (1m2 * 82min)/0.543min = 151m2.

5.Concluzii

Bibliografie

[1] “No Title.” [Online]. Available: https://micro.magnet.fsu.edu/optics/timeline/people/antiqueimages/becquerel.jpg.

[2] S. Hoang, “The Environmental History of Solar Photovoltaic Cells,” Student Libr. Res. Award., 2017.

[3] “No Title.” [Online]. Available: https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/5/50/Albert_Einstein_%28Nobel%29.png/250px-Albert_Einstein_%28Nobel%29.png.

[4] “No Title.” [Online]. Available: https://adevarul.ro/assets/adevarul.ro/MRImage/2013/10/09/52552f8fc7b855ff5618fd98/646×404.jpg.

[5] Y. Innovations, “TIMELINE AND FUTURE,” no. December, pp. 20–24, 2016.

[6] “No Title.” [Online]. Available: https://climacenter.ro/informatii-panouri-solare/.

[7] E. Yuan and E. Yuan, “H ow t o d eve l o p go o d gero n tec h n o logy product s and ser vices,” vol. 13, no. 2, pp. 134–138, 2014.

[8] R. A. C. M. M. van Swaaij, “What Are The Benefits of Solar Panels ? What are the Advantages of Solar Energy ?,” 2012.

[9] “No Title.” [Online]. Available: http://buhnici.ro/wp-content/uploads/2017/11/panouri_fotovoltaice_casabuhnici-10.jpg.

[10] “No Title.” [Online]. Available: https://lefo.wikispaces.com/file/view/romana.jpg/75218343/560×418/romana.jpg.

[11] V. S. P. S. Manoharan and V. Seetharaman, “Cleaning Solar Panels using Portable Robot System,” vol. 10, no. 02, pp. 195–203, 2017.

[12] N. Owano, “Robot with brush , water , wiper tackles solar panel cleaning,” no. December, pp. 1–2, 2013.

[13] M. Kegeleers, “The development of a clean- ing robot for PV panels,” 2015.

[14] “No Title.” [Online]. Available: https://www.optimusdigital.ro/motoare-micro-motoare-cu-reductor/59-motor-cu-reductor-ja12-n20-.html.

[15] “No Title.” [Online]. Available: https://www.optimusdigital.ro/motoare-micro-motoare-cu-reductor/677-micro-motor-cu-reductor-ga12-n20-120.html.

[16] “No Title.” [Online]. Available: https://www.aliexpress.com/item/4-pcs-Dolidada-100-original-3-7-V-2500-MAH-18650-battery-for-samsung-INR18650-25R/32850716960.

[17] “No Title.” [Online]. Available: https://www.optimusdigital.ro/ro/drivere-de-motoare-cu-perii/145-driver-de-motoare-dual-l298n.html.

[18] “No Title.” [Online]. Available: https://www.optimusdigital.ro/ro/surse-coboratoare/4330-sursa-de-tensiune-reglabila-coboratoare-intrare-45-24-v-iesire-08-17-v.html?search_query=sursa+tensiune+reglabila&results=40.

[19] “No Title.” [Online]. Available: https://www.robofun.ro/mecanice/motoare/motor-simplu.

[20] Amazon, “No Title.” [Online]. Available: https://www.amazon.co.uk/Wanhao-i3-V2-Duplicator-3D-Printer/dp/B01LWL4CTY.

[21] A. Per and V. Sem, “Introduction to,” 2015, 2018.

[22] Arduino, “No Title.” [Online]. Available: https://store.arduino.cc/arduino-uno-rev3.

[23] Fanache A. Remus, “232602912-Arduino-Uno.” .

[24] Dassault, “Introducing SolidWorks,” pp. 1–126, 2009.

[25] SolidWorks, “No Title.” [Online]. Available: http://blogs.solidworks.com/solidworksblog/2017/10/whats-new-solidworks-cam-2018.html.

[26] C. Garret, “No Title.” [Online]. Available: https://3dprinterchat.com/wp-content/uploads/2017/04/Simplify3D-Licensed-to-Chris-Garrett.jpg.