Conceperea Si Realizarea Practica a Unui Panou Solar cu Doua Axe de Urmarire a Soarelui

LUCRARE DE LICENȚĂ

Conceperea și realizarea practică a unui panou solar cu două axe de urmarire a soarelui

Structura lucrării

1. Argument

2. Energie solară și electricitate

2.1 Energia solară

2.2 Celule fotovoltaice

3. Configurarea sistemului de urmărire cu două axe

3.1 Concepte pentru punere în funcțiune și a modului de urmărire

3.2 Alegerea materialelor și componentelor necesare realizării proiectului

4. Dezvoltarea practică a proiectului

4.1 Realizarea schemei electrice de funcționare

4.2 Realizarea PCB – Printed Circuit Board

4.3 Dezvoltarea software pentru punere în funcțiune

5. Studiu de caz

6. Concluzii

7. Note bibliografice

8. Bibliografie

9. Anexe

Argument

În momentul de față se înregistrează o creștere accentuată în ceea ce privește consumul de energie și implicit a costurilor acesteia, datorită unei dezvoltării demografice accentuate.

Dezvoltarea economică și socială a societății umane actuale impune printre altele asigurarea și găsirea unor modalități noi cât mai eficiente în privința resurselor energetice. Actual pe Pământ partea cea mai semnificativă de energie se produce pe baza combustibililor fosili cum ar fi cărbuni, țiței și gaze naturale, resurse ce se vor termina în acest secol după parerea experților. Folosirea acestor combustibili atrage după sine o consistentă poluare a mediului, poluare ce duce la o serie de schimbări climatice și imposibilitatea de a mai putea respira un aer curat. Toate acestea puse pe fondul unei dezvoltări demografice fără precedent, nu fac decât să ne îngrijoreze în legătură cu viitorul nostru chiar apropiat! O altă sursă majoră în obținerea energiei electrice o reprezintă centralele nucleare. Dar și în cazul acestora există o parte nu tocmai plăcută legată de depozitarea deșeurilor provenite de la aceste centrale. Astfel că resursele regenerabile sau energia verde, capătă în acest context o importanță și o atenție tot mai mare. Necesitatea asigurării nevoilor energetice nu se poate realiza în contextul în care actualele rezerve de energie sunt finite. În acest sens, calitatea regenerabilă a energiei verzi îi dă un potențial mult superior actualelor mijloace de procurare a energiei.

Astfel, prezentul demers își propune să arate importanța îmbunătățirii mijloacelor de obținere a energiei regenerabile, atât în general, cât și în particular. Prin energie verde, se înțelege o energie care fie se regenerează de la sine în scurt timp, fiind rezultatul unor procese naturale, fie este inepuizabilă. Aceste energii sunt regenerabile și nepoluante, fiind în acest context vitale dezvoltării în continuare a societății noastre. Energia verde, fiind nepoluantă, reduce enorm impactul asupra mediului, față de celelalte tipuri de producere a energiei.

Astfel energia luminii solare, cea a vântului, a apelor curgătoare și a mareelor, a apelor geotermale sau proceselor biologice, reprezintă modalități de captare și utilizare a unor energii verzi. Energia dată de apele curgătoare este de multă vreme exploatată, dar aceasta are și ea limitările ei. Limitări date de posibilitatea de a construi pe un râu de exemplu doar un număr limitat de hidrocentrale. Astfel că dintre toate energiile verzi se detașează net energia solară, ca o energie ce rămâne nelimitată. Soarele, steaua sistemului nostru solar, va rasării in fiecare zi pentru cel putin câteva milioane de ani. Deci să ne pregătim sa luăm acestă energie.

Cea mai accesibilă și constantă sursă de energie regenerabilă este desigur lumina solară. În acest sens, se poate afirma că încercarea de captare a energiei solare, dar mai ales succesul acestei tentative reprezintă următorul pas în satisfacerea nevoilor energetice ale planetei prin utilizarea unor surse regenerabile.

Principala metodă pentru captarea energiei solare constă în utilizarea panourilor solare. Această tehnologie nu este nouă, însă în ultimii ani a avut parte de o dezvoltare considerabilă. Diferă însă atât mijloacele de aplicare, cât și cele de utilizare. Ca atare, are o importață deosebită în acest sens ca cei din domenii de inginerie să înțeleagă importanța acestui demers și o invitație la aprofundarea tehnologiilor asociate acestui domeniu. Însă panourile solare, ca mijloc tehnologic, cât și prin gama largă de utilizare, reprezintă o nișă tehnologică cu un potențial ridicat. Actualul demers se axează în principal pe prezentarea unei imagini generale a ceea ce înseamnă panourile solare, dar mai ales aplicații practice care arată potențialul ridicat al acestora.

Interesul pentru acest aspect al energiei verzi este ușor motivat prin faptul că adoptarea soluției cu panouri solare pentru producerea și stocarea energiei electrice poate fi o rezolvare reală, fiabilă pentru o serie de instituții ca școli, spitale dar și locuințe. Această investiție abordată de o manieră corectă economic și practic este amortizabilă în timp destul de scurt, circa 2 până la 4 ani maxim, fiind astfel foarte atractivă și benefică la nivel de individ și de comunitate.

Proiectul de față își propune realizarea la o scară miniaturală, a unui concept veridic realizabil in practică de captare, stocare și utilizare a energiei electrice provenite din lumina solară.

Astfel au fost minuțios pregatite faza de concept, de alegere a componentelor, de legare, comunicare, stocare și folosință. Este de asemenea foarte important pentru proiect ca domeniul ingineriei și tehnologiile aferente temei propuse să fie intelese și propagate tot mai mult.

Proiectul de a realiza o maximizare a energei ce poate fi preluată de la soare, prin urmărirea sa pe doua axe, păstrând o aliniere permanentă față de acesta. Un sistem funcțional va fi construit pentru a valida tot ceea ce mi-am propus alături de probleme și îmbunătățiri ce vor fi aduse.

Pentru proiectarea și construirea sa vom include o serie de componente necesare: microcontroler, realizarea unei placi de montare microcontroler și a componentelor aferente funcționării acestuia și a intregului montaj, panou fotovoltaic, senzori de lumină, servo motoare comandate digital, un display cu 4×20 caractere pentru afișarea unor rezultate și informații, stabilizatoare de tensiune, acumulatori pentru energia necesară funcționării acestuia și înmagazinarea celei produse. Pentru proiectarea cablajului imprimat și realizarea schemei mediul de proiectare am folosit mediul Proteus. Microcontrolerul va fi programat cu ajutorul MPLAB IDE (Integrated Development Environment) de la Microchip, care este și mediu de programare, mediu de simulare și debug. De asemenea vom avea nevoie de un programator pentru a transfera programul realizat cu MPLAB în microcontroler, pentru aceasta voi folosi programatorul PICkit 3.

Capitolul I – Energia solară și electricitate

I.1 Energia solară

Energia solară este produsă prin acapararea unei părți a energiei radiate de soare. Aceasta poate fi transformată în energie electrică sau energie termică. Energia electrică se obține din conversia energiei solare prin efectul fotovoltaic. Energia termică se poate obține din expunerea directă a unor instalații sau folosirea unor oglinzi cu rol de amplificare și direcționare asupra unor instalații. Din energia termică cu diferite medii de transfer și diverse aplicații practice, se poate obține apoi energie electrică în urma unor conversii. Exemplu ar fi în acest sens obținerea din energie termică a aburului care va antrena la rândul său o turbină de axul căreia va fi montat un generator. Deși este o energie regenerabilă și ușor de produs există o serie de impedimente legate de faptul că soarele are un ciclu de alternanță zi-noapte și că nu radiază constant de-a lungul zilei. În zilele înnorate norii se comportă ca un ecran pentru radiația solară, iar față de un loc fix de pe Pământ în timpul unui an calendaristic, își modifică elevația pe cer și timpul de strălucire. Totuși, aceste impedimente sunt minore având în vedere cât de mult putem câștiga de pe urma energiei solare.

Una dintre problematicile importante legate de tema energiei verzi o reprezintă randamentul de obținere a acestor energii prin diverse mijloace. Acest randament putem spune că diferă în funcție de tipul de energie verde folosit. În cazul energiei eoliene randamentul poate ajunge până la aproximativ 50-60%, pe când în cel al energiei solare doar 12-18% și doar în cazul folosirii unor tehnologii scumpe trece de 20% ajungând la 25% maxim. Aceste procente reprezintă partea ce poate fi convertită din aproximativ 1kWh/m2 energia dată de soare în condiții relativ bune. Pentru zona de Vest a țării noastre este chiar mai mare, atingând între 1125-1500kWh/m2. În continuare voi prezenta o serie de date și hărți, ce sunt publice si actualizate atât prin măsurări interactive făcute la sol (pyranometru) cât și din satelit (geostaționari si cu orbitare polară) asupra iradiației directe și difuze pentru Timișoara de catre PVGIS [1] – Photovoltaic Geografical Information System.PVGIS este subordonat CE (European Commision) și JRC (Joint Research Center) și a IET (Institue for Energy and Transport). Estimarea următoare este făcută pentru un panou fotovoltaic de 1000W, realizat cu celule de siliciu monocristalin și cu o serie de pierderi însumate de 24.9% din: temperatura panou 9.4%, efecte ale reflexiei unghiulare 2.9% și cabluri electrice și invertoare 14%

Fig.1 Harta solara a României și evoluția soarelui față de orizont

Harta României (Fig.1) pentru Timișoara reliefează valori între 1125 la 1550 kWh/m2.

Unde Hm este suma medie a radiației primită de modul pe m2 (kWh/m2)

Em este aceeasi măsurătoare dar pe o lună, Ed pe o zi.

Din cele doua tabele rezultă că diferența este 32.89% câștig pentru sistemul cu doua axe de mișcare față de cel fix pentru sistemul dat și instalat în Timișoara. Desigur acest câștig în cazul de față este mai mic deoarece avem de a face cu un panou monocristalin ce are un câștig maxim comparativ cu alte panouri.

I.2 Celule fotovoltaice

Producerea energiei electrice cu ajutorul panourilor solare derivă din conversia energiei conținute de razele soarelui în curent electric prin efectul fotovoltaic. Partea cea mai importantă în acest proces o reprezintă celula solară.

Fig.4 Structura constructivă a fotocelulei

După cum se vede în fig.4 celula are două straturi cu proprietăți semiconductoare, unul de tip N format din dopare cu fosfor, unul de tip P format din dopare cu bor. Celula solară este realizată asemănător principiului constructiv al unei diode. Deci are în componența sa materiale semiconductoare. Siliciul este unul dintre materialele cel mai des întâlnite dar nu numai [2]. În Fig.5 putem observa structura cristalina a siliciului care tridimensional este un cub cu câte un atom de Si în fiecare colț al acestui cub. Apoi in Fig.6 este arătat felul în care apare configurația cristalului dopat cu goluri(ar putea fi bor). Între cele două straturi este un strat izolator în care la momentul lovirii de către fluxul de fotoni se va crea un câmp electric ce va genera un curent în momentul conectării celulei electrice la un consumator. Fotonii sunt particule minuscule dar care poartă o anumită cantitate de energie. Atunci când un foton este absorbit el eliberează un electron din materialul celulei solare. O parte semnificativa din fotonii care alcatuiesc radiatia solara, au un nivel energetic insuficient pentru a determina trecerea electronilor de pe stratul de valență pe cel de conductie. Energia fotonilor cu nivel energetic prea scazut, se transforma în caldura si nu în electricitate. Apar pierderi optice datorate reflexiei radiației solare, pe suprafața celulelor fotovoltaice.

Apar pierderi datorate rezistenței electrice a materialului semiconductor sau cablurilor electrice de legătură. Defectele de structură a materialelor din care este realizată celula fotovoltaică înrăutățesc performanțele acestora. Uzura elementel energetic insuficient pentru a determina trecerea electronilor de pe stratul de valență pe cel de conductie. Energia fotonilor cu nivel energetic prea scazut, se transforma în caldura si nu în electricitate. Apar pierderi optice datorate reflexiei radiației solare, pe suprafața celulelor fotovoltaice.

Apar pierderi datorate rezistenței electrice a materialului semiconductor sau cablurilor electrice de legătură. Defectele de structură a materialelor din care este realizată celula fotovoltaică înrăutățesc performanțele acestora. Uzura elementelor fotovoltaice este dată de condițiile mediului înconjurător și modalitatea de montaj a acestora. Ele au o durată de viață de aproximativ 20 de ani. Randamentul acestora poate scadea în timp după un ritm conform cu specificațiilor producătorului.

După cum se vede în Fig.7 referitor la tipurile de celule solare [3], clasificarea celulelor solare o putem face după modelul constructiv in celule cristaline și celule thin film. Majoritatea au ca bază materia constructivă siliciul dar nu numai, astfel că avem următoarele alte tipuri constructive pe care le vom analiza mai jos și performanțe , costuri și implicare a mediului dar și ca volum de acaparare a pieței de celule fotovoltaice sau PV (photovoltaic cell) în termeni internaționali.

Celulele fotovoltaice din fig.8 le putem clasifica după materialele din care sunt construite, bineânțeles vorbim despre materiale semiconductoare, care întradevăr funcție de natura lor vor conferi atribute specifice fiecărui tip constructiv. Pentru a ne face o idee asupra proprietăților acestora imaginea din Fig.9 este foarte sugestivă. Diferite materiale semiconductoare pot genera asmblate într-o celulă fotovoltaică tensiuni diferite și procente de randament al conversiei diferite. În cele ce urmează vom face o trecere în revistă a principalelor materiale semiconductoare folosite la fabricarea celulelor fotovoltaice.

A. Celule fotovoltaice pe bază de siliciu:

a. monocristaline (c-Si) – strat gros, randament mare ce ajunge peste 20%,au tehnica de fabricație pusă la punct dar cu proces de fabricație energofag (influența negativă asupra perioadei de recuperare), relativ stabile la temperatură

b. policristaline (mc-Si) – strat gros, randament de peste 16%, proces de productie cu consum relativ mic de energie, au cel mai bun raport preț- performanță, mai putin eficiente la temperatură

c. siliciu amorf (a-Si) – strat subțire, se obțin din vapori de Silan și nu au structură cristalină, randament energetic aproximativ de 7%, proces facil de fabricație și în cantități mari – TW, acest tip de celule valorifică bine lumina difuză ce le face interesante pentru jucării, ceasuri și au 5% pe piață. În această rețea atomică apar și numeroase defecte, care diminuează performanțele electrice ale materialului. Grosimea stratului amorf de siliciu, obținut prin această metodă este mai mică de1µm. Pentru comparație, grosimea unui fir de păr uman este de 50…100µm. Costurile de fabricație ale silicului amorf sunt foarte reduse, datorită cantității extrem de reduse de material utilizat, dar eficiența celulelor fotovoltaice care utilizează siliciu amorf este mult mai redusă decât a celor care utilizează structuri cristaline de material.

d. siliciu cristalin (µc-Si) – strat subtire, se folosește în combinație cu cel amorf

Grosimea straturilor active constructive variază între 0.001 și 0.2 mm. Celulele cristaline sunt mai groase iar cele thin film după cum se numesc sunt mai subțiri [4].

B. Celule fotovoltaice GaAs – care au un randament mare, foarte stabile la temperatură, rezistente la radiația ultravioletă, folosite preponderent în industria spațială, cost fabricație mare și apar în combinații: GaInP/GaAs sau GaAs/Ge. O altă aplicație importantă de GaAs este de celule solare de înaltă eficiență. Arseniură de galiu (GaAs) este, de asemenea, cunoscută ca un mono cristal de film subțire și sunt scumpe, dar au eficiență ridicată ca celule solare. Au reușit performanța de 28.8% în randamentul de a produce electricitate.

