Proiectarea ,simularea, si realizarea unei celule fotovoltaice Îndrumator : Prof.Dr.Ing. Pozna Claudiu 2018 Facultatea de Inginerie Electrică și… [606360]

EFTIMIE CRISTIAN ANDREI

PROIECT DE DIPLOMĂ

Îndrumator :
Prof.Dr.Ing. Pozna Claudiu

2018

Facultatea de Inginerie Electrică și Știința Calculatoarelor,
Departamentul Automatică și Tehnologia Informației
Robotică

2

EFTIMIE CRISTIAN ANDREI

Proiectarea ,simularea, si realizarea unei
celule fotovoltaice

Îndrumator :
Prof.Dr.Ing. Pozna Claudiu

2018

Facultatea de Inginerie Electrică și Știința Calculatoarelor,
Departamentul Automatică și Tehnologia Informației
Robotică

3

FIȘA PROIECTULUI DE DIPLOM Ă

Universitatea Transilvania din Brașov
Lucrare de absolvire/ lucrare de licență/
proiect de diplomă/ disertație nr. ……….
Facultatea de Inginerie Electrică și Știința
Calculatoarelor
Departamentul Automatică și Tehnologia
Informației Viza facultății
Programul de studii
Robotică Anul universitar 2017 – 2018
Candidat: [anonimizat]
2018
Cadrul didactic îndrumător
Prof.Dr.Ing. Pozna Claudiu

PROIECT DE DIPLOM Ă
Titlul lucrării:
Proiectarea ,simularea, si realizarea unei celule fotovoltaice
Problemele principale tratate:

Locul și durata practicii:

Facultatea de Inginerie Electrică și Știința Calculatoarelor,
Departamentul Automatică și Tehnologia Informației
Robotică

4
Bibliografie:
[1] http://www.oasismontana.com/zomeworks.html
[2]https://www.altestore.com/store/solar -panel -mounts/active -solar -paneltrackers/wattsun -solar –
trackers/wattsun -dual-axis-trackers -p5508/
[3 ] https://www.revisionenergy.com/solar -power -for-your-home/solar -tracker s/
[4] Oniga Mihai Andrei, Concentrator solar cu receptor fotovoltaic ,Universitatea Politehnica București
Facultatea de Automatică și Calculatoare Departamentul de Automatică și Ingineria Sistemelor,
București 2014.
[5] http://www.termo.utcluj.ro/regenera bile/5_2.pdf
[6] Vergu Mihai , Sisteme de prehensiune antropomorfe , Brasov 2016
[7] Gheorghe Leonte MOGAN ,Sistem Interactivde învățare a teoriei și de instruire pentru proiectarea
Organelor de Mașini (SIOM),TRANSMISII CU ROȚI DINȚATE
[8]http://cursuri.flexform.ro/courses/L2/document/ClujNapoca/grupa1/Aranyi_Iuli/site/fotorezistenta.html
[9] https://ro.wikipedia.org/wiki/Voltmetru
[10] https://ro.wikipedia.org/wiki/Ampermetru

Aspecte particulare:

(desene, aplicații practice, metode specifice etc.)

Primit tema la data de:

Data predării lucrării:

Director departament , Cadru di dactic îndrumător,
Prof. dr. ing. Sorin -Aurel Moraru Prof.Dr.Ing. Pozna Claudiu

Candidat: [anonimizat],
Departamentul Automatică și Tehnologia Informației
Robotică

5
PROIECT DE DIPLOM Ă – VIZE
Data
vizei Capitole/ problemele analizate Semnătura cadrului
didactic îndrumător

APRECIEREA ȘI AVIZUL CADRULUI DIDACTIC ÎNDRUMĂTOR
Proiectul de diploma respectă toate cerințele impuse prin temă precum și cele privind
eleborarea și redactarea stabilite la nivelul departamentului. De asemenea , stagiul de
practică s -a realizat conform planului de învățamânt al programului de studiu Robo tică

Data:
ADMIS pentru
susținere/ RESPINS CADRU DIDACTIC ÎNDRUMĂTOR
(nume, prenume, semnătură)
Prof.Dr.Ing. Pozna Claudiu

Facultatea de Inginerie Electrică și Știința Calculatoarelor,
Departamentul Automatică și Tehnologia Informației
Robotică

6

AVIZUL DIRECTORULUI DE DEPARTAMENT
Data: ADMIS pentru
susținere/ RESPINS Director departament
Prof. dr. ing. Sorin -Aurel Moraru

SUSȚINEREA PROIECTULUI DE DIPLOM Ă
Sesiunea

Rezultatul
susținerii PROMOVAT cu media:

RESPINS cu refacerea lucrării

RESPINS fără refacerea lucrării

PREȘEDINTE COMISIE
(nume, prenume, semnătura)

Facultatea de Inginerie Electrică și Știința Calculatoarelor,
Departamentul Automatică și Tehnologia Informației
Robotică

7

Cuprins

Cap.I. STADIUL ACTUAL ………………………….. ………………………….. ………………………….. ………………… 11
1.1 Introducere ………………………….. ………………………….. ………………………….. ………………………… 11
1.2 Exemple de sisteme pentru urmărirea soarelui ………………………….. ………………………. 13
1.2.1 Dispozitivele de urmărire Zomeworks ………………………….. ………………………….. ………. 13
1.2.2 Dispozitivele de urmărire WattSun ………………………….. ………………………….. …………… 15
1.2.3 Dispozitivele de urmărire AllSun ………………………….. ………………………….. ………………. 16
1.3 Efectul fotovoltaic și celula solara ………………………….. ………………………….. ………………. 16
1.3.1 Efectul fotovoltaic ………………………….. ………………………….. ………………………….. ………… 16
1.3.2 Caracteristici ale celulelor fotovoltaice ………………………….. ………………………….. ……… 17
Cap. II .OBIECTIVE ………………………….. ………………………….. ………………………….. ………………………….. 19
2.1 Obiectivele lucrării ………………………….. ………………………….. ………………………….. ………………… 19
Cap. III. PROIECTAREA SISTEMULUI MECANIC ȘI ELECTRIC ………………………….. ……………. 21
3.1 Clasificarea sistemelor de urmărire solară ………………………….. ………………………….. ……… 21
3.2 MODELUL CAD ………………………….. ………………………….. ………………………….. …………………….. 23
3.3 SERVO MOTORUL ………………………….. ………………………….. ………………………….. …………………. 25
3.3.1 Teorie ………………………….. ………………………….. ………………………….. ………………………….. …… 25
3.3.2 Principiu de funcționare a unui servo motor ………………………….. ………………………….. …… 25
3.3.3 Principiile de funcționare ale unui servo motor ………………………….. ………………………….. . 26
3.3.4 Controlul se rvo motorului ………………………….. ………………………….. ………………………….. ….. 27
3.3.5 Calculul reductorului servomotor SG90 ………………………….. ………………………….. …………. 28
3.3.6 Calculul reductorului servomotorului MG996R ………………………….. ………………………….. . 30
3.6. Calculul cinematicii directe ………………………….. ………………………….. ………………………….. …. 32
3.6.1 Sistemul cinematic al urmăritorului de soare ………………………….. ………………………….. …. 32
3.6.2 Calculul numeric al sistemului cinematic ………………………….. ………………………….. ………. 32
3.7 Alegerea rulmenților ………………………….. ………………………….. ………………………….. ……………… 33
3.7.1 Rulmenți radiali cu bile ………………………….. ………………………….. ………………………….. ……… 33
3.7.2 Montaje cu rulmeți ………………………….. ………………………….. ………………………….. …………….. 35
3.8 Schema electrica ………………………….. ………………………….. ………………………….. …………………… 36
Cap.IV. PROIECTAREA CODULUI ȘI A CONTROLULUI ………………………….. ………………………… 39
4.1 Placa de dezvoltare si codul ………………………….. ………………………….. ………………………….. …. 40
4.1.1 Arduino Uno ………………………….. ………………………….. ………………………….. ……………………… 40
4.1.2 Sursa de alimetare ………………………….. ………………………….. ………………………….. ……………. 41
Cap .V. GENERAREA CODULUI ………………………….. ………………………….. ………………………….. …….. 47

Facultatea de Inginerie Electrică și Știința Calculatoarelor,
Departamentul Automatică și Tehnologia Informației
Robotică

8
5.1 Principiul de funcționare al codului ………………………….. ………………………….. …………………. 47
CAP.VI. TESTAREA SISTEMULUI ………………………….. ………………………….. ………………………….. ….. 49
6.1 Obtinerea valorilor unghiulare ………………………….. ………………………….. ………………………….. 49
6.1.1 Citire digitală ………………………….. ………………………….. ………………………….. …………………….. 49
6.1.1.1 Comportarea fotorezistorului la modificarea intensitații fluxului luminos ………………. 50
6.1.2 Calibrarea fotorezistorului ………………………….. ………………………….. ………………………….. …. 51
6.1.3 Implementarea fotorezistorilor p e panou ………………………….. ………………………….. ……….. 53
6.2 Testarea sistemului ………………………….. ………………………….. ………………………….. ……………… 54
6.3 Teste finale ………………………….. ………………………….. ………………………….. ………………………….. … 55
6.4 Planificarea proiectului ………………………….. ………………………….. ………………………….. …………. 58
6.4.1 Diagrama Gantt ………………………….. ………………………….. ………………………….. ………………… 58
Cap. VII . Concluzii ………………………….. ………………………….. ………………………….. ………………………….. 61
Cap.VIII. Diseminare ………………………….. ………………………….. ………………………….. ……………………….. 63
Cap.IX. Bibliografie ………………………….. ………………………….. ………………………….. …………………………. 65

Facultatea de Inginerie Electrică și Știința Calculatoarelor,
Departamentul Automatică și Tehnologia Informației
Robotică

9
Glosar figuri

Fig. 1. 1 Arduino Uno ………………………….. ………………………….. ………………………….. …. 11
Fig. 1. 2 Urmărirea pe o singură axă ………………………….. ………………………….. …………. 12
Fig. 1. 3 Urmărirea pe două axe ………………………….. ………………………….. ……………….. 12
Fig. 1. 4 Diagrama asociată proiectului ………………………….. ………………………….. ……… 13
Fig. 1. 5 Dispozitivul de urmărire solară Zomeworks ………………………….. ………………… 14
Fig. 1. 6 Miscarea urmăritorului ZOMEWORKS în funcție de poziția soarelui …………… 14
Fig. 1. 7 Dispozitivele de urmărire solară WattSun ………………………….. ………………….. 15
Fig. 1. 8 Dispozitivul de urmărire solară AllSun ………………………….. ……………………….. 16
Fig. 1. 9 Tensiunea și intensitatea curentului electric asigurate de o celulă fotovoltaică
din Si, la diferite intensități ale radiației solare [5] ………………………….. …………………….. 17
Fig. 1. 10 Curba de variația puterii electrice a celulelor fotovoltaice[5] …………………….. 18
Fig. 1. 11 Panou fotovoltaic[5] ………………………….. ………………………….. …………………. 18