C. Celule fotovoltaice CdTe – obținute printr-o tehnologie foarte avantajoasă CBD, nu se cunoaște fiabilitatea, in laborator randament 16% , posibil de a nu fi folosite pe piață din motive de protecția mediului, anume a toxicității cadmiului. Este o tehnologie ce se bazează pe utilizarea cadmiului peliculă subțire telur , un strat semiconductor conceput pentru a absorbi și de a converti lumina solara în electricitate. Cadmiu-telur PV este singurul tip de fotovoltaice în tehnologie cu film subțire hotărâte în a depăși celulele cu siliciu în preț pentru o parte semnificativă a pieței de PV, și anume în sisteme multi – kilowați. Celula CdTe PV este cea mai importantă din punct de vedere ecologic în acest tip de nouă tehnologie, deoarece oferă o soluție la cheie problemelor ecologice, inclusiv schimbărilor climatice, securității energetice, precum și unui deficit de apă, de asemenea, este considerată tehnologie PV cea mai curent eco-eficientă atunci când se compară o serie de scenarii de aplicare ca de exemplu, aplicații pe acoperiș comerciale sau teren pe scară largă în montaje și aplicații . Pe baza ciclului de viață, CdTe PV are cea mai mica amprenta de carbon, cea mai mică utilizare de apă și cel mai rapid timp de recuperare de energie a tuturor tehnologiilor solare . Un timp de recuperare a energiei rapidă permite PV pentru a scala cu reduceri mai rapide de carbon, fără a provoca deficite de energie pe termen scurt [5] .

D. Celule fotovoltaice CIS, CIGS – sau cupru-indiu-diselenid CuInSe2 respectiv cupru-indiu-disulfat, respectiv cupru-indiu-galiu-selenid sunt produse de firme Germane si Suedeze. IGS este una dintre cele trei tehnologii principale fotovoltaice cu film subțire, celelalte două fiind din cadmiu-telur și siliciu amorf. Ca aceste materiale, straturile CIGS sunt suficient de subțiri pentru a fi flexibile, permițând să fie depus pe substraturi flexibile. Cu toate acestea, toate aceste tehnologii în mod normal folosesc tehnici de depunere de înaltă temperatură, cele mai bune performanțe în mod normal provin din celule depuse pe sticlă. Chiar și atunci performanța este marginală în comparație cu panouri moderne pe bază de siliciu policristalin. Progresele în depunerea de temperatură scăzută de celule CIGS au șters o mare parte din această diferență de performanță, chiar și cu un design flexibil. Piața de PV-film subțire a crescut la o rată anuală de 60%, 2002-2007 și este încă în creștere rapidă. Prin urmare, există un stimulent puternic pentru a dezvolta și de a îmbunătăți metodele de depunere pentru aceste filme, care va permite costuri mai mici și cu randament crescut.

E. Celule fotovoltaice bazate pe compuși organici – Celule solare din compuși organici utilizează legături carbon-hidrogen care au proprietăți semiconductoare. În acești semiconductori lumina excită goluri/electroni din legăturile de valență, care însă au un spectru de lungime de undă destul de restrâns. De aceea, deseori se utilizează două materiale semiconductoare cu nivele de energie puțin diferite pentru a impiedica dispariția acestor purtători. Randamentul pe o suprafață de 1cm² se cifrează la maximal 5 % (situatia la nivel de ianuarie 2007), dar sunt încă în studiu [6].

F. Celule fotovoltaice pe bază de pigmenți – Acest tip ce celule se mai numesc și celule Grätzel. Spre deosebire de celulele prezentate până acum, la celule Grätzel curentul se obține prin absorbție de lumină cu ajutorul unui pigment, utilizându-se oxidul de titan ca semiconductor. Ca pigmenți se utilizează în principiu legături complexe al metalului rar ruthenium, dar în scop demonstrativ se pot utiliza și pigmenți organici, de exemplu clorofila, sau anthocian (din mure), dar au o durată de viață foarte redusă. Modul de funcționare al acestui tip de celule nu este încă pe deplin clarificat; este foarte probabilă utilizarea comercială, dar tehnologia de producție nu este pusă la punct.

G. Celule fotovoltaice cu electrolit semiconductor – De exemplu soluția oxid de cupru/NaCl. Sunt celule foarte ușor de fabricat dar puterea și siguranța în utilizare sunt limitate.

H. Celule fotovoltaice pe bază de polimeri – sau OPV adică organic photovoltaic, sunt încă în faza de cercetare dar unele reușite sunt deja. Firma Americana KONARKA, a reușit creearea unor pelicule fine de polimeri din material plastic. Aceste materiale oferă beneficiile unei tehnologii ieftine a unor materiale flexibile, dar din nefericire încă un randament mic în comparație cu alte tehnologii. Acest tip de celule a fost certificat de Laboratorul Național pentru Energie Regenerabilă (NREL) cu un randament de aprox. 8.3%. Este spectaculoasă evoluția acestor materiale, care în doar trei ani au ajuns de la procente infime la acest rezultat, fiind practic la jumătatea performanțelor celulelor din materiale consacrate. Ele sunt în prezent comercializate sub formă de role de 152 cm lățime iar lungimea fiind practic nelimitată.

I.3 Panouri fotovoltaice

Posibilitatea generării energiei electrice cu panouri solare fotovoltaice este o soluție viabilă în toate regiunile din România atât pentru sisteme fotovoltaice independente cât și pentru realizarea unor centrale fotoelectrice conectate la sistemul energetic național. Țara noastră este privilegiată din punct de vedere al nivelului energiei solare, nivelul iradianței solare fiind mai mare decât în țările din Europa de Vest cu tradiție în utilizarea acestor sisteme, fiind intre 1000-1300Wh/m2.

Elementul constituant al unui panou solar este celula solara. Deoarece această unitate este foarte mică, este nevoie ca aceste celule sa fie interconectate între ele pentru a forma module și sunt interconectate între două straturi, unul transparent deasupra și unul protector în partea de jos, pentru a forma un panou solar. Modulele fotovoltaice consista în circuite fotovoltaice sigilate într-un mediu de protecție laminat ele fiind blocurile fundamentale construite din sisteme fotovoltaice. Tensiunea oferită de o celulă în cazul celor de siliciu este de aproximativ 0.5V (Si amorf) iar curentul în gol de aproximativ 0.2-0.3A pentru o celulă. Este în acest moment foarte clar că apare necesitatea de a face o serie de legături în serie sau paralel de a uni mai multe celule între ele pentru a ne încadra într-o capacitate de lucru. Pentru a putea obține un curent mai mare e nevoie de legare în paralel. Pentru a obține o tensiune mai mare, aceste celule trebuiesc legate în serie. Panourile fotovoltaice includ una sau mai multe module fotovoltaice asamblate ca unități de domeniu instalabil. Toate aceste lucruri sunt exemplificate în Fig.10, unde se poate observa trecerea constructivă pe etape de la celula solară la matricea solară. O matrice fotovoltaică [7] este unitatea generatoare de putere completă, constând în orice număr de module și panouri fotovoltaice și au relația constructivă din imaginea de mai jos:

Durata de viață a unei matrici fotovoltaice este evident relaționată de durata de viață a celulei din care este construită, dar și din modul în care fiecare modul a fost montat in matrice. De regulă durata de viață este de 20-25 ani, funcție de producător. Randamentul de asemenea va scădea în timp, dar procentul maxim cu care scade nu depașește 15-18%. Uzura va fi dată de mediul înconjurător și de modalitatea de montaj a acestuia. Dintre matrici, panourile cele mai folosite pentru zona rezidențială sunt cele de 50W sau 75W iar pentru centrale fotovoltaice de puteri mari sunt cele de 220W pana la 300W. Pentru a ne face o idee, suprafața unui panou de 50W este în jur de 0.5m2. Utilizarea tehnologiilor înalte și creșterea capacităților de producție le-au făcut accesibile atât pentru aplicații industriale cât și casnice, fiind în prezent o soluție accesibilă pentru producerea energiei electrice în zone izolate. În Fig.11,12 și 13 de mai jos putem vedea construcția unor panouri realizate din materiale diferite, respectiv: din celule monocristaline de Si, policristaline și amorfe .

Randamentul mare al unui panou atrage costuri de producție mari și automat rezultând un preț de comercializare mai mare pe unitatea de putere. Garanția unui astfel de panou, pentru o putere de ieșire mai mare de 80% trebuie sa fie de cel puțin 25 ani.

Panourile fotovoltaice monocristaline (vezi Fig.11) au performanțele cele mai ridicate, având o eficiență (randament) de 18% și au lipiturile de contact intre celule pe spatele lor – 'back contacts'. Încapsularea celulelor se face intre un strat de sticlă și unul de tedlar. Eliminarea lipiturilor de pe fața panourilor crește randamentul pe suprafață, dar poate genera o serie de probleme dacă una dintre borne nu va fi legată la pământ. Costuri suplimentare vor fi generate prin utilizarea unor incărcătoare si invertoare care să permită legarea la pământ.

Panourile voltaice monocristaline reprintă soluția optimă în cazul unui spațiu disponibil limitat. Aceste panouri au o capacitate instalată cu 3-5% mai mare ca panourile fotovoltaice policristaline și 7-10% mai mare dacă se vor utiliza panouri fotovoltaice amorfe. Este de preferat a se ține cont de modul recomandat de fabricant pentru montare pentru a nu se ajunge la diminuări de până la 50% din puterea nominală.

Panourile fotovoltaice policristaline (vezi Fig.12) au o răspândire mare, sunt realizate într-o diversitate mare de puteri și fac parte dintre cele mai utilizate tipuri de panouri. Aceste panouri au un preț destul de scăzut și au performanțe/randament relativ apropiate de cele monocristaline, cu 3-5% mai puțin.

În acest tip de panouri siliciul cristalizează neuniform spre deosebire de cele monocristaline, astfel că suprafața acestor panouri și culoarea nu sunt uniforme. Îmbunătățirea continuă a tehnologiilor de fabricație la panourile fotovoltaice policristaline, determină ajungerea eficienței lor la nivelul celor momocristaline standard. Garanția acestora fiind și ea pentru 25 de ani și menținerea puterii inițiale mai mare de 80% pentru această perioadă.

Dacă nu există limitări de spațiu acest tip de panouri reprezintă soluția cea mai bună pentru orice aplicație, de orice putere, cu cost scăzut, arie de răspândire mare și performanțe apropiate de cele monocristaline.

Panourile fotovoltaice amorfe (vezi Fig.1) reprezintă practic o generație mai nouă față de cele cristaline dar și mai puțin răspândite. Obținerea acestor tipuri de panouri se face prin depuneri în straturi succesive ale materialului semiconductor, obținându-se grosimi de ordinul 1-2 microni. Datorită faptului că se consumă puțin material semiconductor se obțin reduceri de costuri de 30%. Pe de altă parte, în procesul de fabricație fiecare celulă se încapsulează între doua straturi de sticlă, lucru ce face ca aceste celule să fie de două ori mai grele față de cele cristaline. Ca materiale semiconductoare se folosește siliciu amorf (a-Si), cupru indiu galiu (CIS), cupru indiu galiu seleniură (CIGS) și telulura de cadmiu (CdTe). Comercializarea se face cu ramă de aluminiu, fară ramă sau covoare flexibile ce pot fi montate pe acoperiș. Panourile fotovoltaice amorfe au răspuns foarte bun legat de spectrul luminii, acoperind de 2 până la 5 ori mai mare banda de lungimi de undă. Acest lucru determină o mai bună funcționare în condiții de cer innorat sau lumină mai slabă. Ele ar putea fi recomandate la montarea pe acoperișuri sau fațade de sticlă, putând fi opace sau semitransparente. Fațadele de sticlă fiind realizate din panouri fotovoltaice capătă valoarea de a furniza energie electrică pe lângă cea decorativă, având astfel o investiție cu timp scurt de amortisment.

Panourile fotovoltaice amorfe au încă o raspândire redusă, dar se caută noi tehnologii, investindu-se sume foarte mari în cercetare, pentru a depășii randamentul lor redus: circa 7% la amorfe cu siliciu și 13% pentru CIS/CIGS.

CAPITOLUL II Configurarea sistemului de urmărire cu două axe

II.1 Concepte pentru punere în funcțiune și a modului de urmărire

În timp ce o cantitate imensă de cercetare și finantare converg în direcția de a mări eficiența celulelor fotovoltaice cu încă câteva procente, există o soluție disponibilă de a produce o crestere a puterii produse ușor cu 40% prin folosirea unui sistem de urmărire cu două axe.

Astăzi putem spune că evaluativ în funcție de sistemul ales și metoda de tracking putem avea costuri de punere în funcțiune de la 3 Ron/Watt produs la 9 Ron/Watt produs.

Mișcarea panoului va trebui să fie fidelă mișcării soarelui pe cer. În funcție de ziua din an și de latitudinea observatorului, punctele în care răsare si apune soarele sunt afectate și, de asemenea, perioada de timp în care soarele se află deasupra orizontului. Locația soarelui pe cer este descrisă ca având doua componente: mișcarea sa zilnica în jurul orizontului azimut și înălțimea sa deasupra orizontului elevația, vezi Fig.14. Elevația sau altitudinea variază în funcție de anotimpuri și de locația observatorului. Traiectoria este cea mai ridicată in 21 iunie și cea mai joasă in 21 decembrie. Soarele călătorește pe cer de-a lungul a șapte traiectorii principale. Fiecare dintre celelalte cinci traiectorii este pentru două luni dintr-un an. De exemplu, traiectoria de pe 21 martie este aceeași cu cea de pe 23 septembrie.

Marea provocare în acest caz o reprezintă maximizarea obținerii acestei energii prin menținerea panoului solar pe o poziție de incidență foarte apropiată de perpendiculara radiației solare față de panoul solar [8].

Lucrarea de față își propune conceperea și realizarea practică a unui sistem de panou solar cu urmărirea soarelui pe două axe cu partea de software și hardware aferentă. Proiectul are în vedere construcția cu două axe, ex. Fig.15, datorită traiectoriei soarelui pe boltă și pentru a reliefa eficiența cu până la 35% sau mai mult (pentru Timișoara) a unei astfel de construcții. În cazul construcției cu două axe modul de urmărire este deosebit de acurat. Singurul impediment în acest caz apare în momentele de cer noros, dar el totuși va încerca să caute locul mai luminos de pe cer.

Sistemul ce urmează a fi construit pentru un scenariu cât mai aproape de realitate va trebui gândit pentru a preîntâmpina o serie de vicisitudini ale naturii: apa de la ploaie, vântul și temperatura la care poate ajunge panoul datorită mediului ambiant și radiației solare. Temperatura în cazul anumitor tipuri de celule solare poate diminua randamentul acestora, la fel cum apa, sau vântul peste o anumită viteză o pot produce deteriorări ale sistemului.

Panourile solare cu urmărirea pe două axe, vor avea valori maxime de conversie în orice scenariu și doar tipul constructiv al panoului solar va putea aduce o creștere suplimentară de energie obținută în urma conversiei. Din studiile actuale un randament mai bun s-ar putea obține cu panouri monocristaline de siliciu (c-Si), ele având randamentul cel mai mare, trecut de 20%, dar care sunt mai scumpe. Panourile policristaline (mc-Si) sunt ceva mai ieftine dar au și un randament mai scăzut de 16%, dar sunt în acest moment cea mai bună opțiune preț-calitate [9].

O altă problemă de care trebuie ținut cont, la achiziționarea unui panou solar o reprezintă așa numitul fill factor. Adica factor de umplere sau cât în procente reprezintă raportul dintre puterea nominală a panoului și cea teoretică. Astfel în realitate vom avea între 70% și 90%. Din acest motiv în cazul încercării de a maximiza cantitatea de energie solară obținută cu un panou solar pentru o suprafață determinată, atunci factorul de umplere este o problemă. Este deasemenea important să analizăm gradul panourilor reprezentat astfel :

– GRAD A – nu are imperfecțiuni și generează la ieșire 100% din specificații – fabricat cu nume de brand

– GRAD B – are imperfecțiuni cosmetice și generează la ieșire 90% din specificații – bune pentru DYI (Do It Yourself – construiește singur)

– GRAD C – conține mici fisuri, chips și are la ieșire între 75 și 90%, bun pentru experimente

– GRAD D – căzut, dezeriorate are la ieșire 25 – 75% bune de jucat

Sistemul de urmărire poate fi implementat în mai multe feluri. Selecția tipului de urmărire depinde de o serie de factori cum ar fi: dimensiunea de instalare, randamentul elctric, stimulente guvernamentale, constrângerile de terenuri, latitudine și condiții meteo locale.

La o catalogare riguroasă distingem trei mari tipuri:

a. Urmărire pasivă – redată sugestiv în fig.16, folosește căldura solară pentru a mișca mecanica panoului, cu ajutorul unui fluid sub formă de gaz comprimat in două rezervoare așezate la est și la vest, acestea acționând asupra unor pistoane care se află în echilibru. Mecanismul funcționează de așa manieră încât dacă unul dintre rezervoare este încălzit va acționa asupra unuia dintre cilindri facând ca panoul să se orienteze către soare. Apoi pe măsură ce se încălzește a doua canistră, acest lucru va determina ca celălalt piston să acționeze în sens opus. Sistemul este fiabil și necesită minim de mentenanță [10].

b. Urmărire activă – se folosește de actionare electrică sau hidraulică și de unele tipuri de reductoare și actuatoare pentru a mișca mecanica panoului. Măsoară cu ajutorul unor senzori de lumină plasați pe panou sau alte locații speciale de susținere sau colimatoare, iar diferențierea informației dintre ei va indica locul în care trebuie să ajungă panoul. Mișcarea se face cu ajutorul unor motoare pas-cu-pas (stepper) sau motoare de curent continuu (DC motor) ce acționează un reductor.Pentru urmărirea activă există două modalități de urmărire:

– urmărire cu o axă – în acest tip de construcție unghiul de elevație ramâne fix și doar cel de azimut va face o mișcare de la est la vest urmărind soarele. Acest tip de urmărire nu este cel mai eficient, dar față de o montare fixă poate aduce un câștig de până la 30% [11].

– urmărire cu două axe – în acest mod constructiv atât unhiul de elevatie cât și cel de azimut se modifică pentru găsirea poziției în care razele soarelui devin perpendiculare pe panoul solar. În acest caz câștigul este maximizat și față de un panou fix ajunge până la 40%.

c. Urmărire în buclă deschisă (open loop) – aici avem două tipuri :

– poziționarea pe baza unui algoritm controlat de un computer se va poziționa panoul în cursul unei zile din calcule astronomice foarte exacte, pe baza unor date care au fost inițial introduse in computer

– poziționarea pe baza unui sistem simplu de timer se va incrementa mișcarea pe timpul zilei

Sistemele cu o axă sut preferate în cazul unor ferme solare de mari dimensiuni. Combinația de îmbunătățire a câștigului de energie cu costuri de producție scăzute și a unei complexități reduse de instalare reprezintă un complex economic convingător pentru stimularea creării unor instalații de mari dimensiuni. Robustețea și simplitatea construcției dă o fiabilitate ridicată ce va menține costuri inerente de întreținere scăzute.

Sistemele cu două axe sunt preferate pentru generarea de energie în locațiile rezidențiale sau de dimensiuni mai mari (ferme solare) acolo unde există facilități financiare din partea guvernului.

Pentru proiectul ales va fi nevoie să specificăm o serie de componente necesare realizării lui în parametrii aleși de funcționare. Astfel vom avea nevoie de un microcontroler, senzor de lumină, ale cărui semnale apoi să le putem interpreta cu ajutorul unui acestuia și care la rândul său să poată da un feedback către motoare pas cu pas ori servomecanisme, display pentru afișare evoluție proces, LED-uri în semanlizarea anumitor procese în desfășurare etc.

Microcontrolerul necesar în acest proiect va si ales după o serie de criterii practice , de funcționare sau economice, din una dintre familiile de microcontrolere (fig.19). Pentru dezvoltarea unei aplicații de tip “embedded system” există mai multe posibilități care trebuie luate în considerare, tinând cont de implicațiile multiple ale acestei alegeri [12].

Vom încerca sa grupăm aceste criterii dupa cerintele impuse aplicației și să prezentăm cateva din ele și la care trebuie dat un raspuns:

Vom ține cont de un cost al aplicației, particular în acest caz este clar că este vorba de un prototip ce va rula cu ajutorul unui microcontroler și vom avea nevoie de un mediu de programare și dezvoltare care dacă nu este gratuit va costa destul de mult.

O mare importanță trebuie acordată timpului de execuție ce va fi determinat de limbajul de programare cunoscut pentru a fi utilizat, de mediul de dezvoltare cu facilitățile oferite de acesta cum ar fi: simulator, sistem de dezvoltare, emulator.

Trebuie cunoscute o serie de caracteristici fizice legate de viteza de prelucrare (de calcul microcontroler) de care avem nevoie, de cantitatea memoriei necesare pentru date și respectiv program [13].

O cerință importantă este cunoșterea alimentării disponibile și care sunt limitările acesteia,

a numărului de I/O intrări – ieșiri analogice, digitale sau de curent mai mare necesare pentru realizarea funcțională a montajului, a resurselor necesare de microcontroler si care ar fi caracteristicile cele mai importante ale acestuia (rezolutie ADC, frecvență de lucru etc).

Este importantă alegerea tipului de capsule, a dimensiunii lor fizice și a numărului de pini.

Stabilirea gamei de temperaturi de lucru necesare, aplicația va functiona într-un mediu cu caracteristici speciale, de exemplu în care există perturbații electromagnetice puternice sau fizice de stres: vânt, apă, temperatură etc.

Trebuie de asemenea cunoscute resursele de comunicație necesare: câte porturi seriale asincrone si cu ce caracteristici și ce tipuri de magistrale seriale sincrone sunt disponibile.

Compatibilitatea, scalabilitatea și dezvoltarea ulterioară va stabilii cu ce tipuri de circuite se poate interfața cat mai simplu: sisteme de afișare, senzori, elemente de comandă și executie (relee, motoare de cc, motoare pas cu pas, etc.).

Este preferabilă o bună documentare pentru a știi dacă există mai multe variante în familia aleasă de microcontrolere, care sa acopere eventualele cerințe suplimentare în materie de viteză de lucru, resurse periferice sau de memorie.

Apoi, dar nu în ultimul rând, ce distribuitori există și cât sunt de acce-sibili pentru mine și care este suportul oferit de fabricant sau distribuitor și care este baza de cunostințe existentă: site-uri web, documentație on-line sau pe CD-uri, note de aplicații, exemple de proiec-tare (reference designs), software din ca-tegoria freeware/shareware și, nu în ulti-mul rând, forumuri de discuții pentru utilizatori.

De ce am ales familia PIC?

Primul PIC a apărut cu 20 de ani în urmă, firma fiind proprietatea General Instruments.

Trebuie amintit că numărul redus de instrucțiuni, sub 40, ușurează foarte mult munca de realizare a programului. PIC este construit pe baza unui procesor de tip RISC, Reduced In-struction Set Computing sau cu set redus de intrucțiuni. Arhitectura lor este de tip Harvard (fig.20), la această arhitectură există spatii de memorie separate pentru program si date [14]. În consecință, ar trebui să existe și magistrale separate (de adrese si date) pentru codul instructiunilor si respectiv pentru date. Principial există astfel posibilitatea execuției cvasiparalele (suprapunerii) a celor două operații menționate anterior. Codul unei instrucțiuni poate fi preluat din memorie în timp ce se execută operațiile cu datele aferente instrucțiunii anterioare. Este posibilă (cel putin teoretic) o execuție mai rapidă, pe seama unei complexități sporite a microcircuitului, mai ales atunci când există și un pipeline. Este arhitectura standard pentru procesoarele numerice de semnal (DSP). Datorită costului mare al implementarii unei astfel de arhitecturi, în cazul microcontrolerelor se întâlnește mai ales o arhitectura Harvard modificată, cu spații de memorie separate pentru program si date, dar cu magistrale comune pentru adrese si date (vezi fig.21).

Ca o caracteristică PIC-urile au lungimea cuvântului de program de 12, 14, 16 biți iar cuvântul de date fiind de 8 biți. Este o familie numeroasă și interesantă de microcontrolere, disponibile sub forma a mai multe serii: PIC 16C5x , PIC 16Fxx, PIC 16Fxxx, PIC 12Cxx, PIC 12Cxxx, PIC 12Exxx, PIC 18Fxxx, PIC 18FxxIxx, PIC 18FxxKxx etc.       

Alegerea PIC a fost făcută deoarece se gaseste la majoritatea magazinelor de componente electronice, este ieftin, dispune de facilităti ce mulțumesc orice electronist, fie el avansat sau incepător ( funcție de familia de microcontrolere PIC aleasă ), poate fi programat ușor ( scheme de programatoare se găsesc pe Internet ) și firma producătoare – Microchip – asigură gratuit tot ce este legat de documentație, scheme cu aplicații și compilatorul pentru limbajul de asamblare. Există mai multe opțiuni pentru scrierea programului de control al aplicației si anume cod mașină, limbaj de asamblare, sau limbaj de nivel inalt, în funcție de viteza de execuție dorită, lungimea programului buget diponibil etc. Forma de program fundamentală este codul mașina, adică instrucțiuni binare care determină CPU să execute operațiile dorite de utilizator.

Limbajul de asamblare este cu un pas in față la limbajul in cod masină. El utilizează abreviațiile numite mnemonici. Mnemonicile sunt mai ușor de reținut decât codul mașină pe care îl înlocuiesc. Deorece codul masină este limbajul pe care CPU îl înțelege este nevoie de o cale de a traduce din limbaj de asamblare în cod mașină. Pentru a realiza acesta se utilizeaza un asamblor care este un soft ce rulează pe calculatorul de birou și traduce în cod mașină.

Limbajul de nivel înalt are un dezavantaj față de limbajul de asamblare prin faptul că fiecare dispozitiv are setul lui de mnemonici deci utilizatorul trebuie să învețe un nou set de mnemonici pentru fiecare familie cu care lucrează. Pentru a evita aceasta problemă limbajele de nivel înalt ca: C, PASCAL, și BASIC urmează o sintaxă standard deci programele scrise pentru un dispozitiv pot fi trecute pe un altul. Ideea este că facând schimbări minore se poate utiliza un limbaj ca BASIC pentru a scrie programe pentru diferite dispozitive. Limbajele de nivel inalt simplifică programarea permițând scrierea într-un rând sau în câteva rânduri a ceea ce ar necesita multe linii de program in limbaj de asamblare.

Senzorul de lumină poate fi ales din o serie de componente electronice fotosensibile cum ar fi: fotodiode, fototranzistori, fotorezistențe[2]. Oricare dintre acestea poate fi un pretendent în realizarea senzorului de lumină.

Fotodiodele sunt fotodetectori capabili să convertească lumina in tensiune sau curent.Timpul de răspuns al unui astfel de dispozitiv este de ordinul nanosecundelor. Astfel, în funcție de intensitatea luminoasă și lungimea de undă a radiației, fotodioda ne dă un raspuns în tensiune – când se află în regim fotovoltaic, sau în curent – când este în regim fotoconductiv[15]. Bineînțeles că vom alege dintre cele două proprietăți ca mod de interes regimul fotoconductiv. Astfel curentul generat la ieșire va fi proporțional cu intensitatea luminii incidente pe ea. Curenții rezultați sunt de ordinul microamperilor și vom avea nevoie de un amplificator transimpedanță. O altă caracteristică importantă a fotodiodei este sensibilitatea față de o anumită lungime de undă a luminii. Funcție de acest lucru și de ce dorim să facem cu ea, vom decide care fotodiodă (ca material constructiv) ne este necesară. Fotodioda cu siliciu este sensibilă (viteză mare de variație) în spectrul luminos vizibil (800-900nm)și are "dark current" mic. Cele cu germaniu -Ge (1100 – 1300nm) cu viteză de variație mică, "dark current" mare. Cele InGaAsP sunt scumpe, viteza de variație mare, sensibile între 1100 -1700nm). Apoi mai sunt cele cu InGaAs cu proprități asemănătoare cu InGaAsP dar sensibile între 1300-1600nm.

Fototranzistorul reprezintă un alt element fotosensibil, care funcționează pe principii asemănătoare fotodiodei dar are o sensibilitate de 100-500 ori mai mare datorită amplificării în curent. În cazul fototranzistorului joncțiu-nea fotosensibilă este bază-colector și este activată de lumina ce trece printr-o lentilă montată pe o fereastă in capsula sa. Timpul de răspuns este mai mic ca la fotodiodă si este de ordinul milisecundelor [16]. Poate fi cu trei pini: bază, emitor, colector sau cu doua unde baza este suprimată. Avantajul este la cele cu trei pini unde baza este conectată în circuit și dă o mai bună stabilitate a punctului static de funcționare la variații de temperatură. Există fototranzistori care mai au un tranzistor în componență și formează un fotodarlington.

Fotorezistorul, fig. 24 este o altă componentă fotosensibilă a cărei rezistență se modifică sub acțiunea luminii. Putem spune că acesta va determina o variație a curentului prin circuit dependentă de intensitatea luminoasă. Fotorezistorul reprezentat în fig. 25 este format dint-o peliculă de material semiconductor, depusă prin evaporare în vid pe un grilaj metalic fixat pe un suport izolator. Pelicula are la capete contacte ce fac legătura cu terminalele și este protejată prin încapsulare în material plastic sau acoperire cu lac. Rezistența fotorezistorului scade odată cu creșterea fluxului luminos și este direct dependentă de temperatură. Astfel rezistența la întuneric este de ordinul megaohm-ilor (curentul caracteristic acestui moment se numește – dark current), pe când la intensitate mare luminoasă scade până la 100 ohmi. Fotorezistorul are latență mare în variația rezistenței sale față de schimbarea intensității fluxului luminos și este sensibil în ultraviolete, vizibil, infraroșu. Cel mai lent ca răspuns este sulfura de cadmiu CdS cu aproximativ 100ms iar cel mai rapid este antimonid de indiu InSb cu 10ms. Materialele de constructie pot fi diverse semiconductoare care au sensibilități specifice față de lungimea de undă: CdS – 520nm, ZnS – 340nm, CdSe – 690nm, CdTe – 830nm, Si – 1100nm, Ge – 1580nm, PbS – 3350nm, InAs – 3540nm, Pbe – 4100nm, InSb – 6900nm. În funcție de aplicație vom alege semiconductorul specific de care ne putem folosi mai bine [17].

Doarece fotorezistorii sunt foarte sensibili, fiind ușor de folosit atât in circuite DC sau AC independent de direcția de curgere a curentului și având un preț mic se remarcă pentru a fi folosiți în aplicatia aleasă de mine. Apoi latența lor mare și faptul că nu lucrează la frecvențe mari ca dezavantaj, în acest caz este nesemnificativă deoarece nu avem nevoie în aplicație ca specifice aceste lucruri.

Motoarele electrice convertesc energia electrică în lucru mecanic. Ele sunt constituite din doua mari părți constructive: rotor cel ce transmite mișcarea și stator cel ce crează câmpul magnetic necesar rotirii motorului. Ele pot fi conectate în serie și în shunt, sunt cu perii sau fără, cu doi sau mai mulți poli etc.

O categorie aparte o constituie moarele pas-cu-pas sau stepper-e care pot fi considerate motoare sincrone de curent continu fără perii (fig.26).