Fig. 2. 1 Diagrama V prezentând prima etapă ………………………….. …………………………. 19

Fig. 3. 1 Diagrama V prezentând a doua etapă ………………………….. ……………………….. 21
Fig. 3. 2 Sistem de urmărire cu o axă de rotație ………………………….. ………………………. 22
Fig. 3. 3 Sistem de urmăritoare cu două axe de rotație ………………………….. …………….. 23
Fig. 3. 4 Modelul CAD al sistemului ………………………….. ………………………….. …………… 23
Fig. 3. 5 Desen de ansamblu ………………………….. ………………………….. …………………… 24
Fig. 3. 6 Subansamblele sistemului de urmarire solara ………………………….. …………….. 24
Fig. 3. 7 Servo Motor MG 996R ………………………….. ………………………….. ……………….. 25
Fig. 3. 8 Servo Motor MG 996R ………………………….. ………………………….. ……………….. 26
Fig. 3. 9 Reprezentarea componentelor mecanice ale servo motorului.[6] ……………….. 27
Fig. 3. 10 Reprezentarea componentelor mecanice și a potențiometrului servo -ului …. 27
Fig. 3. 11Reprezentarea componentelor servo motorului[6] ………………………….. ………. 28
Fig. 3. 12 Reductor servo motor SG90 ………………………….. ………………………….. ……… 29
Fig. 3. 13 Reductor servomotor MG996R ………………………….. ………………………….. …… 30
Fig. 3. 14 Sistemul cinematic al urmăritorului ………………………….. ………………………….. 32
Fig. 3. 15 Structura generală a rulmențolor radi ali cu bile[7] ………………………….. ……… 34
Fig. 3. 16 Rulmenți radiali cu bile pe un rând ………………………….. ………………………….. 34
Fig. 3. 17 Dimensiunile rulmetului radial cu bile ………………………….. ………………………. 35
Fig. 3. 18 Montajul cu rulmenți ………………………….. ………………………….. …………………. 36
Fig. 3. 19 Schema electrică a urmaritorului de soare ………………………….. ……………….. 36

Fig.4. 1 Diagrama V prezentând a treia etapă ………………………….. ………………………….. …… 39
Fig.4. 2 Diagrama sistemului ………………………….. ………………………….. ………………………….. …. 39
Fig.4. 3 Arduino Uno ………………………….. ………………………….. ………………………….. ……………… 40
Fig.4. 4 Baterii Li -ion de 3.7 V 5000mAh ………………………….. ………………………….. ……………. 41
Fig.4. 5 Afisaj LED Ampermetru și Voltmetru ………………………….. ………………………….. ……. 42
Fig.4. 6 Schema de conectare a afisajului LED Ampermetru și Voltmetru …………………. 46

Facultatea de Inginerie Electrică și Știința Calculatoarelor,
Departamentul Automatică și Tehnologia Informației
Robotică

10
Fig. 5. 1 Diagrama V prezentând ultima etapă din procesul de realizare …………………. 47

Fig.6 .1 Diagrama V în etapa de testare a codului ………………………….. …………………… 49
Fig.6. 2 Fotorezistorul ………………………….. ………………………….. ………………………….. …. 49
Fig.6. 3 Structura fotorezistorului ………………………….. ………………………….. ……………… 50
Fig.6 . 4 Comportarea fotorezistorului la modificarea intensitatii fluxului luminos[8] ……. 50
Fig.6. 5 Montaj cu fotorezistor activat de lumină[8] ………………………….. ………………….. 51
Fig.6. 6 Montaj cu fotorezistor activat de întuneric[8] ………………………….. ……………….. 51
Fig.6. 7 Schema circuitului de comandă ………………………….. ………………………….. …….. 51
Fig.6. 8 Fotorezistorul fară a sesiza sursă de lumină ………………………….. ……………….. 52
Fig.6. 9 Fotorezistorul sesizând sursă de lumină ………………………….. …………………….. 52
Fig.6. 10 Poziționarea fotorezistorilor ………………………….. ………………………….. ………… 53
Fig.6. 11 Reprezentarea grafică a valorilor obținute din citirea acestora de la fotorezistor
………………………….. ………………………….. ………………………….. ………………………….. …… 54
Fig.6. 12 Diagrama V prezentând etapa de testare a sistemului ………………………….. … 54
Fig.6. 13 Comandă fotorezistor -servomotor ………………………….. ………………………….. .. 55
Fig.6. 14 Diagrama V prezentând etapa de testare finală a sistemului ……………………. 55
Fig.6. 15 Gradele de libertate ale urmăritorului ………………………….. ……………………….. 56
Fig.6. 16 Realizarea urmăritorului ………………………….. ………………………….. …………….. 56
Fig.6. 17 Construcția ce poate fi utilizată in domeniul educational ………………………….. 57
Fig.6. 18 Urmărirea pe două axe de rotație . ………………………….. ………………………….. . 57
Fig.6. 19 Diagrama Gantt a sistemului ………………………….. ………………………….. ………. 59

Fig. 7. 1 Prezentare la Sesiunea de Comunicări Științifice ………………………….. ………… 63

Facultatea de Inginerie Electrică și Știința Calculatoarelor,
Departamentul Automatică și Tehnologia Informației
Robotică

11

Cap. I. STADIUL ACTUAL

1.1 Introducere

Acesta va fi un pr oiect de implementarea unui urmă ritor de soare cu două axe e
rotație , o axă verticală și o axă orizontală ,ambele fiind reglabile. Dispozitivul va urmări
activ soarele și își va schimba poziția corespunzătoare pentru a maximiza ieșirea de
energie. Senzorii vor compara intensitățile luminii pe fiecare parte și cu ajutorul
servomotoarelor panourile se vor muta până ce tracker -ul detectează lumină egală pe
ambele părți. În plus, va împiedica schimbările imediate a direcției provcate de reflecții,
cum ar fi trecerea autoturismelor. Controlul motoarelor și a circuitelor de det ectare vor
funcționa cu ajutorul unei placi Arduino Uno (Fig.1.1) ce va fi alimetată cu ajutorul unor
baterii reincă rcabile Li -ion 3.7v, 5000 mah.

Fig. 1 . 1 Arduino Uno

Sistemele fotovoltaice execută conversia directă a energiei radiației solare in
energie electrică, fară o poluare sonoră și fară emisia unor gaze poluante in mediul
ambiant. La inceput sistemele fotovoltaice au fost folosite pentru a echipa sateliți, după
aceea pe scară mai largă la echiparea ceasurilor electronice precum si a unor
calculatoare. In ultimii 20 de ani sute de mii de sisteme fotovoltaice au fost instalate in
toata lume. Spre deoasebire de un panou solar temic ,un panou solar fotovoltaic
transf ormă energia luminoasă din razele solare direct în energie electrică. Componentele
principale ale panoului s olar reprezintă celulele solare.
Un tracker solar este un mecanism pentru orientarea unui panou solar fotovoltaic,
un reflector de iluminare pentru zi sau concentrarea reflectorului solar sau a obiectivului
spre soare. Producția de energie solară funcționează cel mai bine când este orientata
direct spre soare, astfel încât un dispozitiv de urmărire a energiei solare poate crește
eficiența acestor echi pamente pe orice poziție fixă. Pentru a genera o energie maxima
panourile solare trebuie sa fie asezate perpendicular pe razele solare, devierea de la
acest unghi optim va reduce eficiența. Câteva grade de nealiniere pot provoca de la 1%
până la 5% din pie rderea energiei, în timp ce unghiurile mai mari de 10 ° -20 ° va reduce
semnificativ generarea de energie până la 35%. Această pierdere aparține de materialul
și modelul geamului de protecție care acoperă panoul solar.

Facultatea de Inginerie Electrică și Știința Calculatoarelor,
Departamentul Automatică și Tehnologia Informației
Robotică

12
Tracker -ul activ folosește motoare pen tru a direcționa panoul spre soare,
bazându -se pe cei patru fotorezistori pentru a detecta intensitatea luminii. Există două
tipuri principale de montare a unui panou solar pentru urmărire: axa unică (Fig 1.2) și axa
dublă (Fig 1.3) . Monitoarele cu o singură axă folosesc de obicei un suport polar pentru o
putere maximă a energiei solare eficientă. Trackerul polar are o axă aliniată încâ să fie
aproape paralelă cu axa de rotație a pământului din jurul polilor nord și sud. În comparați e
cu o montare fixă, o singură axă tracker -ul mărește producția cu aproximativ 30% . Al
doilea mod este montajul cu două axe, unde o axă este un pivot vertical și a doua axă
este orizontală. Folosind o combinație din cele două axe, panoul poate fi mereu în dreptat
direct spre soare. Această metodă mărește valoarea cu aproximativ 36% în comparație
cu panourile staționare.

Fig. 1 . 2 Urmărirea pe o singură axă

Fig. 1 . 3 Urmărirea pe două axe

Pentru a realiza și descrie cât mai bine aplicația propusă se alege utilizarea
diagramei V prezentată în figura de mai jos (Fig 1.4 ).

Facultatea de Inginerie Electrică și Știința Calculatoarelor,
Departamentul Automatică și Tehnologia Informației
Robotică

13

Fig. 1 . 4 Diagrama asociată proiectului

Diagrama asociată proiectului nostru începe prin stabilirea funcțiilor pe care
sistemul trebuie sa le conțină, adică definirea în mare a sistemului și a scenariilor
imaginate. Urmează partea de proiectare a întregului sistem, cea mecanică și electrică.
În această secțiune intră realizarea sistemului, adică prezentarea calculelor matematice,
proiectarea electrică și cea CAD. În cea de -a treia parte este conceput codul de comandă
al sistemului. Următoarea etapă este cea a generării codului proiectat anterior și
implementat pe o placă de dezvoltare. Etapa următoare urmăreste testarea codului
pentru componente simple, ce vor face mai târziu parte din sistem. Următorul pas este
testarea sistemului, aici sistemele ce alcătuiesc întregul proiect sunt testate. În te stul final
se vor valida obiectivele ducând la finalizarea lucrării.