Ca motor de curent continuu de mai sus, Stepper Motors sunt, de asemenea, elemente de acționare electromecanice care transformă un semnal de impulsuri de intrare digital într-o mișcare mecanică, incrementată. Ele sunt utilizate pe scară largă în aplicațiile de control industrial. Un motor pas cu pas este un tip de motor fără perii sincron, dar are un rotor format din multi, unele tipuri au zeci de "dinți magnetici" permanenți și un stator cu înfășurările individuale. După cum sugerează și numele, motorul pas cu pas nu se rotește în mod continuu ca un motor convențional de curent continuu, dar se mută în " pași " discreți sau " crește ", cu un unghi la fiecare mișcare de rotație. Acest unghi depinde de numărul de poli ai statorului și numărul de dinți ai rotorului pe care motorul pas cu pas îi are. Din cauza funcționării lor cu pas discret , motoare pas cu pas poate fi ușor rotite doar o fracțiune finită de rotație la un moment dat , cum ar fi 1,8 , 3,6 , 7,5 grade etc Deci, de exemplu , permite să presupunem că un motor pas cu pas completează o rotație completă de 360o în exact 100 de pași. Deci unghiul pasului pentru motorul este dat ca 360o/100 = 3.6 grade pe pas. Această valoare este de obicei cunoscută sub numele de "pas unghiular" al motorului pas cu pas.

Există trei tipuri de bază de motor pas cu pas (Fig.23): reluctantă variabilă , magnet permanent și hibrid (un fel de combinație a celor două ). Un motor pas cu pas este deosebit de bine adaptat pentru aplicații care necesită poziționarea exactă și repetabilitate, cu un răspuns rapid la pornire, oprire, de mers înapoi și de control al vitezei. O caracteristică cheie a motorului pas cu pas, este capacitatea sa de a ține sarcina constant o dată ce poziția dorită este atinsă.

Motoarele mai noi multi pol stator și multi magnetic pol la rotor sunt capabile de o precizie de mai puțin de 0,9 grade pe pas sau 400 impulsuri pe rotație și sunt utilizate în principal pentru sisteme de pozitionare foarte precise, cum ar fi cele utilizate pentru capete magnetice în unitățile floppy / hard disc , imprimante / plotter sau aplicații robotizate. La motoarele pas cu pas cel mai frecvent utilizate sunt valorile de 200 pași/ revoluție. Dacă de exemplu un motor pas-cu-pas are un rotor cu 50 poli , 4 înfașurări de stator și un unghi de pas de 1,8 grade atunci: 360o/ ( 50 x 4 ).

Este de asemenea posibil de a controla viteza de rotație a unui motor pas cu pas, prin modificarea întârzierii între impulsurile digitale aplicate bobinelor( frecvența ), cu cât întârzierea este mai mare cu atât se va micșora timpul pentru o rotație completă . Prin aplicarea unui număr fix de impulsuri către motor, arborele motorului se va roti cu un unghi dat.

Avantajul de a folosi întârzierea de puls este că nu ar mai fi nevoie de nici o formă de feedback suplimentar, deoarece prin numărarea numărului de impulsuri date către motor poziția finală a rotorului va fi cunoscută cu exactitate. Acest răspuns la un anumit număr de impulsuri de intrare digitale permite motorului pas cu pas de a opera într-un " sistem cu buclă deschisă ", ceea ce face cu atât mai ușor și mai ieftin de a-l controla. De exemplu să presupunem că motorul nostru pas cu pas are un unghi de pas de 3,6o/pas. Pentru a roti motorul cu un unghi de 216 grade și apoi să se oprească la poziția finală ar avea nevoie doar un total de : 216o / ( 3.6o / pas ) = 80 impulsuri aplicate pe bobinele statorului. Totuși motoarele pas cu pas sunt relativ scumpe față de un DC motor iar viteza și puterea lor este limitată [18].

Motoarele, care sunt prevăzute cu senzori de pozițíe și reductoare, pentru a putea avea controlul și forța necesară mișcării întregului montaj, primind comanda de la microcontroler vor duce panoul solar către poziția optimă față de soare, adică să fie în poziție perpendiculară față de razele soarelui. Constructiv vom putea folosi motoare pas-cu-pas sau "stepper" ori simple motoare de curent continu "DC motors" alături de alte elemente:element de control, necanism reductor și un senzor de pozitie. Acestea din urmă se numesc servomotoare și au elementele constructive din fig.27. Acestea au un servomecanism în buclă închisă care utilizează feedback-ul ca măsură să controleze mișcarea și poziția finală. Intrarea controlului său poate fi un semnal, fie analog sau digital, reprezentând poziția comandată către de arborele de ieșire.

Servomotoarele datorită unor forțe mari, viteză și o precizie destul de bună vor înlocui cu succes motoarele pas cu pas în o serie destul de mare de aplicații [19]. Un servomotor consumă energie, rotindu-se către poziția comandată , apoi stă (fără consum) . Motoare pas cu pas sunt calde la atingere , deoarece acestea continuă să consume energie pentru a bloca și a menține poziția la care trebuiau să ajungă. Servomotoare sunt utilizate în general ca o alternativă de înaltă performanță a motorului pas cu pas. Motoare pas cu pas au o bună abilitate inerentă de control a poziției, având pași de mișcare preelaborați din construcție. Acest lucru permite de multe ori ele să fie utilizate ca control al poziției în buclă deschisă, fără nici un fel de decodor asupra feedback-ului , pentru că semnalul de control specifică numărul de trepte de mișcare pentru rotație. Această lipsă de feedback, le limitează performanțele, deoarece motorul pas cu pas poate conduce doar o sarcină care este bine stabilită ca și capacitate, altfel pași pierduți de sarcină pot duce la erori de poziționare. Codificatorul și controlerul unui servomotor sunt un cost suplimentar, dar ele optimizează performanța sistemului global pentru viteză, putere și precizie, în raport cu capacitatea motorului de bază. Feedback-ul este oferit de un potețiometru, o unitate optică sau magnetică facând astfel controlul asupra mișcării foarte riguros. Cu sisteme mai mari, în cazul în care un motor puternic reprezintă o proporție tot mai mare din costul sistemului, servomotoare se constituie într-un real avantaj.

În multe aplicații, cum ar fi masini de debitat cu laser, pot fi oferite în două game, gama de preț scăzut, folosind motoare pas cu pas și gama de înaltă performanță, folosind servomotoare. Pentru proiectul propus a fi elaborat, aceste servomotoare se dovedesc a fi alegerea cea mai bună.

Display-ul din fig.28, este un dispozitiv pe care îl vom folosi să afișeze o serie de date pe care dorim să le vizualizăm, pentru verificarea anumitor parametrii de funcționare, precum și a respectării scenariului software și hardware implementat. Ele reprezintă un dispozitiv de ieșire, fiind interfața dintre utilizator și sistemele de calcul și au reprezentat întotdeuna o piață ce a avut o continuă și rapidă dezvoltare, fiind foarte competitivă și implicit cu investiții foarte mari. Marea competiție sa dus întotdeauna între branduri de top ale industriei cum ar fi: Samsung, LG, Philips, Sony, Dell, HP, Asus, Benq, Acer, Lenovo, NEC, Canon, Epson, Optoma etc., cărora li s-au alăturat treptat și s-au stabilizat pe piață nume noi -Horizon, AOC etc., competiția și viteza de dezvoltare tehnologică făcând din acestea produse tot mai accesibile publicului larg. Plecând de la clasicul display CRT – cu tub catodic sau cu 7,14,16 digits mai putem enumera o gamă foarte variată constructiv și funcțional cum ar fi: cele cu LED, electro-luminescente sau ELD, cu plasmă PDP, cu cristal lichid LCD care pot fi High-Performance A-ddressing display HPA și Thin-film transistor TFT, OLED sau Organic Light Emiting Diode până la cele experimentale cu nanotuburi , punct cuantic sau laser TV. Tehnica afișării prin multiplexare este cea mai folosită în funcționarea acestor dispozitive. Apoi unele primesc capacități complementare afișării, cum ar fi Touch Screen etc.

Sursa de alimentare pentru funcționarea circuitului va fi constituită din baterii acumulator. Această sursă va trebui sa aibă voltajul și amperajul necesar bunei funcționări. În întâmpinarea acestui lucru cea mai bună alegere vor fi acumulatorii, cum ar fi cei NiCd (nichel-cadmiu), NiMh (nichel-metal hidrid), Li-ion (litiu ion), Li-Po (litiu polimer), Pb (acumulatori cu plumb).

Un acumulator (fig.29) este un echipament electrochimic capabil a furniza energie electrică ce rezultă în urma unor reacții chimice interne, către un circuit electric extern.

În funcție de necesități și de tipul de acumulatori de care dispunem, acestia pot fi înseriați pentru atingerea tensiunii necesare de lucru sau puși în paralel pentru a avea amperajul necesar pentru consumul montajului ( vezi fig. 28).

Cea mai sigură metodă de încărcare la curent constant este aceea în care curentul este de 10 ori mai mic decât capacitatea acumulatorului. Acesta este motivul pentru care pe majoritatea acumulatorilor veți găsi recomandarea de a-i încărca la un curent egal cu C/10 (C este capacitatea acumulatorului) timp de 14 ore. Această încărcare se numește „încărcare lentă“. Mai există și „încărcarea normală“ în care curentul injectat variază între C/3 și C/2. Această metodă încarcă un acumulator în doar câteva ore. Nu în ultimul rând, avem și „încărcarea rapidă“. Această metodă presupune o încărcare a acumulatorului cu un curent mare, multiplu de C – 2C, 3C, 5C.

Una dintre realizările mari, în ceea ce privește întregul complex, de producere stocare a energiei solare, îl reprezintă sistemul MPPT sau Maximum Power Point Tracker. Acest sistem de control al încărcării cu energie produsă de panouri solare, realizează o maximizare de mare eficiență prin gestiunea permanentă a energiei produse și a încărcării. Însăși numele în o traducere aproximativă: Urmărire eșantionată a punctului de putere maximă, ne reliefiază ceea ce se dorește să se realizeze. MPPT sunt diferite de cele tradiționale prin control PWM al sarcinii solare. MPPT sunt mai eficiente și în multe cazuri au caracteristici mai bogate. Controlere de încărcare solară cu MPPT permit panourilor solare să funcționeze la tensiunea lor optimă ca putere, îmbunătățirea performanței lor fiind de 30%. Controlere tradiționale de încărcare solare reduc eficiența de o parte a sistemului, în scopul de al face să funcționeze cu un altul. Când o sursă de energie electrică este conectată la o sarcină, punctul de funcționare se stabilește la intersec$ia caracteristicilor curent-tensiune (I-V) ale celor două. Acest punct se modifică în permanenț, deoarece sursa sau sarcina se modifică permanent. Din acest motiv, de cele mai multe ori, nu se funcționează în MPP, iar puterea furnizată sarcinii este mai mică decât puterea maximă ce ar putea fi furnizată .

Există mai multe tipuri de regulatoare MPPT. În general, fiecare dintre aceste regulatoare, au fost realizate pentru o anumită aplicație. Precizia și robustețea acestor regulatoare depind de anumiți parametri: randamentul global al sistemului dorit de constructor; tipul de convertor static ce permite adaptarea și conectarea la sarcină (c.c.-c.c., c.c.-c.a.), sau la rețeaua electrică; aplicația dorită (sisteme autonome, conectate la rețea, spațiale); caracteristicile sistemului MPPT, în funcție de viteza de reacție, calitate; tipul de realizare (analogic, numeric, mixt) [20].

Controlerele de încărcare MPPT sunt acum fabricate de mai multe companii, cum ar fi Outback Power, Xantrex XW – SCC, Blue Sky energie, Apollo Solar , Solar Midnite , Morningstar și alte câteva.

Concluzia este că avem de ales acumulatorul potrivit nevoilor noastre dar și sistemul cel mai performant de a realiza transferul energetic către acumulatori și către consumator, totul în scopul de a adăuga procente de câștig și performanță întregului concept.

LED – Light Emitting Diode, după cum spune numele acestora sunt o categorie de diode speciale, vezi fig.30, care la trecerea curentului printr-o joncțiune semiconductoare p-n, din diferite materiale semiconductoare, produc lumină în diferite culori prin efectul de electroluminescență.

Led-uri de diferite culori (fig. 29) se vor folosi tot ca în cazul display-ului pentru a vizualiza prin semnalul luminos emis de aceste diode electroluminescente, ceea ce se intâmplă de la momentul alimentării circuitului și apoi pe tot parcursul funcționării acestuia. Fiecărui LED îi va fi atribuită semnalizarea unui proces, de care dorim să stim că se desfășoară în scopul obținerii unui feedback acurat deci a unei monitorizări eficiente. După cum se vede din fig. 29, funcție de culoarea lor, materialul semiconductor constructiv va fi diferit și cu proprități de funcționare ca tensiune de deschidrere, consum, diferite.

Legăturile electrice din fig.32 se realizează folosind cabluri electrice (unele foarte flexibile) având diametre ale conductorilor potrivite curenților ce îi străbat și conectori mamă-tată unde cablurile nu sunt cositorite direct pe PCB. Flexibile doar pentru legătura cu elementele în mișcare unde există pericolul de a se rupe datorită repetiției mari a unor mișcări. Ideal este cazul pentru cele aflate în mișcare să fie multifilare, de un diametru corespunzător curentului ce le străbat și înveliș siliconic. Conectorii din fig.31, vor fi folosiți pentru a oferii posibilitatea dezasamblării în cazul unor intrevenții sau a posibilității de a folosii și alte elemente diferite față de cele montate inițial.

II.2 Alegerea materialelor și componentelor necesare realizării proiectului

În vederea obținerii unei funcționări acurate și în parametrii optimi vom proceda pentru o imagine de ansamblu asupra proiectului și în speță pentru a alege componentele necesare realizării lui. Astfel va trebui să facem o justă alegere asupra componentelor și a caracteristicilor acestora.În cazul sistemului nostru de urmărire pe două axe este nevoie ca panoul solar care va fi prins pe un suport să poată efectua mișcări de la est spre vest dar și pe înălțime. Orientarea panoului va fi către sud – unghi de AZIMUT, dar și mișcarea de la sud, linia orizontului înspre Zenit – unghi de ELEVAȚIE. Pentru efectuarea acestor mișcări vom avea nevoie de două mecanisme separate. De asemenea ca punct de plecare în toată construcția va fi nevoie de un suport pentru fixarea ambelor mecanisme și respectiv a panoului solar de unul dintre mecanisme.

Montajul și placa de circuit imprimat cuprind urmatoarele componente:

1.Material constructiv și de susținere a întregului proiect

2. Microcontroler PIC 18F4520 I/P

3. Soclul de 40 pini pentru microcontroler

4.Panoul solar 2W

5. Întrerupător alimentare

6. Regulatorul de tensiune pentru alimentare microcontroler – LM7805

7. Leduri

8. Display LCD cu 4×20 caractere cu comunicare serială

9. Conectori pentru programator serial în circuit (ICSP)

10. Senzor de lumină

11.Cristal cu cuarț de 20 MHz

12.Servomotoare

13.Acumulatori NiMh

14.Conectorii ( mamă, tată), alimentarea PCB, a legăturilor cu servomotoarele, display, grup foto senzor

15.Sârme de cupru multifilare izolate și elastice, pentru realizare legăturilor electrice

16.Alte componente ca tranzistori, rezistențe, condensatori, relee

17.Șuruburi, holșuruburi, piulițe, șaibe pentru realizarea îmbinărilor mecanice.

În alegerea tipului de material folosit ca și suport, cât și în confecționarea unor elemente de îmbinare și susținere am ales KOMATEX. Acesta este un material omogen, ușor ca greutate și ușor de prelucrat, obținut din spumă PVC, suficient de rezistent mecanic și versatil pentru o întregă gamă de aplicații. Acest material poate fi găsit într-o varietate de 12 culori, grosimi – 3mm am folosit pentru acest proiect si dimensiuni, având un aspect mat. Suprafața mată este substratul perfect pentru serigrafie, pictura, laminare, suport autocolante din vinil și proiecte de formare. KOMATEX poate fi tăiat, găurit, îndoit și la obținerea unor fabricate folosind instrumente pentru plastic și elemente de fixare obișnuite. KOMATEX este foaia PVC preferată pentru utilizările care necesită următoarele caracteristici: rezistență chimică și la coroziune, rezistență la umiditate, absorbție foarte scăzută a apei (nu va putrezi), inflamabilitate redusă (UL 94-VO evaluare flacără), perfect pentru expoziție și prezintă utilizare sală, izolare termică si fonică (absoarbe vibrații și oscilații), utilizare în cazul în care produsele alimentare sunt prelucrate sau vândute, finisaj suprafață similară pe ambele fețe ale colii, ușurință în lipire cu el însăți și alte materiale asemanătoare. KOMATEX nu sunt dăunătoare pentru sănătatea umană sau pentru mediu în fabricarea, aplicarea și eliminarea lor. KOMATEX nu conține plumb, cadmiu și bariu și este în conformitate cu reglementările naționale și internaționale de protecție a sănătății și a mediului.

Microcontrolerul ales în realizarea acestui proiect a fost PIC 18F4520 – I/P (vezi fig.33). Pentru a facilita eventuala folosire ulterioară a microcontrolerului în alt montaj, am ales folosirea unui soclu de 40 pini. Folosirea soclului mai are un avantaj major prin faptul că cositorirea efectivă nu atrage după sine vreo încălzire accidentală cea ar putea duce la deteriorarea microcontrolerului. Acesta face parte din familia de microcontrolere PIC 18F4xxx, ce poate performa până la 10 MIPS (Million Instructions Per Second) având o arhitectură RISC optimizată pe compilator C și cu multiplicator hardware de 8×8 cicluri. O reprezentare a pinilor acestuia o avem în fig.34. Alegerea acestuia a fost determinată de o serie întregă de factori care au fost enumerați în subcapitolul anterior. Prețul acestuia nu a fost decât un motiv în plus pentru această alegere, între 15 – 25 Ron la diferiți retaileri ca Farnell, TME, Comet srl, Adelaida. Dintre caracteristicile de bază ale acestuia putem menționa că lucrează pe 8 biți având o capacitate de memorie program de 32kByte și a memoriei RAM de 1536Byte și la o frecvență a CPU de până la 40MHz. Are 40 de pini dispuși pe două laturi DIP având o funcționare bună între 4.2V – 5.5V și la temperaturi de -40oC la 85oC. Consumul poate fi gestionat (Nano Watt Power Managed Modes) în 3 moduri de lucru: run – funcționare normală, idle – curentul scade până la 5.8 microamperi și sleep – curentul este la 0.1 microamperi. Mărimea EEPROM (Electrical Erasable Programable Read Only Memory) este de 256Byte iar a memoriei Flash de 32KByte [21] Are următoarele interfețe de comunicare implementate embeded:

EUSART – Enhanced Universal Synchronous Asynchronous Receiver Transmitter. Controlerul EUSART va face automat configurarea pinilor din input pe output în funcție de necesitate.Operațiile acestui modul sunt controlate prin 3 regiștrii: TXSTA, RCSTA ȘI BAUDCON;

I2C – Inter-Integrated Circuit;

PSP – Parallel Slave Port care este specific PIC-urilor și multiplexat pe portul D împreună cu unii biți de control de la portul E. Este un mecanism de interfațare cu unul sau mai multe microprocesoare. Când este activ se poate face scriere/citire asincronă prin activarea RE2/CS, RE0/RD și RE1/WD.

SPI – Serial Peripheral Interface este un bus de date seriale sincron ce operează în full duplex în regim master/slave.

Timerul este necesar în sistemele digitale timpul fiind măsurat de acesta și fără de care anumite funcțiuni cum ar fi înregistrarea momentului unui eveniment sau comparatia, măsurarea lățimii unui puls sau a perioadei, frecvența și duty cycle a semnalelor periodice, referințe de timp, contorizări evenimente etc, nu ar putea fi făcute! Acest PIC are implementate 4 timere și anume Timer0,Timer1,Timer2,Timer3. În fig.35 este reprezentată diagrama bloc a PIC18F4520.

Are posibilitatea de a lucra atât cu oscilatorul intern cât și cu unul extern care poate opera în mai multe moduri: RC care operează la max 4MHz (tipic R=4.7k și C=33pF), LP sau Low power clocking 5-200kHz, XT crystal 100kHz la 4MHz și High Speed care ajunge la 20MHz.În acest fel am configurat eu oscilatorul extern, pe High Speed cu un cristal de 20MHz.

Numărul naxim de porturi I/O este de 36. Dintre celelalte periferice distingem 13 intrări ADC (Analog Digital Converter) pe 10biți, 4 timere, 5 canale PWM (Pulse Width Modulation). Dintre alte caracteristici ale microprocesorului și ale controlerului: EEPROM, POR, PWRT, OST, WDT, ICSP, ICD, BOR, ADC, LVD, CCP/ECCP, LIN BUS, PSP, PLL, Int. Osc., Pwr Mgt. Mode.O schema bloc a organizării interne pentru PIC18F4520 I/P este afișată în figura 33:

Desigur o altă componentă conexă realizării proiectului și fără de care nu putem transfera, verifica și emula software-ul necesar funcționării este Pickit 3.PICKit 3 are posibilitatea conectării la un microcontroler conform schemei din fig.36 unde sunt conectati cinci pini în microcontroler și PICkit3. Acestea sunt conform diagramei pinilor din fig. 34 MCLR(1), VDD(11 și 32) și Vss(12 și 31) ca alimentare, PGD (Programming Data 40), PGC(Programming Clock). Celelalte două, AVDD și AVSS sunt utilizate pentru depanare. PICkit3 este un simplu și ieftin in-circuit programator/depanator, controlat de mediul software de dezvoltare MPLAB IDE, versiunea 8.20 sau mai nouă, ce rulează pe o platformă Windows.Este un dispozitiv imperios necesar oricărui inginer ce lucrează pe partea de dezvoltare. PICkit3 programator/debugger-ul este un sistem de depanare utilizat pentru hardware-ul și software-ul de dezvoltare de la Microchip PIC microcontrolere (MCU) și dsPIC Digital Signal Controllers (DSC), care se bazează pe In-Circuit Serial Programming (ICSP) și consolidată în -Circuit Serial Programming 2-fire pentru interfețe seriale. Pe lângă funcțiile de depanare, programator/depanator sistemul PICkit 3, de asemenea, poate fi folosit ca un programator de dezvoltare. Sistemul ca depanator execută cod ca un dispozitiv real, deoarece foloseste un dispozitiv cu un circuit de emulare construit în el, în loc de un cip special pentru emulare. Toate caracteristicile disponibile unui anumit dispozitiv sunt accesibile interactiv, și poate fi setat și modificat prin interfața MPLAB IDE. Acest software se poste downloada de pe site-ul oficial al Microchip, fiind pus gratuit la dispoziția utilizatorilor. MPLAB X IDE este un program software care ruleaza pe un PC (Windows, Mac OS, Linux), pentru a dezvolta aplicații pentru microcontrolere Microchip și controlere de semnal digital. Este numit un mediu de dezvoltare integrat (IDE), deoarece acesta oferă un singur "mediu" integrat, pentru a dezvolta cod pentru microcontrolere embedded. MPLAB Integrated Development Environment aduce multe schimbări în lanțul de instrumente de dezvoltare ale microcontrolerelor PIC. Spre deosebire de versiunile anterioare de MPLAB [22], care s-au dezvoltat complet in-house, MPLAB X este bazat pe open source NetBeans IDE de la Oracle. Luând această cale a permis de a adăuga mai multe caracteristici frecvent solicitate, rapid și ușor în același timp, de asemenea, oferă, o arhitectură mult mai extensibilă ce poate aduce și mai multe caracteristici noi în viitor.

Dintre avantajele sale remarcabile putem aminti: oferă un nou Call Graph pentru navigarea în cod complex, suporta configurații multiple în cadrul proiectelor, suporta multe versiuni ale aceluiași compilator, are suport pentru mai multe instrumente de depanare de același tip, Live Parsing, importa ăn MPLAB existent 8 proiecte și folosește același IDE pentru aceeași sursă, sprijină hyperlink-uri pentru navigare rapidă la declarații și includes, suporta șabloane de cod live, sprijină posibilitatea de a intra în șabloane Cod de fișiere cu antetele de licență sau codul de șablon. MPLAB X pot urmări modificările în propriul sistem, folosind istoria locală. În cadrul MPLAB X, un utilizator poate configura propriul format de stil de cod.

Panoul solar ales pentru realizarea montajului (vezi fig.37), este un panou pe bază de celule cu siliciu monocristalin. Acest panou solar este realizat dintr-un material monocristalin care are o eficientă de transformare a energiei solare de 17%, suprafața este lucioasă dintr-o rasină specială, ceea ce il face utilizabil pentru exterior. El utilizează un conector JST de 2 mm iar voltajul de iesire este de aproximativ 5V. În funcție de intensitatea luminoasă dacă este o zi de vară cu soare puternic acest voltaj poate urca până la 10V! Pentru a se distruge plăcile legate la ea trebuie măsurat dacă voltajul este în limitele acceptate de placă. Specificații ale panoului solar: dimensiuni : 180 x 80 x 2.5(±0.2) mm; voltajul este de 5.5V; amperaj și intensitatea de 360 mA. Voltajul maxim de incărcare în sarcină: 6.4 V iar voltajul de circuit deschis -fără sarcină -este de 8.2 V. Partea din spate a panoului este protejată pentru a putea funcționa în condiții optime, expusă condițiilor de mediu exterior. Bineînțeles că există o atenuare a parametrilor de funcționare odată cu creșterea temperaturii. Acest lucru se datorează odată faptului că stă sub acțiunea directă a razelor soarelui și suprapus ca fenomen ar fi însăți funcționarea sa prin conversia lumină-electricitate realizată prin efectul fotovoltaic. Această mișcare a electronilor se produce cu o ușoară degajare de căldură.

Senzorul de lumină va avea în componența sa 4 fotorezistențe care împreună fiecare cu cu un rezistor înseriat, vor crea divizoare de tensiune, ale căror valori se vor modifica funcție de variația rezistenței fiecărui fotorezistor. Această variație urmând apoi a fi transmisă sub formă de semnal analogic de intrare către unul din porturile ADC ale microcontrolerului. În montaj am folosit fotorezistorul VT935G din fig.38 care este construit pe bază de cadmium-sulfid CdS și are o rezistență la 10 lux între 31 – 50 kOhm și cu o valoare gamma între 10-100 Lux de 0.85.Valoarea rezistenței la întuneric este de aproximativ 1MOhm, la 10 secunde după eliminarea sursei de lumină de 10 Lux. Sensibilitatea maximă a răspunsului spectral față de lungimea de undă este între 550 nm și 650 nm. Valorile rezistențelor serie vor fi adaptate pentru acoperirea unei variații de potențial maxime pe ieșirea divizorului astfel creat.

Servomecanismele alese pentru realizarea proiectului au reprezentat un compromis între caracteristicile de bază ale acestora și prețul de achiziție. Ca și caracteristici de bază ar fi: viteza de execuție, acuratețea poziției finale, forța care o pot genera dar și mărimea, fiabilitatea.În acest caz caracteristicile servomotorului MG955 (fig.39) sunt: dimensiuni: 40×19.8×37.8 mm; masa: 52g, lungime cablu:320mm, tensiune nominala: 4.8-7.2V, cuplu:11kg-cm (6V), viteza: 0.20 sec/ 60°(la 6V fară sarcină). Prețul a fost de 68 Ron pe bucată, cumpărat de la Sirra Modellsport. Servomecanismele, cunoscute sub numele de sisteme de "feedback-ul închise", vin cu un circuit de control, care detectează dacă mecanismul de motor este în locația dorită și dacă nu se corectează în mod continuu eroarea până când motorul atinge punctul potrivit. Un servo vine de obicei in pachete mici de plastic, cum ar fi cel din fig. 37, dar să nu uităm că este un sistem întreg în interiorul său: un DC motor, angrenaje de roți dințate și un circuit de comandă motor și circuit de control al mișcării. Servo au, de obicei, un mare cuplu din cauza angrenajelor lor. Viteza motorului scade, dar crește cuplul lor, permițându-le să ducă sarcini mari. Bucla de reacție închisă menționată mai devreme este de fapt un potențiometru intern care este conectat la un arbore mecanic pentru a monitoriza unghiul de rotație. Semnalul de la potențiometrul furnizează date pentru circuitul de control pentru a asigura motorul că este la unghiul dorit.

Majoritatea servomecanisme sunt proiectate să funcționeze într-un interval de rotire limitat, de exemplu, 90° sau 180°, dar poate fi modificat pentru a se roti continuu. Acest control precis de rotație și de cuplu datorită angrenajului face servo un dispozitiv deosebit pentru al include în orice tip de proiect mecano-robotic. Servomotoarele folosite de mine operarează de la 4.8 Vla 7.2V DC.

Arbore motor servo este poziționat cu semnale modulate în lățime de puls (PWM). Deci, toate servo vin cu trei fire (alimentare: Vcc , Vss și control). De obicei, în hobby servo ce au un unghi de rotație de 90 ° lățimea semnalului de puls variază între 1 și 2ms. În cazul în care pulsul este mai lat, rotațiea continuă până când ajunge la limitele mecanice. Acest semnal este aplicat pe linia de comandă a servo. Consultați datasheet-ul pentru mai multe informații, dar pentru exemplul de servo din figura 37, servoul nostru are o rotație maximă de 180 °(+/-15o) și operează cu un semnal de control de la 1ms la 2ms.

Display-ul folosit la realizarea proiectului a fost ales din nou în funcție de caracteristicile acestuia și de necesitățile de afișare necesare dar și de prețul de cost. Una dintre cele mai importante proprietăți ale unui display o reprezintă capacitatea de informație ce poate fi afișată, rezoluția și contrastul cu care poate fi făcută. În acest caz am ales display-ul LCD serial 20×4 "SerLCD v2.5".Acesta reprezintă o soluție simplă și efectivă ca și cost de display cu cristal lichid bazată pe controlerul HD44780. În afară de acesta soluția implică utilizarea unui microcontroler PIC 16F788 ce va optimiza comunicarea pe UART, viteza de baud putînd avea valori între 2400 și 38400. Default este pusă pe 9600bps impulsuri TTL pe care le va afișa. Viteza procesorului este de 8MHz, având un buffer de intrare de 80 de caractere. Iluminarea sa -backlight – este comandată printr-un tranzistor care poate face față unui consum de până la 1A. De asemenea, se poate comanda acest backlight și în semnal PWM, astfel putându-se face o ajustare riguroasă a luminozității și a consumului. Are o sescvență de boot rapidă și va afișa firmware-ul și un splash sceen la alimentare.

Pentru comunicare nu este nevoie decât de trei fire, două alimentarea și unul pentru semnal Rx de afișat. Comunicarea dacă nu este setată altfel va avea 9600 baud și caracterele ASCII sunt

direct reconoscibile fiind prescrise în memoria EEPROM a display-ului de unde toate setările vor fi încărcate la boot.

Consumul SerLCD din fig.40 este de 3mA fără backlight și aproximativ 60 mA cu el pornit. O tensiune mai mare de 5.5V va putea distruge PIC-ul ce comandă SerLCD. Pentru controlul contrastului există pe partea din spate un potențiometru de 10K prin care se va face ajustarea funcție de fiecare LCD în parte.