1.2 Exemple de sisteme pentru urmărirea soarelui

1.2.1 Dispozitivele de urmărire Zomeworks

Zomeworks (Fig 1.5) este un urmăritor pasiv care nu utilizează motoare, unelte și
niciun control care poate eșua . Acestea utilizează un gaz lichid compri mat cu punct de
fierbere scăzut . Căldura soarelui mișcă lichid dintr -o parte în alta, permițând gravitației
să răsucească rack -ul și să urmeze soarele. Deoarece aceasta este o orientare non –
precizie, este inadecvată pentru anumite tipuri de colectoare fotovoltaice de concentrare,
dar funcționează bine pentru tipurile de panouri fotovoltaice obișnuite. [1]

Facultatea de Inginerie Electrică și Știința Calculatoarelor,
Departamentul Automatică și Tehnologia Informației
Robotică

14

Fig. 1 . 5 Dispozitivul de urmărire solară Zomeworks

ZOMEWORKS este liderul în trackerele de energie solară pasivă din 1969. Seria
Universala este cea mai recentă dintr -o linie lungă de structuri de montaj fotovoltaice
Zomeworks. Din 1980, au fost instalate peste 12.000 de sisteme de urmărire urmărire
Zomewo rks în diferite zone climatice de pe aproape toate continentele T errei. Astăzi
funcționează m ai mult de 99% dintre aceste trackere. [1]

Fig. 1 . 6 Miscarea urmăritorului ZOMEWORKS în funcție de poziția soarelui

Tab 1. 1 Table cu prețuri orientative pentru achiziția unui urmăritor ZOMEWORKS

Model Preț
Zomeworks UTRF 120 Universal Tracker 2,595 $
Zomeworks UTRK 040 Universal Tracker 1,310 $
Zomeworks UTRF 90 2,200 $
Zomeworks UTRF 168 Universal Tracker 3,285 $
Zomeworks UTR 020 Universal Tracker 710 $

Facultatea de Inginerie Electrică și Știința Calculatoarelor,
Departamentul Automatică și Tehnologia Informației
Robotică

15

Caracteristici principale

 Este ușor de instalat și de întreținut
 Crește eficiența sistemului de energie solară de aproximativ 20% sau mai mult
 Proiectat pentru a urma soarele în 10 grade, absorbind mai mult de 98% din lumina
soarelui disponibilă
 Rack -urile pasive sunt complet mecanice și nu necesită o sursă externă de
alimentare pentru funcționare
 Durată lungă de viață care se întinde pe mai multe decenii pe sistem

Construcția

Componentele principale ale rack -ului sunt din oțel sudat. Ani de construcție a
rack-urilor solare au arătat că această construcția din oțel sudat ține cele mai bine fie că
este vorba de uzura provocată de vânt, variații extreme de temperatură sau evenimente
meteorologice severe . Comp onentele din oțel oferă o rezistență și o durabilitate pe
termen lung. [1]
Șinele de montaj pentru module sunt fabricate din aluminiu tratat termic din seria
6000. Șinele din alu miniu sunt proiectate să reziste la aceleași condiții ca și componentele
sudate, dar oferă mai multă flexibilitat e și opțiuni pentru montare și de asemenea, n u
necesită utilizarea vopselei.[1]
Precizia de urmărire
Zomeworks sunt proiectate să urmărească soarele cu +/ – 10 grade. Acest nivel de
precizie permite modulelor solare să capteze mai bine de 98% din lumina disponibilă.
Urmărirea alinierii poate fi ușor reglată cu ajustări mici la "plăcile de umbră" din
aluminiu. [1]

1.2.2 Dispozitivele de urmărire WattSun

Urmărire activ WattSun (Fig 1.7) urmărește soarele de la est la vest utilizând
senzori electronici și dispozitive de acționare cu motor sau actuator. În timpul unor condiții
de parțial înnorat, tracker -ul se fixează pe cea mai strălucitoare zonă a cerului, capturând
cantitatea maximă de lumină solară disponibilă. [2]

Fig. 1 . 7 Dispozitiv de urmărire solară WattSun

Facultatea de Inginerie Electrică și Știința Calculatoarelor,
Departamentul Automatică și Tehnologia Informației
Robotică

16

Wattsun urmăresc în mod activ soarele pe cer cu motoare cu turație redusă sau
actuatoare liniare ghidate de un senzor electronic de lumină, acest lucru garantând că
planul matricei este întotdeauna perpendicular pe razele soarelui. Aceste mecanisme
foarte eficien te consumă cantități minime de energie electrică, dar energia câștigată
depășește cu mult costul energiei consumate. Spre deosebire de trackerele pasive care
depind de echilibrul delicat dintre greutățile de schimbare ale canistrelor de freon,
trackerele a ctive ale Wattsun nu sunt afectate de vânt și de frig. Dispozitivele de urmărire
activă ale lui Wattsun sunt solide în vânturi , turbulenț e și rămân ferm îndreptate spre
soare la orice temperatură. [2]

1.2.3 Dispozitivele de urmărire AllSun

AllSun (Fig 1.8) este un urmăritor activ în două axe, care utilizează un motor și
un sistem GPS (Global Positioning System) pentru a mișca panourile solare atât dinspre
est spre vest cât și în sus și în jos, pentru a se asigura că panourile respectă întotdeauna
eleva ția soarelui. [3]

Fig. 1 . 8 Dispozitivul de urmărire solară AllSun

1.3 Efectul fotovoltaic și ce lula solara

1.3.1 Efectul fotovoltaic

În 1839 efectul fotovoltaic a fost observat pentru prima dată de că tre fizicianul
francez Alexandre -Edmond Becqu erel . Fenomenul consta in apariț ia unei tensiuni
electrice sau a unui curent electric in anumite materiale, in momentul in care acestea
erau expuse la razele solare .[4]
Becquerel și -a explicat descoperirea in revista stiintifică „Les Comptes Rendus de
l'Academie des Sciences” drept “apariția unui curent electric cănd două placi de platină
sau aur, imersate intr -o soluție acidă, neutră sau alcalină, sunt expuse la radiația solară
in mod inegal.”
In constructia de celule fotovoltaice p entru aplicatii terestre, cel mai raspandit
material este siliciul, in forma mono sau poli -cristalina. [4]

Facultatea de Inginerie Electrică și Știința Calculatoarelor,
Departamentul Automatică și Tehnologia Informației
Robotică

17
1.3.2 Caracterist ici ale celulelor fotovoltaice

Cele mai importante caracteristici ale celulelor fotovoltaice sunt ca și în cazul
bateriilor:

 Tensiunea;
 Intensitatea curentului electric;
 Puterea electrică

Ca și intensitatea curentului electric asigurat , tensiunea utilă a celulelor
fotovoltaice , depind e semnificativ de natura materialului semiconductor utilizat la
fabricație, dar și de dimensiunile acestor celule. În figura 1.9 este reprezentată variația
tensiunii și a intensității curentului electric asigurate de o celulă fotovoltaică realizată din
siliciu și având dimensiunile de 10x10cm. [5]

Fig. 1 . 9 Tensiunea și intensitatea curentului electric asigurate de o celulă fotovoltaică
din Si, la diferite intensități ale radiației solare [5]

”Tensiunea maximă care poate fi asigu rată de celulele fotovoltaice r ealizate din
acest material este de aproximativ 0,5V. Valoarea tensiunii maxime care poate fi
asigurată, depinde foarte puțin de intensitatea radiației solare, dar valoarea intensității
curentului electric, depinde sensibil de acest parametru, prezentând o variație între 0,4A
în cazul unei radiații sol are de 200W/m2 și 2,2A în cazul unei radiații solare de 1000W/m2
Puterea electrică a celulelor fotovoltaice se calculează ca produs dintre
tensiunea U și intensitatea curentului electric I, având în vedere că aceste echipamente
generează curent continuu . P=U·I.
Considerând că tensiunea este de U=0,5V și intensitatea curentului electric este
I=2A, se poate calcula puterea asigurată de o celulă din Si de 100cm2 : P=0,5·2=1W.
Această valoare redusă a puterii, arată că este evidentă necesitatea de a lega ma i multe
celule fotovoltaice în serie, pentru a se obține panouri fotovoltaice capabile să asigure o
putere electrică semnificativă. Din acest motiv și dimensiunile panourilor sunt
semnificative. Considerând un panou realizat din 10×10 celule fotovoltaice d e tipul celor
prezentate anterior, dimensiunile acestuia vor fi 100x100cm=1m2 , iar acest panou va
putea să asigure o putere de 10×10=100W.
Pornind de la curbele de variație a intensității curentului electric, cu intensitatea
radiației solare, reprezentat e în figura 1.9, și calculând valoarea puterii ca produs dintre

Facultatea de Inginerie Electrică și Știința Calculatoarelor,
Departamentul Automatică și Tehnologia Informației
Robotică

18
tensiune și intensitate, se pot trasa curbe de variație a puterii furnizate de celulele
fotovoltaice, de tipul celei din Fig 1.10”[5]

Fig. 1 . 10 Curba de variația puterii electrice a celulelor fotovoltaice[5]

”Analizând această curbă se observă că valoarea maximă a puterii se obține în
punctul în care intensitatea curentului electric generat de celula fotovoltaică începe să
scadă. Acel punct de pe curba de variație a intensității curentului electric, este numit
punct de putere maximă PPM, iar puterea maximă corespunzătoare, poartă denumirea
de putere în punctul de putere maximă PPPM. Se observă că și în condițiile în care s -a
considerat că intensitatea curen tului electric este de 3A, ceea ce corespunde unei
intensități foarte mari a radiației solare și unei construcții foarte performante a celulei
fotovoltaice, puterea maximă pe care o poate atinge celula fotovoltaică este de cca.
1,35W, ceea ce sugerează din nou necesitatea legării în serie a mai multor celule în
vedrea obținerii unor panouri fotovoltaice, acestea fiind capabile să asigure puteri de cca.
10…250W .

Fig. 1 . 11 Panou fotovoltaic[5]

Trebuie menționat și faptul că performanțele panourilor fotovoltaice sunt
dependente de temperatură. Astfel cu cât crește temperatura, cu atât scade și eficiența
panourilor fotovoltaice de a converti energia radiației solare în curent electric. Se poate
considera, ca valoare orientativă , o reducere a eficienței panourilor fotovoltaice cu 0,3%,
pentru fiecare grad de creștere a temperaturii. De regulă performanțele electrice ale
panourilor fotovoltaice sunt indicate la temperatura de 25°C. Este evident că din acest
punct de vedere, cea ma i eficientă conversie a energiei solare în energie electrică este
realizată în spațiul cosmic, unde temperatura este apropiată de 0K ”[5]

Facultatea de Inginerie Electrică și Știința Calculatoarelor,
Departamentul Automatică și Tehnologia Informației
Robotică

19
Cap. II .OBIECTIVE
Diagrama de mai jos (Fig. 2.1) ne indică primul pas în a concepe proiectul. După
o cercetare atentă a câtorva dispozitive de urmarire solara putem să tragem câteva
concluzii ce ne vor ajuta în realizarea proiectului .

Fig. 2 . 1 Diagrama V prezentând prima etapă

Scopul panourilor solare este de a satisface cererea tot mai mare de resurse
regenerabile de energie. În lumea modernă, cererea de energie electrică a crescut cu
rate alarmante pentru a satisface nevoile societății. Beneficii le energiei solare includ lipsa
poluării create în mod direct de aceste sisteme și de natura lor ieftin ă și practic ă, pe
termen lung.
Deoarece cererea de panouri solare crește , va fi nevoie de metode noi de
optimizare a colectării de energie. Sistemele de urmărire sunt proiectate pentru a orienta
panourile solare spre soare. Prin adăugarea unui sistem de urmărire, energia produsă
de un panou solar poate fi majorată cu până la 50% în timpul lunilor de vară. Acest proiect
este foarte practic și fezabil, deoarece există mai multe tipuri urmăritoare , modele în
industria de azi. Un proiect similar a fost realizat în 1994 pe mașina electrică "Sun Luis
solar racer 101" de către un fizician major, David Babbitt. Cu toate acestea, proiectul din
1994 sa ocupat de reglarea manuală a panoului, dat fi ind datele senzorilor.

2.1 Obiectivele lucrării

În urma analizei am stabilit următoarele obiective:

 Proiectarea și realizarea unui urmăritor de soare cu două grade de libertate
 Obținerea unei soluții constructive în practică (complexitate mică)
 Costuri scăzute
 Utilizabil în domeniul educațional și demonstrativ .
 Capabil să ruleze urmărirea în una sau în două axe.