Linia 1 conține caracterele de la 0-19, linia 2 pe cele de la 64-83, linia 3 20-39, linia 4 cele de la 84-103.

Clear display ștergerea tuturor caracterelor și set cursor setarea poziției cursorului sunt două comenzi care afectează cel mai mult SerLCD. Prin trimiterea acestor comenzi catre LCD, poziția cursorului se schimbă, iar această schimbare este urmărită prin firmware.

Firmware-ul este comun pentru display cu 2 sau 4 linii, cu 16 sau 20 caractere și sunt recunoscute automat. Splash screen-ul este afișat la alimentare pentru 500ms dar poate fi scos sau chiar înlocuit cu unul personslizat. Deci iată că un simplu element de afișaj are propriul său microcontroler PIC 16F788, și totul pentru a ușura munca cu acesta și a micșora numărul de linii program ce ar fi trebuit scrise altfel. Costul acestui afișaj a fost de 122 Ron și l-am cumpărat de la Jola Engineering. Dimensiunile PCB-ului (unde se află PIC-ul 16F788) sunt de 105×59.9 mm iar cele ale afișajului de 87.3×41.8 mm. Schema SerLCD v2.5 este prezentată în fig.41.

Acumulatorii folosiți în realizarea proiectului, au fost aleși pentru a avea o bună corespondență între o serie de factori, ce țin atât de consumul maxim al unui moment dat dar și de posibilitatea de a fi încărcati cu ajutorul panoului solar. Astfel în total voi folosi 6 acumulatori NiMh de 2700 mAh, a căror teniune maximă ajunge la 8.4 V. Aceștia sunt legați în serie și vor genera suficientă tensiune și curent pentru funcționarea montajului, chiar și pentru a incărca un telefon mobil în acelasi timp. Din tensiunea acestora vom obtine tensiunea de lucru, de 5 V cât și amperajul necesar, prin folosirea unui circuit stabilizator de tensiune și anume LM7805. Pentru a încărca acumulatorii vom folosi două circuite cu relee comandate de tranzistoare, care vor încărca câte 3 acumulatori odată, apoi ceilalți 3, deci pe rând, datorită limitării impuse de tensiunea ce o putem obține cu panoul solar [23].

Pentru realizarea prinderii mecanice a diferitelor componente am folosit șuruburi cu piulițe și șaibe de 3 mm diametru, și cu lingimi de 16 mm și 20 mm. Pentru realizarea poziționării mecanice a primului servomotor am folosit 4 distanțiere hexagonale, cu gaură și filet interior de 3 mm și 40 mm lungime. Prinderea celui de al doilea servomecanism pe o structură geometrică care să confere montajului și în speță panoului solar o poziție adecvată a fost făcută cu holșuruburi de 2.5 mm diametru. De asemenea am construit prin lipire și taiere din Komatex, o serie de distanțiere și alte forme de susținere pentru servo și panoul solar.

CAPITOLUL III Dezvoltarea practică a proiectului

III.1 Realizarea schemei electrice de funcționare

În realizarea schemei va trebui să ținem cont de o serie de parametrii propuși în funcționarea proiectului, de felul în care acesti parametrii vor interacționa pentru a obține rezultatele dorite, de modul în care se pot îmbina toate acestea într-un întreg funcțional. Așa că vom porni de la piesa centrală acestui proiect și anume microcontrolerul. Astfel se nasc o serie de criterii imperios necesare pentru a alege acest lucru și ele au enumerate după o serie de cerințe imediate ce se impun pentru realizarea sa practică și pentru o bună funcționare. După cum am stabilit anterior, microcontrolerul ales este PIC 18F4520. Deci placa de dezvoltare pe care initial am lucrat studiind toate cele menționate anterior va fi într-un final transpusă în urma alegerii schemei de funcționare în o placă de circuit imprimat realizată în urma studiului schemei din acest capitol.

Din considerațiile și necesitățile obiective vis a vis de microcontroler, și anume tensiunea de alimentare, realizarea unui oscilator extern de mare viteză, vom ierarhiza în continuare o serie de necesități și alegeri asupra problemei de rezolvat continuând cu placa de dezvoltare și ce ar trebui ea să conțină [24]

O primă necesitate ar fi obținerea unei tensiuni de 5 V pentru alimentarea PIC și a celorlalte componente, display, servomotoare, senzor optic etc [25]. După cum știm, grupul de 6 acumulatori vor avea o tensiune în funcție de gradul de încărcare între 7.2 V și 8.4 V. Acest lucru atrage atenția asupra stabilizării acesteia. Am rezolvat acest lucru prin folosirea unei componente specializate, si anume LM7805.Această componentă dă la ieșire o tensiune între min. 4.8 V și max. 5.2V având un dropout de 2V.

Una dintre probleme a fost rezolvată prin obținerea unei tensiuni regulate de 5V(fig.42). O a doua problemă stringentă ar fi realizarea circuitului de oscilator extern pentru microcontroler. Acest lucru se poate obține prin conectarea pe pinii OSC1 și OSC2 de la PIC a unui cuarț de 20 MHz și a unor condensatori de ordinul 18-22 pF la masă. De fapt aceste lucruri, ca în fig.43, le regăsim ca specificații în datasheet-ul microcontrolerului. Metoda ocilatorului extern de mare viteză este doar una din cele 10 moduri de realizare a oscilatorului care pot fi implementate. Deoarece frecvența la care va fi rezonatorul este mai mare de 3.5 MHz este recomandat în datasheet-ul componentei să se folosească modul HS mai degrabă decât XT în orice VDD pentru care controlerul este evaluat. Dacă HS este selectată, este posibil ca amplificarea oscilatorului va chinui rezonatorul. Prin urmare, un rezistor serie ar trebui să fie plasat între pinul OSC2 și rezonator. Ca un punct de plecare bun, valoarea recomandată de RS este 330Ω.Schema cu mod HS este reprezentată in fig.43.

În continuare voi detalia conexiunile dintre microprocesor și diferitele componente alături de explicațiile necesare, conform schemei finale din fig.44.

Conectorul J1 din schemă reprezintă cone-xiunea ce trebuie făcută cu programatorul PICkit 3. Pinul MCLR/VPP/RE3 care aparține portului E trebuie legat la VPP printr-o rezistență de pull up de 10 k, și reprezimtă un master clear input extern. Acest pin va fi în enabled prin setarea bitului de configurare corespunzător. Pus în enabled el va permite funcționarea în modul ICSP – In Circuit Serial Programming ca și funcțiunea de ICD – In Circuit Debug. Pinul 39 RB6/KBI2/PGC aparține portului B și va da clock-ul pentru a se putea derula secvența de ICSP. Pinul 40 RB7/KBI3/PGD reprezintă pinul de date de programare ICSP sau pentru debug ICD.

Am făcut conexiunea cu cele 2 servomcanisme de pe pinii portului C, mai axact pinii 23 RC4/SDI/SDA respectiv 24 RC5/SDO care sunt pini de I/O digitală. De aici va pleca un semnal PWM care va da mărimea unghiului de rotire și automat sensul pentru servomecanisme. Pentru ca acestea să poată funcționa este nevoie de o calibrare prealabilă a acestora. Domeniul de bază în care acestea răspund este situat în intervalul unor impulsuri pozitive cu durată cuprinsă între 1ms și 2ms.

Faptic acest lucru se transpune în definirea între 0o și 180o a mișcării servomotorului. Astfel un impuls poitiv de 1ms va fi tradus de controlerul servomecanismului în o mișcare care îl va aduce pe acesta la 0o. Un impuls de 2ms va fi tradus ca o mișcare la180o. Desigur toate celelalte poziții vor fi extrapolate între aceste două valori. Calibrarea trebuie facută prin încercări pentru a găsii domeniul valabil fiecărui servo în parte pentru a obține o mișcare complectă de 180o. Se poate ca intervalul de durată a pulsului pentru care servo să răspundă cu o mișcare de 180o, spre exemplu să fie cuprins între 0.75ms și 1.85ms. Bineînțeles că fiecare servo va avea două fire pentru alimentare la 5V și masă (Gnd) iar al treilea va fi unul din cele menționate mai sus. În cazul LCD pe lângă două fire de alimentare, comunicarea cu acesta va fi făcută pe serial cu un fir ce va pleca de la microcontroler pinul 25 RC6/TX/CK, care este tot un pin al portului C configurat ca EUSART asynchronous transmit. Pentru a semnaliza mișcarea motoarelor am pus ca martori două LED-uri ce vor lumina în momentul în care există mișcare. Acestea sunt legate pentru motor 1 la pinul 37 RB4 care aparține portului B, fiind un pin de digital I/O. Pentru motor 2 LED-ul va fi legat la pinul 38 RB5/PGM port B. Desigur pentru limitarea curentului prin LED am montat două rezistențe serie cu acestea de 220 ohmi. Mai există un LED roșu care va semnaliza alimentarea montajului, și acesta înseriat cu o rezistență de 220 ohmi.

Un alt lanț de execuție, este reprezentat în schema electrică de comanda a două relee, ce vor lega ieșirea panoului solar cu acumulatorii pentru a fi încărcați. Am împărțit cei șase acumulatori în două grupuri ce urmează a fi încărcate alternativ, din rațiuni ce țin de capacitatea panoului de a furniza tensiune și de justețea inițierii unui proces de încărcare. Minimul de tensiune necesară unui grup de 3 acumulatori este de 6V, tensiunea dată de panou este în jur de 6.5V, astfel că de aici ideea de ai grupa și a proceda la o incărcare alternată pe cele 2 grupuri. Funcționarea este dictată de microcontoler care trimite un tren de impulsuri pozitive de pe pinul digital I/O 29 RD6/PSP6/P1C portul D, către baza tranzistorului Q2 care este NPN. În acest moment Q2 deschide aclanșând releul RL2 ce va pune atât minusul cât și plusul tensiunii provenite de pe panoul solar pe un grup de trei acumulatori pentru a îi încărca. Similar se întâmplă cu celălalt grup pe relatia microcontroler pin digital I/O 30 RD7/PSP7 portul D, tranzistorul Q1 care deschide și comandă releul RL1care va pune tensiunea de pe panoul solar pe al doilea grup de 3 acumulatori. Există în software-ul programat al PIC-ului comanda de anulare al ambelor grupuri, prin sistarea completă a ăncărcării dacă tensiunea de la bornele acumulatorilor depășește 8.4V, ceea ce reprezintă maximul de încărcare. Sesizarea se va face pe pinul 6 RA4/T0CKI/C1OUT port A ce reprezintă pin multiplexat de I/O,Timer0 clk. input și de output comparator. Pe acesta fiind legate bornele comune a doi rezistori înseriați de 1kohm, puși între Vcc și Vss.

Modulul optic care este compus din patru fotorezistori înseriați cu câte un rezistor de 1.5k fiecare, realizând un divizor rezistiv, la care un capăt al fotorezistorului se află pe Vcc iar unul al rezistorului înseriat pe Vss. De pe divizorul astfel creat se va face legătura pe pinii 2,3,4 și 5 ai microcontrolerului, respectiv pe RA0/AN0, RA1/AN1, RA2/AN2, RA4/AN4, care sunt pinii de intrare în ADC. Datele analogice citite de acesti pini vor lua valori digitale de la 0 la 1023 și vor fi prelucrate conform algoritmului pentru a da direcția de mișcare a celor două servo. ADC-ul lucreză pe 10 biți.

III.2 Realizarea PCB – Printed Circuit Board

Realizarea circuitului imprimat a fost făcută din conversia schemei cu ajutorul programului specializat Protel. La generarea automată facută de program va fi nevoie să intervenim pentru a mai "trage" de anumite componente și a le aduce la o poziție convenabilă. Softul așadar nu poate definitiva decât într-o anumită proporție finalizarea circuitului, dar este un bun asistent pentru terminarea cu un efort mic a circuitului imprimat.

Materialele și pașii ce trebuiesc parcurși după terminarea proiectării circuitului imprimat sunt următoarele:

1.coli transparente pentru video-proiector

2.o imprimantă inkjet sau laser ( este preferabilă)

3.cablaj fotorezistiv

4.clorură ferică pentru a face corodarea zonelor neprotejate

5.sursă de lumină ultravioletă

6.soluție pentru developare

7.o bucată de sticlă de geam de dimensiuni 200x200x4mm

8.o bormașină și burghie cu dimensiuni între 0.7 și 1.5mm funcție de componente

Metoda folosește tehnica developării fotografiilor, astfel, pe cablajul foto-rezistiv există o substanță specială sensibilă la lumină și la UV (ultravioletă). Substanța expusă la UV se va înlătura automat după introducerea cablajului într-o soluție de developare, iar partea care nu este expusă razelor UV va rămâne pe cablaj protejandu-l ulterior de corodare cu clorură ferică. 

O prima etapă ar fi proiectarea cablajului și printarea acestuia pe o coală transparentă. Am folosit Proteus pentru proiectarea cablajului, soft ce are posibilitatea salvării proiectului în format pdf, eps, bmp, cad-cam, etc, însă foarte tot la fel de bun este alt soft – Eagle. Colile transparente se pot achiziționa din librarii (sunt 2 modele –  pentru imprimante inkjet și pentru imprimante laser).

După printare, punem coala transparentă pe cablaj și folosim un geam pentru a o fixa cât mai sigur, astfel incât să nu patrundă lumina intre traseele desenate pe coală si cablaj.

Urmatoarea etapă este expunerea la ultraviolete. Pentru acest lucru este nevoie de o sursă de lumină UV. În acest scop am folosit 2 neoane negre (UV), cumpărate din comerț și puse într-o cutie ai cărei pereți interni au fost “căptușiți” cu staniol pentru a creea o oglindă. Plăcuța trebuie expusă la UV în aceste condiții timp de 4-5 minute. Am făcut multe teste înainte să aflu perioada de timp pentru expunere. Dacă plăcuța este expusă prea puțin sau prea mult timp sunt șanse să nu mai iasă cablajul imprimat dorit.

A 3-a etapă o reprezintă developarea. Trebuie să fie pregatită soluția pentru developare.Am folosit pentru developare o soluție de sodă caustică. Intr-o sticla de 2L cu apa, se introduc 3-4 lingurițe de sodă. Soda este foarte periculoasă. Trebuie folosite neapărat manuși și avut grijă să nu se verse pe nimic fiind foarte corozivă. O să se observe în timpul developării cum, de pe placuța de textolit se înlătura substanța expusă la UV și rămân doar traseele. Este indicat să se agite plăcuța în baia de developare pentru a uniformiza decurgerea reacției.

În etapa a 4-a plăcuța va fi spălată și apoi introdusă într-o soluție de clorură ferică cu fața în jos, deoarece soluția fiind densă, plăcuța va pluti. Tot acest proces poate dura între 15 și 20 minute dar dacă soluția este încălzită timpul se va reduce la 3 – 5 minute!

Ultima etapă a procesului este de a găurii locurile marcate pentru trecerea componentelor THD -Through Hole Devices, prin placă. Pentru acest lucru am folosit un burghiu de 1mm iar pentru mufa US și întrerupător de 1.5mm.

În premieră pentru acest montaj (am mai realizat unul pentru verificarea metodei), am reușit să obțin circuitul imprimat mult mai ușor și sigur. Am vopsit bucata de circuit imprimat ce urma a fi prelucrat, cu un spray de vopsea neagră pentru reparații auto. Am dat două straturi subțiri și am lăsat să se usuce după fiecare operație. Apoi m-am folosit de o mașină laser TROTEC care este folosită pentru confecționat ștampile, diverse gravuri etc.(serviciu plătit un unei firme), pentru a arde vopseaua. Imaginea cu circuitul imprimat a fost introdusă în Corel, unde s-au dat toate dimensiunile plăcii. Vopseaua a fost înlăturată foarte ușor, rămânând protejată zona cuprată de interes. Corodarea am făcut-o cu clorură ferică. După cum se vede în fig. 45 foarte puțin de pe placă trebuie corodat, iar metoda în sine este sigură, rapidă și PCB-ul rezultat are un aspect profesional.