Funcțiile sistemului

Facultatea de Inginerie Electrică și Știința Calculatoarelor,
Departamentul Automatică și Tehnologia Informației
Robotică

20
Scopul proiectului este de a utiliza energia solară maximă prin intermediul
panoului solar. Pentru aceasta se propune un sistem automat de urm ărire a soarelui pe
bază de senzori pe doua axe . Acest proiect ajută echipamentul de generare a energiei
solare să obțină automat lumina soarelui maxim, sporind astfel eficiența sistemului.
Panoul solar urmărește automat soarele de la est la vest pentru o intensitate maximă a
luminii.

Facultatea de Inginerie Electrică și Știința Calculatoarelor,
Departamentul Automatică și Tehnologia Informației
Robotică

21
Cap. III. PROIECTAREA
SISTEMULUI MECANIC ȘI
ELECTRIC

Fig. 3. 1 Diagrama V prezentând a doua etapă

3.1 Clasificarea sistemelor de urmă rire solară

Sistemele de urmărire solară se clasifică in două moduri :
 Urmăritoare cu doua axe
 Urmăritoare cu o axa
Umăritoarele cu o axa sunt instalatii solare ce se orienteaza dupa soare in plan
orizontal pen tru a creste productia de energie electrica de -a lungul zilei asemeni plantei
de floarea soarelui.
Umăritoarele cu o singura axa (cu un singur ax) urmăresc soarele de la răsărit
până la apus, în timp ce se deplasează pe cer în timpul zilei de la est la vest, cresc
energia capturată cu până la 25% mai mult decât panourile fixe plate. Ansam blurile cu o
singură axă (Fig 3.2 ) constau în mod obișnuit dintr -unul sau două rânduri de panouri
solare.

Proiectarea sistemului
mecanic și electric

Facultatea de Inginerie Electrică și Știința Calculatoarelor,
Departamentul Automatică și Tehnologia Informației
Robotică

22

Fig. 3. 2 Sistem de urmărire cu o axă de rotație

Avantajele si dezavantajele dispozitivelor de urmărire cu o singură axă de rotație sunt:
Avantaje:
 un cost mai mic decât trackerele cu dublă axă
 fiabilitate mai mare decât trackerele cu dublă axă
 durată de viață mai mare decât trackerele cu dublă axă’

Dezanvataje:
 Putere scăzută de ieșire în comparație cu trackers cu dublă axă
 Mai puține progrese tehnologice
Urmăritoarele cu două axe de rot ație(Fig 3.3 ), pe orizontală si pe verticală,
reprezintă instalații solare moderne
Prin urmărirea axelor duale energiei captate crește cu până la 100% mai mult
decât sistemul fix cu panouri plane deoarece cele două axe de rotație permit dispozitivului
de urmărire să poziționeze celulele solare direct perpendiculare către razele solare.

Avantajele si dezavantajele dispozitivelor d e urmărire cu doua axe de rotație sunt :
Avantaje:
 un grad mai mare de flexibilitate, care permite o producție mai mare de
energie în zilele însorite
 grad mai mare de precizie în direcționarea

Dezanvataje:
 cea mai mare complexitate mecanică, făcând mai multe sanse ca ceva să
meargă prost
 durată de viață mai mică și fiabilitate mai mică
 performanța nefiabilă în condiții meteo înnorată sau înnorată
 un cost marit

Facultatea de Inginerie Electrică și Știința Calculatoarelor,
Departamentul Automatică și Tehnologia Informației
Robotică

23

Fig. 3. 3 Sistem de urmăritoare cu două axe de rotație

3.2 MODELUL CAD

Sistemul de urmarire solară a fost construit în CATIA, un mediu de proiectare
care ne ajută să construim ansamble din componente pentru a înțelege cât mai bine
structura sistemului. Modelul sistemului de urmarire solară este cât mai fidel posibil,
deoarece se respectă dimensiunile și flexibilitatea întregului sistem. În figura de mai jos
este prezentat modelul CAD al sistemului.

Fig. 3. 4 Modelul CAD al sistemului
Utilizând modulul menționat a fost posibilă simularea acestuia în diferite condiții
de lucru. Fapt care ne -a permis proiectarea a fiecărui element. Softul CATIA este folosit
în proiectare mecanică 3D și simulare de produs. Cu ajutorul softului, utilizatorul poate
să reproducă sau să creeze cu mare p recizie un model 3D cu scopul de al vizualiza și
testa înainte de construirea fizică.

Facultatea de Inginerie Electrică și Știința Calculatoarelor,
Departamentul Automatică și Tehnologia Informației
Robotică

24

Fig. 3. 5 Desen de ansamblu

Fig. 3. 6 Subansamblele sistemului de urmarire solara

Facultatea de Inginerie Electrică și Știința Calculatoarelor,
Departamentul Automatică și Tehnologia Informației
Robotică

25
3.3 SERVO MOTORUL

3.3.1 Teorie

În anumite aplicații motorul electric trebuie să execute anumite rotații controlate și
nu să efectueze rotații continue pentru o perioadă de timp determinată. Pentru acest tip
de aplicații este necesar un anumit tip de motor electric ce conține anumite componente
și structură pentru a putea efectua mișcări precise prin intermediul unui semnal electric
de comandă. Pentru a explica mai bine funcționalitatea acestuia se va propune analiza
în detaliu a unui servo motor MG 996R (Fig.3.5). Conține un motor de curent continuu
care est e controlat pentru a obține rotații unghiulare specifice. [6]

Fig. 3. 7 Servo Motor MG 996R

Sistemele servo sunt folosite în prezent tot mai mult în aplicațiile industriale. Sunt
folosite și la jucării, la mașinile radio comandate pentru direcție. Motivul pentru folosirea
unui servo este că acesta prod uce poziții unghiulare precise.

3.3.2 Principiu de funcțion are a unui servo motor

Pentru a înțelege principiul de funcționare a unui servo motor ar trebui să
întelegem mai întâi baza servomecanismului.

Sistemul servo este compus din trei componente de bază:
 sistemul controlat
 senzorul exterior

Facultatea de Inginerie Electrică și Știința Calculatoarelor,
Departamentul Automatică și Tehnologia Informației
Robotică

26
 sistemul cu buclă de reacție.,
Acesta este un sistem automat cu buclă închisă. Prin aplicarea unui semnal
electric variabil la intrare se realizeaza controlul , dispozitivul fiind controlat de către un
semnal de feedback generat prin compararea semnalului de ieșire la cel de intrare. Când
sistemului îi este aplicat semnalul de intrare sau cel de comandă, este comparat cu
semnalul de ieșire produs de la un senzor exterior și semnalul produs de feedback.
Semnalul de feedback se comportă ca și un sistem de i ntrare a sistemului controlat. Atâta
timp cât există o diferență între valoarea semnalului de intrare și a celui de ieșire a cest
semnal cu buclă închisă este prezent. După terminarea mișcării, nu va mai exista
diferențe logice între semnalul de intrare și referința semnalului de ieșire. [6]

3.3.3 Principiile de funcționare ale unui servo motor

Un servo motor este în principiu un motor de curent continuu ce are în componență
anumite componente speciale ce realizeaza dintr-un simplu motor de curent continuu un
motor servo. În interiorul sistemului servo, se găseste un mic motor de curent continuu,
un potențiometru, un angrenaj cu roți dințate și un circuit inteligent. Circuitul inteligent
împreună cu potențiometrul re alizează mișcarea de rotație controlată a mecanismului
servo.
Motorul de curent continuu se rotește cu viteză mare, dar generează un moment
mic. Aici intervine sistemul mecanic cu roți dințate (Fig.3.6) care preia la intrare vitezele
mari ale motorului și le transformă la ieșire în viteze mici cu moment ridicat.

Fig. 3. 8 Servo Motor MG 996R

Gândindu -ne că poziția arborelui de ieșire al servo -ului nu se modifică, poziția
potențiometrului indică ca și cum nu ar exista semnal electric generat la portul de ieșire
de către potențiometru. Acest port de ieșire al potențiometrului este conectat cu unul din
terminalele de intrare al amplificatorului de eroare. În acest moment un semnal electric
este trimis pe un alt terminal de intra re al amplificatorului de eroare iar în acel moment
se face diferența între cele două semnale, unul provenit de la potențiometru și celălalt
provenit dintr -o sursă exterioară. Semnal ul rezultat din diferența acestora se va amplifica
în amplificatorul de er oare și va fi trimis cătr e motor. La fel ca tensiune de intare se
comportă și acest semnal amplificat pentru mot orul electric, iar acesta începând să se
învârtă. Potențiometrul fiind legat de axul unei roți dințate din interiorul reductorului, în
timp ce motorul se învârte generează semnal. Atât timp cât potențiometrul generează

Facultatea de Inginerie Electrică și Știința Calculatoarelor,
Departamentul Automatică și Tehnologia Informației
Robotică

27
semnal, semnalul de ieșire al acestuia sau al feedback -ului sunt incrementate. După
precizarea poziției unghiulare a axului de ieșire a servo -ului, potențiometrul gener ează
impuls electric ce arată direcția unghiulară a acestuia prin compararea cu semnalul de
intrare. [6]

3.3.4 Controlul servo motorului

Pentru a înțelege cum se execută controlul unui motor servo, vom considera un
exemplu atunci când se va da un semnal de rotire la 45o și apoi îl vom opri. Axul de ieșire
al servo motorului va fi cuplat la o sarcină. Acest reductor cu roți dințate va fi folosit pentru
a reduce viteza la ieșirea din servo (Fig.3.7).

Fig. 3. 9 Reprezentarea componentelor mecanice ale servo motorului.[6]

Pe arborele de ieșire al motorului servo va fi maontat potentiometrul cu ajutorul a
două roți dințate d e aceleași dimensiuni (Fig.3.8 ). Potențiometrul produce un potențial
electric ce este incrementat la fiecare mișcare a arborelui de ieșire de la 0o la 45o . Acest
semnal electric este transmis către amplificatorul de eroare.

Fig. 3. 10 Reprezentarea componentelor mecanice și a potențiometrului servo -ului

Facultatea de Inginerie Electrică și Știința Calculatoarelor,
Departamentul Automatică și Tehnologia Informației
Robotică

28
Așa cum poziția unghiulară a axului de ieșire crește de la 0o la 45o , valoarea din
potențiometru este incrementată. La valoarea de 45o tensiunea atinge o valoare care
este egală cu tensiunea valorii impusă sistemului. La poziția de 45o nu există diferență
între valoarea tensiunii provenite de la potențiometru și valoarea tensiunii de comandă a
semnalului, tensiunea de ieșire din amplificator devenind zero.
Cum se observă în figura de mai jos, ieșirea din amplificatorul de eroare se
comportă ca tensiunea d e intrare pentru motorul de curent continuu. [6]

Fig. 3. 11Reprezentarea componentelor servo motorului[6]

3.3.5 Calculul reductorului servomotor SG90

În cele ce urmează se vor efectua calcule asupra reductoarelor servomotoarelor
folosite. Se vor folosi două tipuri de motoare servo (SG90, MG996R).