III.3 Dezvoltarea software pentru punere în funcțiune

Pentru ușurarea muncii de proiectare a software-ului în realizarea proiectului avem nevoie de utilizarea unor librării, prin care ne vom ușura munca [26]. În cazul acestui proiect am folosit 7 librării dintre care una este cea a componentei PIC18F4520 și anume p18f4520.h. Alte librării incluse sunt:

delays.h – ca o metodă alternativă, este posibil să se treacă macro F_CPU direct în compilator din Makefile. În mod evident, în acest caz, nici o declarație # define nu ar trebui să fie folosită. Funcțiile în acest fișier header sunt niște învelișuri ale funcțiilor de bază busy-wait de la <util/delay basic.h>. Ele sunt cocepute ca funcții ajutătoare în cazul în care valorile actuale de timp pot fi specificate, mai degrabă decât să aștepte pentru un număr de cicluri. Ideea din spatele este că timpul de compilare pentru expresii constante va fi eliminat prin optimizări de compilator, astfel că expresiile în virgulă flotantă poate fi folosite pentru a calcula numărul de cicluri de întârziere necesare, bazate pe frecvența procesorului prită de la macro F_CPU. Pentru ca aceste funcții să funcționeze după cum au fost gândite, trebuie activată optimizarea compilatorului <em> trebuie </ em>, iar timpul de întârziere <em> trebuie </ em> fi o expresie care este o constantă cunoscută la momentul compilării. Dacă aceste cerințe nu sunt îndeplinite, întârzierea rezultată va fi mult mai mare (și, practic, imprevizibilă), și aplicații care altfel nu folosesc calcule în virgulă mobilă vor experimenta umflări de cod, de către rutinele în virgulă mobilă ale bibliotecilor legate de aplicație. Funcțiile disponibile permit specificarea directă de întârzieri în microsecunde și milisecunde, folosind aplicația macro furnizată de F_CPU ca frecvența de clock al CPU (în Hertz).

stdlib.h – Acest antet definește mai multe funcții de uz general, inclusiv managementul dinamic al memoriei, generare de numere aleatoare, comunicarea cu mediul, aritmetica numerelor intregi, căutare, sortare și conversie.

timers.h – aceasta clasă este utilizată pentru a urmări cantitatea de timp petrecută între invocări ale metodelor diferite de startTimer () / stopTimer () .Modul ce pornește o bancă de cronometre software ce au rezoluția de timp de 1 milisecundă.Modulul folosește Timer1 pentru propriile întreruperi. TIMERS_TEST (în fișierul c.) compilează condiționat programul de testare pentru cod.Trebuie să ne asigurăm că este comentat pentru folosirea modulului.

usart.h – Inițializa un port serial. Configurează rata de transfer a portului serial.Permite funcționarea portului serial Portul serial trebuie să aibă o rată de transfer configurată pentru a funcționa corect.USART functionează în modul de transmisie cu un singur buffer(tampon), recepție multibuffer,8n1.

adc.h – avem inițializare, această funcție inițializează un obiect, un driver și poate fi invocată înainte ca kernel-ul să fie inițializat.Startul poate fi inițializat de API (Application Programming Interface)

ser_LCD.h – librărie creată pentru a controla un modul serLCD de la Sparkfun prin comunicare serială. Practic, librăria de afișaj a fost o bună înlesnire a scrierii codului binar de funcționare.

Sunt șase librării din care una, ser_LCD.h este dedicată optimizării comunicării cu LCD, pentru a realiza o înlesnire mare a scrierii codului vis a vis de LCD. În software-ul main de cod vom regăsi doar câteva linii de comandă speciale în comunicarea cu LCD.

Inițial m-am gândit la crearea unei librării dedicate servomotoarelor dar nu a fost nevoie deoarece în principiu comunicarea cu acestea se poate rezuma la unele legături destul de simple.

Definirea regiștrilor de configurare, printre care și XTAL referitoare la frecvența cuarțului de lucru folosit. Oscilatorul a fost configurat în opțiunea de high speed. Debugul este pus pe ON pentru a putea face debug.Watchdogul este pus pe OFF, la un clock de 20 MHz HS. Watchdogul este necesar doar în cazul unor verificări suplimentare relativate de anumite funcții date spre execuție pentru a urmări evoluția lor și a obliga sistemul să le verifice la un interval de timp bine definit. În primele linii de cod este declarată interacțiunea cu servomecanismele.

#define M1 LATCbits.LATC5 // Iesire Motor1 PORTC.5

#define M2 LATCbits.LATC4 // Iesire Motor2 PORTC.4

Define M1 definit ca și ieșire pe portul C5, define M2 ca și ieșire pe portul C4, reprezintă definirea servomecanismelor asociate.

Urmează variabilele care sunt definite în program. Se definește o variabilă pe care o împart cu 40, variabila astfel obținută este pos_M1, ulterior în cod să poată astfel fi apelată ca poziție curentă motor 1, idem și pentru motorul 2. Ulterior în program pos_M1 va reprezenta poziția motorului 1. Ambele variabile sunt declarate cu min și max.

signed pos_M1=40; // Pozitia curenta Motor1

signed pos_M2=40; // Pozitia curenta Motor2

signed max=115; // Valoarea pentru cursa maxima

csigned min=10; // Valoarea pentru cursa minima

Funcționarea servomotorului se face prin procedură standard legată de funcționarea acestora, și anume în principiu un front pozitiv cu duty cycle ce se modifică, de 1 ms va determina servomecanismul să se îndrepte către poziția de 0 grade, respectiv un front pozitiv cu durata de 2 ms va determina rotirea acestuia către unghiul maxim de 180 grade. Practic unghiul de rotație este determinat de durata pulsului aplicat pe firul de control al servomecanismului, care așteaptă să primească un puls la fiecare 20ms.

Bineânțeles, această formulă standard va fi diferită în cazul folosirii unui anume tip de servomecanism iar diferențele între min și max respectiv 0 și 180 se vor putea situa între alte valori care vor trebui determinate experimental, care în momentul de față sunt 10 și 115. Delay-ul dat de procesor între 0 și 1 va fi determinat ca și constantă de proces în cazul mișcării unui servomecanism. Valoarea de rezoluție între 0 și 180 grade va fi reprezentată în cazul nostru de o valoare de int declarată între 10 și 115 acoperind cursa min-max a servomecanismului.

Se declară o serie de variabile pentru ADC, pentru măsurarea tensiunii de acumulator și o hisstereză ce va avea efect global, toate vor fi apoi folosite în program.

int i=0;

int result; //

//// Rezultatele conversiei ADC pentru senzori

int result1;

int result2;

int result3;

int result4;

int result_charge;

int hys = 30;

///////////////// Flag-uri//////////////////

int search=0;

int count_refresh;

int count_backlight=0;

Apoi se declară niște flag-uri, după care încep funcțiile.

void init_Motors()

{

//Motor1(max);

//Motor2(max);

Se initializează motoarele și se va face o cursă complectă de la 0 la 180o, asociind mișcării acestora și aprinderea unui led aferent.

if(port==1)

SetChanADC(ADC_CH0); //Set ADC 0

…………………………………………………………..

Delay10TCYx(5); // Delay for 50TCY

ConvertADC(); // Start conversion

while( BusyADC() ); // Wait for completion

result = ReadADC(); // Read result

Urmează conversia ADC cu declararea porturilor și setarea canalelor de initialiyare și conversie(măsurare), cu timpul aferent de asteptare dacă este ocupat, la sfârșit avem citirea rezultatelor, ce vor fi puse în variabila globală result.

Funcția de void init pentru declararea porturilor ca intrări sau ieșiri, respectiv Port A este intrare iar Port B,C, D,E ieșiri. Apoi se inițializează converterul de ADC. Ștergere afișaj…

Apoi în void main începe codul, prin declararea unor variabile globale, se declară un mesaj, se apelează funcția de init, și se inițializează LCD-ul- se ce încarcă parametrii pentru inițializare din libraria serLCD. Inițializarea LCD se face cu un delay de aprox 1.6 sec (timpul lui de boot), apoi se aprinde backlight pe valoarea maximă(3):

int i=0;

int y=0;

char message=0;

init();

Init_LCD();

Delay10KTCYx(250);

//init_Motors();

backlight_on(3);

//init_Motors();

Apoi începe while-ul care va fi o execuție continuă, tipică ca procedură pentru sisteme "embeded", care sunt ținute în execuție permanentă. Search îl șterge, citește ADC și bagă în result

while(1)

{

search=0;// Reset search flag

clear_LCD();

ADC(1);

result1=result;…pentru toate ADC-urile

result_charge = result;…pentru accu citire

Se stabilește un prag de luminozitate de unde se poate începe citire:

if((result1|result2|result3|result4)>35)

Se fac citiri interpolate pentru ambele axe între toate cele patru fotorezistențe…..cu decizii pentru a mișca motoarele pe cele 2 axe.

Count_refresh stabilește că dacă măsurătorile nu se schimbă sau motoarele nu mișcă automat LCD să trecă în dimmer cu 3 trepte până se va stinge.

În cazul în care lumina are o intensitate luminoasă sub pragul de 35, valoare de ADC se va afișa scurt No Light și întreg montajul trece în standby, consumul fiind extrem redus.

Studiu de caz

Întregul procesul anterior descris, de alegere riguroasă după criterii bine definite a componentelor, de realizare a schemei electrice de funcționare, de obținere a placii PCB de montare a componentelor, va deschide drumul către închegarea acestora și realizarea fizică a proiectului final.

Trecând de montarea componentelor pe PCB și programarea microcontrolerului, rămâne construcția fizică a proiectului. Dacă inițial am realizat o construcție cu multe improvizații făcute adhoc, ulterior aceste lucruri au devenit mai clare pentru o construcție funcțională mai elaborată atât mecanic cât și estetic.

Baza pe care am construit e reprezentată de două plăci de Komatex cu dimensiunile de 260x200x3, care le-am lipit una peste alta pentru a da un surplus de rigiditate și pentru a ajunge la o grosime mai mare, de 6mm, necesară în prinderile ce urmează se se facă.

Popularea bazei se va face cu un servomecanism, un display, placa de PCB și acumulatorii.

Am ales plasarea servomecanismului intr-o poziție centrală. De acesta va fi prins al doilea servomecanism, prin realizarea unui corp geometric ce va ajuta această prindere. Acest corp a fost proiectat după dimensiunile servomecanismelor si realizat tot din komatex, prin lipirea a 5 bucăti pentru a realiza lățimea necesară. Prinderea primului servo (cel ce efectuează mișcarea pe axa x) de bază, am făcut-o cu 4 distanțiere de poliamidă hexagonală, cu filet interior pe toată lungimea (filet de 3mm), plus 8 șuruburi de 20x3mm.

Tot pe bază va fi prins și display-ul, pentru care am confecționat din același material (komatex), un fel de stand cu două orificii tăiate pentru a glisa înăuntru display-ul. Suplimentar acesta va fi prins ca si contră de o altă piesă de partea de sus a sa pentru a nu ieșii din canalele respective. Asigurarea prinderii tuturor componentelor este obligatorie pentru a prevenii eventuale accidente prin manevrarea ansamblului.

Cele două stand-uri au fost lipite de bază cu adeziv puternic. Grupul de baterii acumulatori au fost și ele prinse de bază cu ajutorul unei benzi dublu adezive. Montajul de circuit imprimat are prevăzute patru găuri tocmai în acest scop.

După cum am menționat anterior prinderea celui de al doilea servomecanism de primul am facut-o prin construirea artizanală a unui corp geometric, ce are o decupare de dimensiunea exactă a servomecanismului ce va deservi axa Y. Dimensiunea exactă și prinderea acestuia cu patru holșuruburi va da din punct de vedere mecanic o robustețe deosebită. Am realizat o prindere mecanică bună pentru ambele dispozitive, având în vedere că ele se vor afla într-o mișcare cu accelerații pe vectori diferiți. Mai mult decât atât trebuie ținut cont de faptul că panoul solar se va monta pe al doilea servomecanism, acesta având o sarcină în plus, iar cel de la bază, și mai mare. Legat de acest aspect înainte de a cumpăra cele două servomecanisme, am studiat ce sarcini pot duce fiecare, iar pentru cazul de față pot spune ca cele 11kg-cm sunt mai mult decât suficient. Totul în contextul în care un servo cântărește aproximativ 55 grame iar panoul solar 65 grame. Practic asta înseamnă că la 1cm de ax, lucrul mecanic față de această pârghie este echivalent cu ridicarea a 11kg. În sarcină consumul acestora, la viteză maximă de rotație (0.2 secunde pentru a face 60o) este de 300mA, iar acest lucru a fost subiectul regulatorului de tensiune , care poate susține 5V și 1.5A, deci fară probleme pentru cele două servomecanisme și restul de consumatori.

Pentru a putea fixa intr-o poziție convenabilă și eficientă din punct de vedere mecanic panoul solar, am recurs la confecționarea unui suport special, la ale cărui îmbinări am folosit adeziv de rezistență mare și transparent (vezi fig.52). Prinderea efectivă de panoul solar a fost realizată prin folosirea unei suprafete suficient de mari, din ansamblul de suport menționat mai sus, pe care l-am atașat de panou cu bandă dublu adezivă. Am folosit o suprafață plană mai mare pentru a nu crea în panou pe timpul translațiilor de mișcare, tensiuni mecanice ce pot deteriora panoul. Aceeași suprafață de contact cu panoul solar, are o proeminență care va sustine senzorul optic. Practic suportul pentru panoul solar este suport și pentru senzorul optic.Senzorul optic este alcătuit din cele patru divizoare rezistive (fotorezistor înseriat cu o rezistență), dispuse pe câte unul din cele patru cuadrante ale cercului, tăiat dintr-o bucată de placă de dezvoltare. Pentru a determina o citire acurată din partea senzorului optic, este necesară implementarea unui colimator care să ferească fotorezistorul de razele de lumină neincidente, într-o oarecare măsură. Doar așa se poate realiza o dirijare și orientare bună a panoului. Pentru realizarea colimatorului am folosit două dreptunghiuri cu lățimea egală cu cea a cercului pe care sunt montate fotorezistențele. Acestea prin decupare adecvată se vor putea întrepătrunde realizând o formă geometrică pe înălțime ce va împărții cercul senzorului foto în patru cadrane. Acest colimator este lipit de cercul senzorilor cu care va crea un corp comun. Cele două componente sunt prezentate în fig. 50. Pentru a putea obține o cât mai bună sensibilitate pentru citirile date de fotorezistori, este nevoie să se studieze valorile fotorezistorului pentru diferite intensități luminoase iar apoi să fie aleasă rezistența serie cu acesta de o valoare prin care să avem o plajă cât mai mare de variație a tensiunii de ieșire. Formula de calcul a tensiunii de ieșire pentru grupul serie fotorezistor -FR și rezistorul -R, în care FR este pus la 5V iar R la masă este: VOUT=R/R+FR*VCC. În tabela 1 se observă modalitatea de selecție a valorii rezistenței serie optime pentru o sensibilitate și o funcționare optimă a proiectului.

Tabela 1 Optimizare a valorii rezistenței serie cu fototranzistorul

Concluzii

Constanța energiei solare, prin caracterul său, o califică drept o sursă regenerabilă de primă importanță. Avantajul major al energiei solare este că, într-adevăr este o sursă inepuizabilă, întrucât soarele este prezent zilnic, deși impactul climatic și alternanța zi-noapte nu dau această impresie în primă instanță.