Calcule efectuate pentru :

 Raportul de transmitere
 Momentul la arborele motorului
 Viteza arborelui de ieșire din reductor
 Viteza la arborele motorului. Calculul reductorului motorului servo SG90.

Calculul reductorului motorului servo SG90.

Facultatea de Inginerie Electrică și Știința Calculatoarelor,
Departamentul Automatică și Tehnologia Informației
Robotică

29

Fig. 3. 12 Reductor servo motor SG90

Raportul de transmitere.

Pentru calculul raportului de transmitere au fost numărați dinții fiecărei roți dințate
a reductorului.
Prin împărțirea numărului de dinți ai roții conduse la cel al numărului de dinți ai roții
conducătoare ne va da un raport. Prin produsul tuturor rapoar telor se determină raportul
de transmitere al reductorului. [6]

(49/9)*(39/10)*(32/8)*(25/7)=302.96 (3.1)

Raportul de transmitere al reductorului servo motorului este de 303:1.

Tab.3.1 Numărul de dinți ale roților dințate din reductor.

Nr. roata
dințată Nr. dinți
Intrare
reductor
9
1 49
10
2 39
8
3 32
7
Ieșire reductor 25

Momentul la arborele motorului.

Din datasheet ne este dat momentul la arborele de ieșire din reductor M e=1,8
Kg*f*cm sau M e=1,8*9,81*0,01 N*m=0,177 N*m și viteza de operare V=0,1 s/60o.
Momentul la arborele motorului se poate determina prin regula de trei simpla , M i=5,94
g*f*cm. Pentru a determina viteza arborelui de intrare în reductor, trebuie să transformăm
timp/grade în rad/timp.

Facultatea de Inginerie Electrică și Știința Calculatoarelor,
Departamentul Automatică și Tehnologia Informației
Robotică

30

0,1 sec/60o=0,3 sec/180o (3.2)

Deci la o rotație completă vor fi necesare 0,6 secunde

360 ∗𝜋
180=2𝜋=6,28 𝑟𝑎𝑑 /𝑠𝑒𝑐 (3.3)

0,6*6,28=3,768 rad/sec (3.4)

Viteza la arborele de ieșire din reductor: V e=3,768 rad/sec sau V e=35,98 rot/min.
Raportul de transmitere al reductorului se înmulțește cu viteza la arborele de ieșire pentru
a putea afla viteza de la arborele de intr are.

Vi=3,768*303=1141 rad/sec sau Vi =1141 ∗60
2𝜋=10895 𝑟𝑜𝑡/𝑚𝑖𝑛 (3.5)

3.3.6 Calculul reductorului servomotorului MG996R

Fig. 3. 13 Reductor servomotor MG996R

Raportul de transmitere

Pentru calculul raportului de transmitere au fost numărați dinții fiecărei roți dințate
a reductorului.

Facultatea de Inginerie Electrică și Știința Calculatoarelor,
Departamentul Automatică și Tehnologia Informației
Robotică

31
Tab.3.2 Numărul de dinți ale roților dințate din reductor

Nr. roata
dințată Nr. dinți
Intrare
reductor
11
1 62
12
2 48
12
3 48
16
Ieșire reductor 47

.

Prin împărțirea numărului de dinți ai roții conduse la cel al numărului de dinți ai roții
conducătoare ne va da un raport. Prin produsul tuturor rapoartelor se determină raportul
de transmitere al reductorului.

(60/11)*(48/12)*(48/12)*(47/16)=255,49 (3.6)

Raportul de transmitere al reductorului motorului servo este de 255:1

Momentul la arborele motorului.

În datasheet ne este dat momentul la arborele de ieșire din reductor M=10 Kg*f*cm
și viteza de operare V=0,17 s/60o . Prin regula de trei simple se poate determina
momentul la arborele motorului, M i=39,21 g*f*cm.
Pentru a determina viteza arborelui de intrare în reductor, trebuie să transformăm
timp/grade în rad/timp.

0,17 sec/60o=1 sec/180o (3.7)

La o rotație completă va fi necesar o secundă.

360 𝜋
180=2𝜋=628 𝑟𝑎𝑑/𝑠𝑒𝑐 (3.8)

1*6,28=6,28 rad/sec (3.9)

Deci viteza la arborele de ieșire din reductor: V e = 6,28 rad/sec sau V e = 59,96
rot/min. Pentru a putea afla viteza de la arborele de intrare, se înmulțește raportul de
transmitere al reductorului cu viteza la arborele de ieșire

Facultatea de Inginerie Electrică și Știința Calculatoarelor,
Departamentul Automatică și Tehnologia Informației
Robotică

32
Vi=6,28*255=1600 rad/sec sau Vi =1600 ∗60
2𝜋=15278 𝑟𝑜𝑡/𝑚𝑖𝑛 (3.10)

3.6. Calculul cinematicii directe

3.6.1 Sistemul cinematic al urmăritorului de soare

Pentru studiul cinematic al urmăritorului se consideră o stru ctură cu 2 grade de
libertate (Fig 3.14 ).

Fig. 3. 14 Sistemul cinematic al urmăritorului

3.6.2 Calculul numeric al sistemului cinematic

Pe baza figurii de mai sus (Fig 3.14) se va realiza calculul cinematicii directe .






1 0 0 001 011 0 1 001 01
0
1 
C SlS C
T
(3.11)

Unde : C 𝜃1 [grade] reprezintă cosinus de 𝜃 a primei articulații, S 𝜃1 [grade]
reprezintă sinus de 𝜃 a primei articulaț ii ,l1 [centrimetri] reprezintă mărimea elementului
cinematic situat între prima și a doua cuplă cinematică.

Facultatea de Inginerie Electrică și Știința Calculatoarelor,
Departamentul Automatică și Tehnologia Informației
Robotică

33






10 0 001 0 02 0 2 2002 2
1
2l C SS C
T (3.12)

Unde : C 𝜃2 [grade] reprezintă cosinus de 𝜃 a celei de -a doua articulație, S 𝜃2
[grade] reprezintă sinus de 𝜃 a celei de -a doua articulație, l2 [centrimetri] reprezintă
mărimea elementului cinematic situat între prima și a doua cuplă cinematică.










10 0 001 0 02 0 2 2002 2
*
1 0 0 001 011 0 1 001 01
*0
11
21
20
10
2l C SS C
C SlS C
TTTTT
 
(3.13)

T0
2




 
1 0 0 00 1 )2 (1 2 212 0 2 20 1 )2 (1 2 1
 
C S S CSll C SS S C CC
(3.14)

Unde : l1= 19 , l2 = 0 ;
12ll = 19

3.7 Alegerea rul menților

3.7.1 Rulmenți radiali cu bile

Lagărele de rotație sunt subansamble cu funcția principală de susținere a arborilor,
osiilor sau a altor elemente și subansamble de mașini cu mișcare de rotație, fiind capabile
să preia sarcinile (forțe și /sau momente) care acționează asupra acestora. În
componență lagărelor de rotație cu rostogolire se gasesc unul sau mai multe ansamble
specializate independente de tip rulment.
Montajul lagărelor cu rulmenți are ca scop fixarea radială și axială în ambele
sensuri a elementului susținut (de obicei, un arbore cu roți sau alte elemente fixate pe el)
fără a se induce forțe suplimentare în rulmenți în cazul acțiunilor termice și a forțelor
exterioare și interioare (deformații elastice) fiind un sistem compus din două sau mai
multe lagăre cu rulmenți
Rulmenți radiali cu bile preiau sarcini radiale medii și axiale mici ; deplasări axiale
nule în ambele sensuri; rotiri maxime. [7]

Facultatea de Inginerie Electrică și Știința Calculatoarelor,
Departamentul Automatică și Tehnologia Informației
Robotică

34

Fig. 3. 15 Structura generală a rulmențolor radiali cu bile[7]
1- inel exterior sau frontal pentru rulmentul axial cu bile cu simplu efect, 2 – inel
interior, 3- corp de rostogolire; 4 – colivie (element independent sau subansamblu)

Fig. 3. 16 Rulmenți radiali cu bile pe un rând

Criterii și recomandări de alegere a numărului și tipurilor rulmenților:
 schema de lăgăruire (numărul rulmenților);
 sarcina radială: forțe radiale mici și mijlocii – rulmenți radiali cu bile; forțe
radiale mari – rulmenți radiali cu bile; spații radiale reduse, sarcini mari și
turații reduse – rulmenți cu ace;
 sarcini combinate (radiale și axiale): forțe radiale mici și axiale mici –
rulmenți radiali cu bile; forțe radiale medii și axiale mici – rulmenți radial –
axiali cu bile; forțe radiale mari și axiale medii – radial -axiali cu role conice;
forțe radiale mici și axiale mari – rulmenți axial -radiali;
 sarcina axială: forțe pur axiale – rulmenți axiali cu simplu efect (pentru un
sens) sau cu dublu efect (pentru ambele sens uri); în plus, se alege și un
rulment radial cu bile necesar pentru susținerea arborelui în direcție radială;
 condițiile de funcționare: temperatura, vibrații, șocuri;

Facultatea de Inginerie Electrică și Știința Calculatoarelor,
Departamentul Automatică și Tehnologia Informației
Robotică

35
 condițiile de precizie impuse: precizia de centrare (clasa de precizie),
alinierea dintr e arbore și carcasă, jocurile (radial, axial și rotirea, clasa
jocurilor);
 condițiile de fixare axială: deplasări axiale în rulment, deplasări axiale ale
rulmentului.

Tab 3.3 Date tehnice rulment

Produs Diametru
Exterior
(mm) (D) Diametru
Interior
(mm) (d) Lațime
(mm)
(B) Incărcare
Dinamică
(kN) Incărcare
Statică
(kN) Rezistența
Oboseala
(kN) Viteza
Referință
(r/min) Viteza
Limită
(r/min Greutate
(kg)
Rulment
623 10 3 4 0.54 0.18 0.007 130000 80000 0.0015

Fig. 3. 17 Dimensiunile rulmetului radial cu bile

3.7.2 Montaje cu rulmeți
Montajul cu rulmenți (Fig 3.18) este un subansamblu format dintr -un arbore, pe
care sunt montate roți dințate, roți de curea sau de lanț, semicuplaje,rulmenții ,prin
intermediul cărora arbor ele se sprijină în elementul fix (carcasă, batiu etc.) și diferite piese
care fixează axial inelele rulmenților (bucșe distanțiere, inele de siguranță, piulițe, capace
etc.). Rolul montajului cu rulmenți este acela de a realiza fixarea radială și axială, î n
ambele sensuri, a arborelui, fără să se introducă forțe suplimentare în rulmenți, atunci
când arborele se dilată termic și/sau se încovoaie sub acțiunea forțelor exterioare.

Facultatea de Inginerie Electrică și Știința Calculatoarelor,
Departamentul Automatică și Tehnologia Informației
Robotică

36

Fig. 3. 18 Montajul cu rulmenți

Pentru construcția noastra s -a folosit schema din figura 3.18, b, la care fixarea
axială se realizează dinspre exterior, se recomandă în cazul arborilor cu deformații
termice neînsemnate, deformațiile de încovoiere ale arborilor fiind admise. În cazul
folosirii rulmenților r adial -axiali, se obține montajul în X, la care distanța dintre punctele
de aplicație ale reacțiunilor este mai mică decât distanța dintre punctele ce definesc
mijlocul lățimii rulmenților. În cazul utilizării rulmenților radiali cu bile pe un rând sau a
celor cu role cilindrice de tip NJ, în funcție de mărimea rulmentului și de temperatura de
funcționare, între inelul exterior al unui rulment și capacul de închidere se lasă un joc
axial de 0,5 … 1 mm
3.8 Schema electrica

Cu ajutorul programului Preoteus ISIS am realizat și simulat sistemul eletric al
urmăritorului de soare.

Fig. 3. 19 Schema electrică a urmaritorului de soare

Proteus Design Suite este o suită de instrumente software de proprietate folosită
în principal pentru automatizarea designului electronic. Software -ul este utilizat în

Facultatea de Inginerie Electrică și Știința Calculatoarelor,
Departamentul Automatică și Tehnologia Informației
Robotică

37
principal de către inginerii și tehnicienii de proiectare electronică pentru a crea scheme
și imprimeuri electronice pentru plăci cu circuite imprimate.
Următorul pas in construcția s istemului după etapa de scriere a codului este
simularea acestuia urmărind înlăturarea eventualelor erori. În simulator este introdus
codul in format hexazecimal și cu ajutorul schemei electrice vom putea simula sistemul.

Facultatea de Inginerie Electrică și Știința Calculatoarelor,
Departamentul Automatică și Tehnologia Informației
Robotică

38

Facultatea de Inginerie Electrică și Știința Calculatoarelor,
Departamentul Automatică și Tehnologia Informației
Robotică

39
Cap.IV. PROIECTAREA CODULUI
ȘI A CONTROLULUI

Fig.4. 1 Diagrama V prezentând a treia etapă

În cel de -al patrule capitol se va prezenta codul și controlul sistemului. În acest
capitol se va concepe o diagramă pentru a putea înțelege mai bine principiul de
funcționare al sistemului, este un limbaj standard pentru a descrie modele și specificații
pentru un sistem.
Diagrama pre zintă principiile de funcționare a sistemului. Cu ajutorul celor patru
fotorezistori se va prelua pozitia soarelui iar datele inregistrate vor fi transmi se către
Arduino urmând ca placa de dezvoltare să proceseze datele și să trimită mai departe
semanl către motoare .

Fig.4. 2 Diagrama sistemului
Proiectarea codului și a
controlului

Facultatea de Inginerie Electrică și Știința Calculatoarelor,
Departamentul Automatică și Tehnologia Informației
Robotică

40

4.1 Placa de dezvoltare si codul

După cum s -a prezentat se va folosi o pl acă de dezvoltare Arduino Uno .

Fig.4. 3Arduino Uno

În partea de comandă a sistemului sunt regăsite componente care ajută la
prelevarea informațiilor si miscarea construcției . Informații le prelevate și transmise cu
ajutorul fotorezistorilor către partea de comandă a dispoz itivului de control .

4.1.1 Arduino Uno

Arduino Uno este o placă de dezvoltare ce utilizează microcontroler -ul
Atmega328. Conține 14 intrări/ieșiri digitale (6 dintre ele pot fi utilizate ca ieșiri PWM), 6
intrări analogice, un oscilator cu quarț de 16 MHz, o mufă de alimentare, o mufă ICSP,
un buton de resetare și o conexiune USB (Fig 4.3.). Această placă este folosită pentru
dezvoltare profesională, cauza fiind ușurința utilizarii. Limbajul ce stă la baza acesteia
este C++, iar interfața acestei plăci este foarte prietenoasă fiind ușor de utilizat.

Specificații tehnice :

 Microcontroler ATmega328
 Voltajul de operare 5V
 Voltajul de ieșire (recomandat) 7 -12V
 Voltajul de intrare (limitare) 6 -20V
 Pini digitali I/O 14
 Pini analogi de intrare 6
 DC Curent pentru pinii de I/O 40 mA
 DC Curent pentru pinul de 3.3V 50 mA
 Memoria 32 KB
 SRAM 2 KB
 EEPROM 1 KB
 Cloc 16 MHz

Facultatea de Inginerie Electrică și Știința Calculatoarelor,
Departamentul Automatică și Tehnologia Informației
Robotică

41

4.1.2 Sursa de alimetare

Ca și sursă de alimetare am folosit două baterii Li -ion de 3.7 V si 5000mAh (Fig
4.4). Acumulatorii litiu -ion sunt acumulatori de generație recentă și sunt frecvent utilizați
de dispozitive electronice de tipul telefoanelor mobile, laptopurilor etc. Datorită masei
atomice scăzute a elementului litiu au o densitate energetică ridicată. Pot fi utilizați la
propulsarea diferitelor vehicule electrice sau asistate ca de exemplu scutere sau biciclete
electrice.
Avantajele și dezavantajele folosirii acumulatorilor LI -ion.

Avantaje :
 Densitate mai mare de acumulare a energiei comparativ cu acumulatorul
NiCd și acumulatorul NiMH .

Dezavantaje:
 Pret de fabricare ridicat.
 Sunt sensibile la frig.

Fig.4. 4 Baterii Li -ion de 3.7 V 5000mAh
La aceasta sursa de cu curent am adaugat un ampermetru si un vo ltmetru (Fig
4.5) pentru a verifica cați vo lți se află in baterii si cați am peri consumă toata construcția.
Un astfel de afisaj LED am adaugat și la panoul cu celule fotovoltaice dar am
folosit doar afisarea volților pentru a vedea cat pot incărca aceste 4 celule . Aici putem
observa shimbarea volților in functie de intensitatea luminii .

Facultatea de Inginerie Electrică și Știința Calculatoarelor,
Departamentul Automatică și Tehnologia Informației
Robotică

42

Fig.4. 5 Afisaj LED Ampermetru și Voltmetru

Ampermetrul este un aparat de măsurare a intensității curentului electric ce trece
printr -un conductor sau un circuit electric . Ampermetrele sunt folosite pentru curent
continuu (c.c.) și ampermetre pentru curent alternativ (c.a.). În Sistemul I nternațional
,amperul este unitatea de măsură pentru i ntensitatea curentulu i electric. Pentru a măsura
curentul ce trece printr -un element (componentă) de circuit, ampermetrul se montează în
serie cu acesta. Deoarece în timpul operației de măsurare, prin ampermetru trece
curentul de măsurat, pentru o bună precizie și pentru limit area pierderilor de energie
nejustificate rezistența electrică internă (constructivă) trebuie sa fie cât mai mică posibil
(putând ajunge până la 10-3 Ω). La aparatele analogice indicatoare, deviația sistemului
mobil care este legat rigid cu acul indicator al instrumentului, este cu atât mai mare cu
cât valoarea intensității curentului de măsurat este mai mare. Această deviație este
determinată de un cuplu de forțe de natură electromagnetică (la ampermetrele
electromagnetice și magnetoelectrice ) sau de natură electrodinamică (la ampermetrele
electrodinamice ).

Clasificarea ampermetrelor:
După natura curentului măsurat, ampermetrele pot fi:
 ampermetre de curent continuu ;
 ampermetre de curent alternativ ;
 ampermetre de curent continuu și alternativ.

După principiul de măsurare, ampermetrele pot fi:
 magnetoelectrice : cu magnet permanent și bobină mobilă;
 electromagnetice : cu fier mobil;
 electrodinamice
 aparate de inducție : bazat pe acțiunea câmpului î nvârtitor al curentului asupra unui
disc de cupru sau aluminiu parcurs de curenți turbionari induși;
 termice : bazat pe efectul dilatării sau deformării unui bimetal.

Facultatea de Inginerie Electrică și Știința Calculatoarelor,
Departamentul Automatică și Tehnologia Informației
Robotică

43

Eroarea de masurare:
Ampermetrele sunt caracterizate de eroarea de măsurare ,aceasta fiind cea care
determina clasa aparatului, și de valoarea rezistenței interne. Ampermetrele cu sistem
magnetoelectric sunt de cea mai înaltă clasă. Pentru calculul erorii de masurare se va
consider a in circuit de curent continuu alimentat la o tensiune electromotoare E. R fiind
rezitența consumatorului , iar r rezitența interna a alimetarii , intensitatea curentului din
circuit este :

rREI0
(4.1)

Adaugând circuitului ampermetrul de rezistență internă Ra, valoarea curentului scade și
va fi:
aRrREI
(4.2)

Eroare absolută datorată inserării aparatului de măsură în circuit este:

IIIo
(4.3)

Observăm ca această eroare este mai mică cu cât rezistența internă a ampermetrului
este mai mică.

În cazul curentului continuu ,pentru a extinde scala de citire , se montează un șunt
în paralel cu instrumentul, iar în cazul curentului alternativ legarea acestuia se face prin
intermediul unui transformator .

Rezistența șuntului se calculează cu relația :

1nRRa
S
(4.1)

n- este raportul dintre curentul de măsurat și cel maxim de pe scala aparatului. [10]

Voltmetrul este un aparat electric de măsură folosit pentru măsurarea tensiunilor
în circuitele electrice. O alta definiț ie a voltmetrului spune că acesta este u aparat ce
masoară diferența de potențial electric dintre două puncte. Pentru extinderea domeniului
de măsură și divizarea în game de măsură , voltmetrele clasice sunt compuse din
dispozitive de măsură propriu -zise alături de care sunt incluse în construcție rezistențe
adiționale și divizoare de tensiune.

Facultatea de Inginerie Electrică și Știința Calculatoarelor,
Departamentul Automatică și Tehnologia Informației
Robotică

44

Caracteristici de baza ale voltmetrelor electronice:

Datorită rezistenței lor electrice de intrare mult mai mari, voltmetrele electronice
au sensibilitate mult mai mare decât voltmetrele electromecanice dar sunt mai complicate
și mai vulnerabile la perturbații electromagnetice .

Clasificarea caracteristicilor voltmetrelor :
 caracteristici de intrare
 caracteristici de transfer
 caracteristici de ieșire
 caracteristici generale

Caracteristici de intrare :

a) Rejecția semnalelor parazite

Tensiunile parazite de mod comun (Vcm) se combat (rejectează) în voltmetre prin
mijloace de întrerupere a buclei de masă, sau prin utilizarea de intrări diferențiale.
Tensiunile parazite de mod serie (Vms) se combat prin micșorarea la maxim a cuplajelor
parazite, – inductive, capacitive și de filtrare.
Tensiunile parazite captate prin blocuri de alimentare se datorează diverselor
comutări în schema (regimul) rețelei electrice de forță cu consumatori de energie de
putere mare (porniri de motoare, cuptoare electrice de arc, acționări electrice prin
tiristoare etc.). Tensiunile parazite captate prin blocul de alimentare se combat prin filtru
de rețea, transformator de alimentare ecranat și decuplări galvanice (transformatoare de
separare).

b) Tipuri de intrări la VE alimentate la rețea

După poziția electronică a carcasei AM (ecran exterior) precum și a altor ecrane
interioare față de bornele între care se aplică Ux există intrări cu 2,3 sau 4 borne, fiecare
cu avantajele și dezavantajele lor. Cel mai simplu și cel mai economic sistem de intrare
este cel cu 2 borne , dar nu permite măsuratori pe o biecte ce nu au punct de masa ,de
exemplu masurarea tensiunii de colect or la tranzistoare, dar cu toate acestea la VE ,
radiofrecvență , osciloscoape și la generatoare de forme de semnal ,intrarea cu 2 borne
este cea mai folosită.
La intrarea cu 3 borne ,cele 2 borne de intrare pentru tensiunea de măsurat sunt
izolate față de carcasă, aceasta fiind legata la pamânt.Fără a forma o buclă la masă
,acesti tip de intrare ,permite măsurarea tensinilor pe obiecte de măsură ce nu au iesiri
la masă.
La intrarea cu 4 borne mai exista o a treia bornă ,inafară de cele două borne
normale ,aceasta borna mai este numită și borna de gardă . Intrarea cu 4 borne crește
foarte mult prețul de cost și de aceea o asemenea intrare se utilizează numai la AM
speciale ca electrometre de mare sensibilitate precum și la unele AM din instrumentația
industrială sau din radiocomunicații.

Facultatea de Inginerie Electrică și Știința Calculatoarelor,
Departamentul Automatică și Tehnologia Informației
Robotică

45
c) Tensiuni nominale (game)

Ca și la multimetrele pasive, gamele de tensiuni nominale sunt în succesiunea
1,3,10,adică din 10 în 10 dB.
d) Impedanță de intrare

Față de multimetrele pasive, la VE, impedanța de intrare este constantă și este
mult mai mare.

Caracteristici de transfer

a) Sensibilitatea

Conținutul acestei noțiuni a fost trecut de la sensul inițial:S=d /dX la cel de treaptă
de sensibilitate (gamă), pentru ca în literatura de prospect actuală să capete sensul de
cea mai mică valoare măsurabilă pe treapta (gama) cea mai sensibilă.

b) Rezoluția

Ceasta reprezintă cea mai mică fracțiune de măsurat care poate f i afișată pe scara
gradată la un aparat de măsură.

c) Precizia

Precizia de măsurare a multimetrelor electronice se exprimă prin doi termeni de
eroare: a% de citire (ct+b%) din cap de scară (cs), adică ( t=eroare totală) exprimare ce
pare mai adecvată decât cea bazată pe un indice de clasă unic.

Caracteristici de ieș ire

a) Tipuri de afișare analogică

Afișarea analogică cu ac ,se realizează prin deplasarea unui ac indicator in fața
unei scări gradate și are avantajul că operatorul poate sa observe imediat evoluția marimi
de măsurat și dacă acesta se afla in limitele normale. Afisarea cu ac indicator est e cea
mai simplă , are un consum foarte redus dar prezintă erori de paralaxă , acul este
perturbat electrostatic iar instrumentul respectiv funcționeaza doar într -o singura poziție.
Afișarea analogică cu LED -uri este mai recentă și are unele avantaje față de cea
cu ac indicator: acesteia îi lipseste partea mecanică mobilă , are geometrie rectilinie ,
pozitia de funcționare nu influențează cu nimic și nici socurile mecanice sau vibrațiile,
eroarea de paralaxă lipsește precum și perturbația electrostatică, ar e dimensiuni mult
mai reduse decât la afișarea cu ac indicator și viteză de răspuns mai mare, dar acesta
este mai scump și are consum ropriu mult mai mare.

b) Ieșirea de semnal

Ieșirea de semnal la voltmetrele electronice permite conectarea simultană a unui
înregistrator sau utilizarea VE numai ca amplificator, adică extindere a posibilităților de
utilizare a unui VE. Tensiunea pe borna IS (tipică 100mV) se specifică în prospectul de
prezentare al aparatului respectiv. [9]

Facultatea de Inginerie Electrică și Știința Calculatoarelor,
Departamentul Automatică și Tehnologia Informației
Robotică

46

Fig.4. 6 Schema de conectare a afisajului LED Ampermetru ș i Voltmetru

Caracteristici tehnica a afisajului LED Amper metru și Voltmetru:
Mărime : 48mm x 29mm x 26mm.
Culoare display : Red & Blue LED (dual display).
Display: 0.28″ LED digital.
Tensiune de lucru : DC 4.5 ~ 30V.
Măsurarea tensiunii : DC 0 ~ 100V.
Rezoluția minimă (V): 0.1V.
Rata de refresh : ≥500ms / times.
Acuratețea măsurării : 1% (± 1 digit).
Rezoluția minimă (A): 0.01A.
Curent de funcționare : <20mA.
Masurarea curentului : 10A (direct measurement, built -in shunt).
Temperatura de Operare : -10 to 65°c.
Umiditatea de funcționare : 10 to 80% (non -condensing).
Decupaj de montare : 45.5mm x 26.5mm.

Facultatea de Inginerie Electrică și Știința Calculatoarelor,
Departamentul Automatică și Tehnologia Informației
Robotică

47

Cap .V. GENERAREA CODULUI

Fig. 5. 1Diagrama V prezentând ultima etapă din procesul de realizare

5.1 Principiul de funcționare al codului

Programul nostru funcționează prin compararea rezistențelor celor patru senzori
și prin deplasarea servomotoarelor. Sensibilitatea senzorilor depinde de cod. Același
lucru este valabil și pentru servomotoare. Am stabilit codul nostru astfel încât
servomoto arele să se poată deplasa doar într -o anumită zonă predefinită (pentru a nu
deteriora restul proiectului) și la o viteză setată. Aceste două aspecte pot fi, de
asemenea, schimbate foarte ușor în cod. Pentru a realiza miscarea servomoto arelor in
cod am folo sit biblioteca Servo.h. Servomotoarele au integrate roțile dințate și un arbore
care poate fi controlat cu precizie. Servomecanismele standard permit arborelui să fie
poziționat la diferite unghiuri, de obicei, între 0 și 180 de grade. Servomotoarele de ro tație
continuă permit rotirea arborelui să fie reglată la diferite viteze.Biblioteca Servo.h suportă
până la 12 motoare pe majoritatea plăcilor Arduino și 48 pe Arduino Mega.

Generarea codului

Facultatea de Inginerie Electrică și Știința Calculatoarelor,
Departamentul Automatică și Tehnologia Informației
Robotică

48

Facultatea de Inginerie Electrică și Știința Calculatoarelor,
Departamentul Automatică și Tehnologia Informației
Robotică

49
CAP. VI. TESTAREA SISTEMULUI

Fig.6 .1 Diagrama V în etapa de testare a codului

6.1 Obt inerea valorilor unghiulare

6.1.1 Citire digitală

Pentru a putea obține valori automate ale unghiurilor vom folosi patru fotorezistori.
Fotorezistorul (Fig 6.1) este un rezistor, realizat dintr -un material semiconductor omogen,
a cărui rezistență se modifică sub incidența unui flux luminos incident. Se bazează pe
fenomenul de fotoconductivitate prin care sub influența radiatiei luminoase sunt eliberați
elect roni liberi care cresc conductivitatea electrică a semiconductorului și implicit scad
rezistența rezistorului.

Fig.6 .2 Fotorezistorul

Teste cod

Facultatea de Inginerie Electrică și Știința Calculatoarelor,
Departamentul Automatică și Tehnologia Informației
Robotică

50

Fotorezistorul este format dintr -o peliculă din material semiconductor, depusă prin
evaporare în vid pe un grătar metalic care este fixat pe o placa izolatoare. Pelicula este
prevazută la capete cu contacte ohmmice care reprezintă terminalele si este prote jată
prin acoperire cu lac sau prin încapsulare în material plastic.

Fig.6 .3 Structura fotorezistorului

6.1.1.1 Comportarea fotorezistorului la modificarea intensitații fluxului luminos

Odată cu cresterea intensității fluxului luminos aplicat pe suprafața sensibilă a
fotorezistorului scade rezistența electrică a acestuia . În funcție de gradul de acoprire a
suprafetei sensibile se observă cum rezistența fotorezistorului se modifică (Fig 6.3)

Fig.6 .4 Comportarea fotorezistorului la modificarea intensitatii fluxului luminos[8]

Conectarea într -un circuit electric face ca fotorezistorul să-și modifice intensitatea
curentului din circuit. Proporțional cu creșterea intensitații fluxului luminos crește și
intensitatea curentului . În funcție de modul de conectare, în circuitele electronice,
fotorezistorul poat e fi activat de lumina (Fig 6.5 ) sau poate f i activat de întuneric (Fig
6.6)[8]

Facultatea de Inginerie Electrică și Știința Calculatoarelor,
Departamentul Automatică și Tehnologia Informației
Robotică

51

Fig.6 .5 Montaj cu fotorezistor activat de lumină[8]

Fig.6 . 6 Montaj cu fotorezistor activat de întuneric[8]

6.1.2 Calibrarea fotorezistorului

Pentru a putea calibrara fotorezistorul se poate utiliza un Arduino Uno , un LED, o
rezistență de 1K, un breadboard și câteva fire. În următoarea imagine este reprezentată
schema circuitului de calibrare a fotorezistorulu i.

Fig.6 . 7 Schema circuitului de comandă

Facultatea de Inginerie Electrică și Știința Calculatoarelor,
Departamentul Automatică și Tehnologia Informației
Robotică

52

Pentru a putea calibra fotorezistorul se vor seta pinii microcontrolerului de ieșire
pentru LED, și de intrare pentru fotorezistor. Se va folosi o rezistență de 1 k Ohm pentru
senzor, această rezistență are rolul de pulldown și o altă rezistență se va folo si pentru a
reduce curentul pentru LED.
Un rezistor pull -down funcționează în același mod ca un rezistor pull -up, dar este
conectat la masă. Acesta deține un semnal logic aproape de zero volți atunci când nici
un alt dispozitiv activ este conectat.
Princi piul de funcționare: atunci când asupra fotorezistorului nu se află lum ina
LED-ul va fi aprins (Fig 6.8 ), iar când asupra acestuia se va acționa cu o sursă de lum ină
LED-ul se va stinge (Fig 6.9 )

Fig.6 .8 Fotorezistorul fară a sesiza sursă de lumină

Fig.6 .9 Fotorezistorul sesizând sursă de lumină

Facultatea de Inginerie Electrică și Știința Calculatoarelor,
Departamentul Automatică și Tehnologia Informației
Robotică

53
6.1.3 Implementar ea fotorezistorilor pe panou

Senzorii fotorezistori sunt pozitionați in cele patru colturi ale panoului astfel încât
să fie posibilă sesizarea lumi nii de fiecare in parte(Fig 6.10 ).

Fig.6 .10 Poziționarea fotorezistorilor

În continuare se vor prezenta valori înregistrate în cazul particular reprezentat în
Fig. 6.10, unde fotorezistorul este ex pus luminii . În timp ce fotorezistoul este acționat
se vor preleva valori pentru analiza acestuia .

Tab 6.1

Distanța de la fotorezistor la
sursa de lumina (cm) S1 S2 S3 S4
0 120 112 106 121
5 448 435 419 454
10 412 379 366 437
15 376 355 318 392
20 339 311 304 353
25 300 293 288 320
30 250 220 210 215

Facultatea de Inginerie Electrică și Știința Calculatoarelor,
Departamentul Automatică și Tehnologia Informației
Robotică

54

Fig.6 .11 Reprezentarea grafică a valorilor obținute din citirea acestora de la fotorezistor

6.2 Testarea sistemului

Fig.6 .12 Diagrama V prezentând etapa de testare a sistemului

În această etapă sunt prezentate teste ce confirmă sau infirmă funcționalitatea
sistemului mecanic și electric. Un prim pas de testare este citirea unei valori simple de la
fotorezisotor si transmisă de la microcontroller către servomotoare . Sistemul este alcătuit
din: pla că de dezvoltare (Arduino Uno ), fotorezistor și un motor servo.

050100150200250300350400450500
0 5 10 15 20 25 30 35Valorile senzorilor
Distanța de la fotorezistor la sursa de lumina (cm)S1 S2 S3 S4
Teste de sistem

Facultatea de Inginerie Electrică și Știința Calculatoarelor,
Departamentul Automatică și Tehnologia Informației
Robotică

55

Fig.6 .13 Comandă fotorezistor -servomotor

Acesta este montat p e baza schemei electrice prezentate în capitolul III ( Fig
3.19). Principiul de funcționate al acestuia este: atunci când fotorezistorul citește o
valoare mai mare decât cea normală , aceasta este clasată și se efectuează o mișcare
a motorului servo.
Cel de -al doilea pas de testare este verificarea funcționalității sistemului
mecanic. Se verifică dacă servomotoarele dispun de forța necesară pentru miscare
constructiei pe ambele axe.

6.3 Teste finale

Fig.6 .. 14 Diagrama V prezentând etapa de testare finală a sistemului

În această ultimă etapă reprezentată de procesul de testare este confirmarea
funcțiilor sistemului prezentate în primul capitol.

Teste finale

Facultatea de Inginerie Electrică și Știința Calculatoarelor,
Departamentul Automatică și Tehnologia Informației
Robotică

56

Obiectivele lucrării au fost:

 Proiectarea și realizarea unui urmăritor de soare cu două grade de libertate

Fig.6 . 15 Gradele de libertate ale urmăritorului

Fig.6 . 16 Realizarea urmăritorului

 Obținerea unei soluții constructive în practică (complexitate mică)
 Utilizabil în domeniul educațional și demonstrativ.

1
2

Facultatea de Inginerie Electrică și Știința Calculatoarelor,
Departamentul Automatică și Tehnologia Informației
Robotică

57

Fig.6 .17 Construcția ce poate fi utilizată in domeniul educational

 Costuri scăzute
 Capabil să ruleze urmărirea în una sau în două axe.

Fig.6 .18 Urmărirea pe două axe de rotație .
X
Y

Facultatea de Inginerie Electrică și Știința Calculatoarelor,
Departamentul Automatică și Tehnologia Informației
Robotică

58

6.4 Planificarea proiectului

Tab. 6.2 Planificare constructivă

Sarcini Durată Costuri
Documentație 35 zile –
Realizarea modelului CAD 4 zile –
Achiziționare componente 20 zile 550 lei
Realizarea elementelor
componente 15 zile –
Asamblare urmăritor 5 zile –
Programare 30 zile –
Testare 10 zile –

6.4.1 Diagrama Gantt

Diagrama GANTT este un instrument folosit în planificarea proiectelor. Urmărește
etapele desfășurării unui proiect în funcție de durata acestora. Este o metodă des
întâlnită în managementul proiectelor. A fost inventată de către Henry L. Gantt (inginer și
sociolog de origine americană) în 1917 și a fost considerată o tehnică revoluționară la
acea vreme, autorul ei fiind premiat pentru contribuțiile aduse în domeniul
managementului.

Caracteristici:

• instrument important în analiza și planificarea unor p roiecte complexe;
• ajută la planificarea activităților (sarcinilor) ce trebuie duse la bun sfârșit;
• întocmește un program referitor la perioada în care aceste sarcini vor fi
îndeplinite;
• planifică distribuirea resurselor necesare proiectului;
• ajută la depășirea momentelor critice ale unui proiect, atunci când acesta trebuie
finalizat până la o anumită dată;
• în timpul derulării proiectului ajută la monitorizare și arată dacă acesta se
încadrează în plan.

Obiectiv

• Stabilirea timpului necesar desfășurării unui proiect și stabilirea ordinii în care
trebuie să se desfășoare activitățile.

Aplicabilitate

• Întrucât diagramele Gantt sunt ușor de înțeles și de realizat – sunt utilizate de
majoritatea managerilor de p roiect în toate proiectele complexe;

Facultatea de Inginerie Electrică și Știința Calculatoarelor,
Departamentul Automatică și Tehnologia Informației
Robotică

59
• Pot fi folosite în planificarea de proiecte și stabilirea perioadei de desfășurare a
proiectelor.

Avantaje

• Ilustrează limpede stadiul unui proiect;
• Poate fi adaptată des, pentru a ilustra stadiul actual al s arcinilor;
• Ajută la rezolvarea interdependenței temporale a sarcinilor.

Dezavantaje

 Orice sarcină a unui proiect e mult mai complexă decât o reprezentare minimală
întro diagramă, neputându -se exprima munca alocată, resursele umane implicate
sau dificultățile întâlnite;
 Pot fi semnalate doar întârzierile, amânările sau depășirea termenelor limită.

Condiții

 Diagrama Gantt îi obligă pe membrii unui grup să vadă cla r ce au de făcut pentru
a- și atinge scopul;
 Softul poate simplifica redactarea și aducerea la zi a unei astfel de diagrame.

Fig.6 .19 Diagrama Gantt a sistemului

16-dec.-17 30-ian.-18 16-mar.-18 30-apr.-18 14-iun.-18DocumentațieRealizarea modelului CADAchiziționare componenteRealizarea elementelor componenteAsamblare urmăritorProgramareTestare
01.02.201816.03.201821.03.201808.04.201825.04.201802.04.201804.05.2018
354201553010
Data inceperii Durata

Facultatea de Inginerie Electrică și Știința Calculatoarelor,
Departamentul Automatică și Tehnologia Informației
Robotică

60

Facultatea de Inginerie Electrică și Știința Calculatoarelor,
Departamentul Automatică și Tehnologia Informației
Robotică

61
Cap. VII . Concluzii

Funcțiile impuse sistemului au fost realizate. Funcțiie de rotatie pe doua axe și
urmarire solară se încadrează în limitele de mișcare impuse. Pe viitor se propune
proiectarea și realizarea unui urmăritor de soare si a unui circuit care cu ajo torul
panourilor fotovoltaice sa poata stoca energia intr -o baterie.

Contribuție proprie:

 Calculele cinematicii sistemului;

 Proiecatrea sistemului mecanic;

 Proiectarea și simulara sistemului eletric;

 Proiecatrea și realizarea codului ;

 Realizarea sistemului:

o Realizarea elementelor componente ale sistemului;

o Asamblarea părților componente.

 Calibrarea, montarea și citirea senzorului de lumina (fotorezitorului);

Facultatea de Inginerie Electrică și Știința Calculatoarelor,
Departamentul Automatică și Tehnologia Informației
Robotică

62

Facultatea de Inginerie Electrică și Știința Calculatoarelor,
Departamentul Automatică și Tehnologia Informației
Robotică

63
Cap. VIII. Diseminare

Fig. 7. 1 Prezentare la Sesiunea de Comunicări Științifice

În cadrul concursului “Sesiunea de Comunicări Științifice” 2018 am obținut locul 3
la sectiunea de Robotică

Facultatea de Inginerie Electrică și Știința Calculatoarelor,
Departamentul Automatică și Tehnologia Informației
Robotică

64

Facultatea de Inginerie Electrică și Știința Calculatoarelor,
Departamentul Automatică și Tehnologia Informației
Robotică

65

Cap. IX. Bibliografie

[1] http://www.oasismontana.com/zomeworks.html
[2]https://www.altestore.com/store/solar -panel -mounts/active -solar –
panel trackers/wattsun -solar -trackers/wattsun -dual-axis-trackers -p5508/
[3 ]https://www.revisionenergy.com/solar -power -for-your-home/solar -trackers/
[4] Oniga Mihai Andrei, Concentrator solar cu receptor fotovoltaic ,Universitatea
Politehnica București Facultatea de Automatică și Calculatoare Departamentul de
Automatică și Ingine ria Sistemelor, București 2014.
[5] http://www.termo.utcluj.ro/regenerabile/5_2.pdf
[6] Vergu Mihai , Sisteme de prehensiune antropomorfe , Brasov 2016
[7] Gheorghe Leonte MOGAN ,Sistem Interactivde învățare a teoriei și de instruire pentru
proiectarea Or ganelor de Mașini (SIOM),TRANSMISII CU ROȚI DINȚATE
[8]http://cursuri.flexform.ro/courses/L2/document/ClujNapoca/grupa1/Aranyi_Iuli/site/f ot
orezistenta.html
[9] https://ro.wikipedia.org/wiki/Voltmetru
[10] https://ro.wikipedia.org/wiki/Ampermetru

Facultatea de Inginerie Electrică și Știința Calculatoarelor,
Departamentul Automatică și Tehnologia Informației
Robotică

66

DECLARAȚIE PRIVIND ORIGINALITATEA LUCRĂRII DE ABSOLVIRE/ LUCRĂRII
DE LICENȚĂ/ PROIECTULUI DE DIPLOMĂ/ DISERTAȚIE

UNIVERSITATEA TRANSILVANIA DIN BRAȘOV
FACULTATEA ……Inginerie Electrică și Știința Calculatoarelor…………………….……..
PROGRAMUL DE STUDII …………Robotică………………………………………………….
NUMELE ȘI PRENUMELE ……..Eftimie Cristian Andrei……………………..……………..
PROMOȚIA……. 2018 …………..
SESIUNEA DE ABSOLVIRE/ LIC ENȚĂ / DIPLOMĂ / DISERTAȚIE …….Licență ……………
DENUMIREA LUCRĂRII / PROIECTULUI/ DISERTAȚIEI …………. ……………………………..
…….Proiectarea ,simularea, si realizarea unei celule fotovoltaice …………………………
CADRUL DIDACTIC ÎNDRUMĂTOR …….. Prof.Dr.Ing. Claudiu POZNA ………………
Declar pe propria ră spundere că lucrarea de față este rezultatul muncii proprii,
pe baza cercetărilor proprii și pe baza informațiilor obținute din surse care au fost citate
și indicate conform normelor etice, în textul lucrării/proiectului, în note și în bibliografie.
Declar că nu s -a folosit în mod tacit sau ilegal munca altora și că nici o parte din
teză/proiect nu încalcă drepturile de proprietate intelectuală ale altcuiva, persoană fizică
sau juridică.
Declar că lucrarea/ proiectul nu a mai fost prezentat(ă) sub aceas tă formă
vreunei instituții de învățământ superior în vederea obținerii unui grad sau titlu științific ori
didactic.
În cazul constatării ulterioare a unor declarații false, voi suporta rigorile legii.

Data: Nume, prenume, semnătura Absolvent
Eftimie Cristian Andrei