Există diferite posibilități în care poate fi captată această energie solară, fiecare dintre aceste tipuri având la rândul lor diferite aplicabilități practice și diferite rezultate. Ca răspândire și uz general. Panoul solar este principala metodă de captare a energiei solare care prezintă interes în domeniu. Principala componentă a panoului solar, respectiv celula fotovoltaică, este de deferite tipuri, fiecare dintre acestea având propriile caracteristici, care rezultă în performanțe diferite.

Performanțele diferite ale diverselor tipuri de celule sunt legate de de materialul din care sunt construite, astfel afectând variabile precum costul de producție/achiziție, respectiv randamentul efectiv al panoului.

Randamentul maxim diferă în funcție de tipul de celulă. Diferența nu este dată neapărat de calitatea tipului de celulă folosit la panou, ea fiind influențată și de scopul în care urmează a fi utilizat panoul, întrucât panouri cu diferite tipuri de celule se pretează la întrebuințări diferite. Randamentul cel mai ridicat este întâlnit la celulele monocristaline cu siliciu, unde trece ușor de 20%, situându-se în mod normal, în funcție de calitate și configurare între 17-25%. Aparent, această valoare este una relativ mică, însă caracterul cu adevărat inepuizabil al energiei solare și accesul imediat la aceasta în ciuda alternanței zi-noapte, face ca această valoare să fie în mod efectiv mult mai ridicată.

Configurarea unui sistem de panouri solare se poate face în mai multe feluri. Pentru suprafețe întinse de teren, sunt încă utilizate la scară largă sistemele fixe. În momentul în care intervin limitări în suprafața disponibilă pentru sistemul de panouri, atunci apare necesitatea maximizării căștigului, acest lucru fiind posibil doar prin utilizarea unui sistem mobil.

Sistemul de urmărire cu două axe, este de la început unul superior ca randament oricărui sistem fix, în condițiile în care se discută de două suprafețe de captare egale. Diferența este una semnificativă, întrucât urmărirea soarelui de către panou permite o eficiență de captare mult sporită, cu 30-40% mai mult decât în cazul unui sistem fix.

În momentul în care se alege acest sistem ca fiind cel care urmează a fi implenentat, trebuie avute în vedere anumite aspecte legate de modul de asamblare. În primul rând, componentele folosite trebuie să corespundă scopului în care urmează a fi utilizat sistemul. Diferite componente dau diferite rezultate. Trebuie avut în vedere scopul utilizării, însă și scara la care urmează a fi întrebuințat sistemul, întrucât componente utilizate la scară mică nu vor da același randament dacă sunt utilizate în sisteme ce vor fi folosite la scară largă. În al doilea rând, trebuie luat în considerare și utilizatorul sistemului. Un utilizator industrial va avea mereu la dispoziție resurse superioare, fie că este vorba de mentenanță, fie că este vorba de suport tehnic sau documentar. Însă pentru un utilizator la scară mică, de habitat locuibil, accesul la resurse precum componente, documentație și suport tehnic este condiționat de accesul la producător, nu totdeauna ideal după achiziționarea și instalarea sistemului. De asemenea, un utilizator mic nu va fi niciodată o prioritate pentru producător, cel puțin nu în măsura în care este un utilizator industrial.

Odată selectate componentele necesare finalizării proiectului, schema electrică de funcționare se constituie ușor din îmbinarea atentă a proprietăților și caracteristicilor fiecărei componente. PCB-ul, o componentă de bază, permite realizarea rapidă și fără prea multe dificultăți a proiectului, întrucât configurarea sa pentru acest tip de sistem de urmărire cu două axe nu diferă substanțial de configurarea sa pentru orice altă aplicație. Singura chestiune care diferă este programul utilizat în configurare. Aspectul care influențează procesul este factorul uman, și-anume depinde de abilitatea utilizatorului de a utiliza software-ul.

Realizarea software-ului de funcționare este strict legată de microcontroller, respectiv de capabilitățile acestei componente. Practic, reperele necesare realizării părții de soft, sunt constituite din datasheet-ul microcontroller-ului, respectiv alegerea limbajului de programare adecvat și a alegerea unor compilatoare cu facilități adecvate. Liantul dintre componentă și posibilitatea sa de programarea este oferită, de cele mai multe ori, gratuit de către producător prin IDE.

Selecția componentelor, apoi realizarea schemei proiectului, realizarea PCB-ului, implementarea software-ului de funcționare, constituie partea inițială a proiectului. Construcția efectivă a prototipului prezintă câteva aspecte interesante, legate fie de dificultăți întâlnite, fie de avantaje oferite de improvizații.

Partea de senzor optic a necesitat o serie de intervenții, și-anume necesitatea de adaptare a valorii rezistenței folosite la divizorul rezistiv. Pentru a putea oferi o informație coerentă, senzorul optic a avut nevoie de implementarea unei anumite configurații de colimator.

Stabilirea plajei de acțiune pentru servomecanisme a necesitat o tatonare îndelungată pentru găsirea unor constante adecvate care să permită funcționarea în parametrii doriți.

Optimizarea unor soluții legate de sursa de energie necesară funcționării montajului a prezentat dificultăți, mai ales în ceea ce privește închiderea unei bucle între energia captată și posibilitatea de stocare a acesteia în acumulatorii folosiți. Apare constatarea că această problemă este legată faptul că a fost utilizat un singur panou solar. Bazarea proiectului pe o abordare minimală a dus la descoperirea aceste chestiuni. Această problemă a fost soluționată prin divizarea acumulatorilor în două grupuri și încărcarea alternativă a câte unui grup, sub supervizare de alternanță a încărcării și monitorizare de încărcare de către microcontroller.

Abordarea teoretică inițială a proiectului, concretizată apoi de construcția propriu-zisă a prototipului, nu fac altceva decât să confirme viabilitatea conceptului.

NOTE BIBLIOGRAFICE

[1] http://re.jrc.ec.europa.eu/pvgis/, accesat 15.04.2014

[2] http://www.ecovolt.ro/ro/support/cell_solar_ro.html, accesat 10.04.2014

[3] A.M. Morega and A. Bejan, A Constructal Approach to the Optimal Design of Photo-voltaic Cells, Int. Journal of Green Energy, 2005, pp. 233-242.

[4] L.C. Andreani, S. Zanotto, M. Liscidini, Light trapping efficiency in thin-film silicon photo- voltaic cells with a photonic pattern, 12th International Conference on Transparent Optical Networks (ICTON), 2010.

[5] http://energyinformative.org/best-solar-panel-monocrystalline-polycrystalline-thin-film/, accesat 16.04.2014

[6] http://butane.chem.uiuc.edu/pshapley/GenChem2/C8/2.html, accesat 16.04.2014

[7]http://www.energysavingtrust.org.uk/Generating-energy/Choosing-a-renewable-tech-nology/Solar-panels-PV, accesat 17.03.2014

[8]http://www.solarchoice.net.au/blog/solar-trackers/, accesat 29.03.2014

[9] http://www.gizmag.com/surprising-places-solar-panels-sea-sky-space/28328/, accesat 29.03.2014

[10] N. Amin, W. C. Yung and K. Sopian, “Low Cost Single Axis Automated Sunlight Tracker Design for Higher PV Power Yield” ISESCO Science and Technology Vision, Volume 4, November 2008.

[11] http://blog.pepperl-fuchs.us/blog/bid/253098/5-Ways-to-Track-Your-Solar-Tracker, accesat 30.03.2014

[12] http://www.microchip.com/, accesat 10.04.2014

[13] N. Barsoum and P. Vasant, “Simplified Solar Tracking Prototype,” Global Journal of Technology and OptimizationGJTO,Vol. 1,2010,pp.38-45.

[14]http://www.scritub.com/stiinta/informatica/Introducere in Microcontrolere 14123232 .php/, accesat 2.05.2014

[15]http://www.osioptoelectronics.com/application-notes/AN-Photodiode-Parameters-Characteristics.pdf, accesat 20.03.2014

[16]http://www.radioelectronics.com/info/data/semicond/phototransistor/photo_transistor.php, accesat 21.03.2014

[17] http://www.radio-electronics.com/info/data/resistor/ldr/light_dependent_resistor.php, accesat 21.03.2014

[18]http://www.boost.org/doc/libs/1_55_0/libs/numeric/odeint/doc/html/boost_numeric_odeint/odeint_in_detail/steppers.html, accesat 22.03.2014

[19] http://www.servocity.com/html/how_ do_ servos_work_.html, accesat 4.05.2014

[20] J.A. Beltran, J.L.S. Gonzalez Rubio, C.D. Garcia-Beltran, Design, Manufacturing and

Performance Test of a Solar Tracker Made by a Embedded Control, CERMA 2007,Mexico.

[21] http://www.microchip.com/wwwproducts/Devices.aspx?dDocName=en010297, accesat 14.03.2014

[22]http://www.microchip.com/Developmenttools/ProductDetails.aspx?PartNO=SW006011, accesat 15.03.2014

[23] http://www.solar-electric.com/mppt-solar-charge-controllers.html, accesat 17.03.2014

[24] Mukund R. Patel, Power Systems: Design, Analysis and Operation, Taylor&Francis, New York, 2006, pp. 175-181, pp.258-270

[25] http://proteus.software.informer.com/, accesat 28.03.2014

[26] http://www.microchip.com/pagehandler/en-us/family/mplabx/, accesat 5.04.2014

BIBLIOGRAFIE

Amin, N.; Yung, W. C.; Sopian, K.; “Low Cost Single Axis Automated Sunlight Tracker Design for Higher PV Power Yield” ISESCO Science and Technology Vision, Volume 4, November 2008.

Andreani, L.C.; Zanotto, S.; Liscidini, M.; Light trapping efficiency in thin-film silicon photo- voltaic cells with a photonic pattern, 12th International Conference on Transparent Optical Networks (ICTON), 2010.

Barsoum, N.; Vasant, P.; “Simplified Solar Tracking Prototype,” Global Journal of Technology and OptimizationGJTO,Vol. 1,2010.

Beltran, J.A.; Gonzalez Rubio, J.L.S.; Garcia-Beltran, C.D.; Design, Manufacturing and Performance Test of a Solar Tracker Made by a Embedded Control, CERMA 2007,Mexico.

Morega A.M; Bejan, A.; A Constructal Approach to the Optimal Design of Photo-voltaic Cells, Int. Journal of Green Energy, 2005.

Patel, M.R. Power Systems: Design, Analysis and Operation, Taylor&Francis, New York, 2006.

Surse online

http://anycomponents.fnhost.org/ product/set-65-cabluri-tata-tata-pt-breadboard/, accesat 5.05.2014.

http://blog.pepperl-fuchs.us/blog/bid/253098/5-Ways-to-Track-Your-Solar-Tracker, accesat 30.03.2014.

http://butane.chem.uiuc.edu/pshapley/GenChem2/C8/2.html, accesat 16.04.2014.

http://cnx.org/content/m29444/latest/, accesat 12.04.2014.

http://commons.wikimedia.org/wiki/File: Konstrukcni_usporadani_fotorezistoru.png, accesat 3.05.2014.

http://energyinformative.org/best-solar-panel-monocrystalline-polycrystalline-thin-film/, accesat 16.04.2014.

http://entesla.com/pic18f4520-dip-bootloader, accesat 6.05.2014.

http://etap.com/renewable-energy/photovoltaic-101.htm, accesat 14.04.2014.

http://mic.hit-karlsruhe.de/projekte/ SS09LM_2/ standdertechnik/, accesat 2.05.2014.

http://mindprod.com/ bgloss/ led.html, accesat 5.05.2014.

http://physics-vishma.blogspot.ro/2010/11/ formation-of-p-type-semiconductor.html, accesat în 15.04.2014.

http://proteus.software.informer.com/, accesat 28.03.2014.

http://re.jrc.ec.europa.eu/pvgis/, accesat 15.04.2014.

http://re.jrc.ec.europa.eu/pvgis/apps4/pvest.php, accesată în 14.04.2014.

http://robot-kingdom.com/stepper-motor-introduction-beginners/, accesat 4.05.2014.

http://ww1.microchip.com/downloads/en/DeviceDoc /39631E.pdf , accesat 20.02.2014.

http://www.alibaba.com/product-detail/large-20mm-LDR-photoresistor-sensor-photo_502336427.html, accesat 2.05.2014.

http://www.atlantechsolar.com/32.html, accesată în 15.04.2014.

http://www.boost.org/doc/libs/1_55_0/libs/numeric/odeint/doc/html/boost_numeric_odeint/odeint_in_detail/steppers.html, accesat 22.03.2014.

http://www.cablecomuk.com/cat_pin_ header.htm, accesat 5.05.2014.

http://www.circuitstoday.com/pic-16f877-architecture-and-memory-organization, accesat 6.05.2014.

http://www.ecovolt.ro/ro/support/cell_solar _ro.html,accesat: 11.04.2014.

http://www.eleccircuit.com/power-supply-5v-2a-by-ic-78s05/, accesat 26.02.2014.

http://www.energysavingtrust.org.uk/Generating-energy/Choosing-a-renewable-tech-nology/Solar-panels-PV, accesat 17.03.2014.

http://www.f64.ro/products/description/Acumulatori_Sanyo_Ni_Mh_tip_R6_AA_2700mAh_1_2V-set_4bucati/index.html, accesat 4.05.2014.

http://www.gizmag.com/surprising-places-solar-panels-sea-sky-space/28328/, accesat 29.03.2014.

http://www.hwkitchen.com/products/lcd-display-4×20-characters/, accesat 4.05.2014.

http://www.jola.ro/celule-solare/40-panou-solar-2w.html, cumpărat în 8.03.2014.

http://www.jola.ro/lcd/446-lcd-serial-20×4.html, cumpărat 8.03.2014.

http://www.microchip.com/, accesat 10.04.2014.

http://www.microchip.com/Developmenttools/ProductDetails.aspx?PartNO=SW006011, accesat 15.03.2014.

http://www.microchip.com/pagehandler/en-us/family/mplabx/, accesat 5.04.2014.

http://www.microchip.com/wwwproducts/Devices.aspx?dDocName=en010297, accesat 14.03.2014.

http://www.osioptoelectronics.com/application-notes/AN-Photodiode-Parameters-Characteristics.pdf, accesat 20.03.2014.

http://www.panosolare.com/panoghid-tipuri-de-panouri-solare-1/, accesat:10.04.2014.

http://www.radio-electronics.com/info/data/resistor/ldr/light_dependent_resistor.php, accesat 21.03.2014.

http://www.radioelectronics.com/info/data/semicond/phototransistor/photo_transistor.php, accesat 21.03.2014.

http://www.scritub.com/ stiinta/informatica/Introducere-in-Microcontrolere14123232.php/, accesat 2.05.2014.

http://www.scritub.com/stiinta/informatica/Introducere in Microcontrolere 14123232 .php/, accesat 2.05.2014.

http://www.servo city.com/html/how_do_servos_work_.html, accesat 3.04.2014.

http://www.sierra.ro/Servo-TMG995-BB-MG-Standard-p610p.html, cumpărată 8.03.2014.

http://www.solarchoice.net.au/blog/solar-trackers/, accesat 29.03.2014.

http://www.solar-electric.com/mppt-solar-charge-controllers.html, accesat 17.03.2014.

http://www.tehnosat.ro/Produse/Panouri-Fotovoltaice, accesat 20.03.2014.

http://www.termo.utcluj.ro/regenerabile/5_3.pdf, accesat 12.04.2014.

http://www.tme.eu/en/katalog/phototransistors_112306/, accesat 2.05.2014.

https://solarbotics.com/product/28078/, accesat 6.05.2014.

https://www.sparkfun. com/datasheets/ Programmers/PICkit_3_User_Guide_51795A.pdf, accesat 7.05.2014.

https://www.sparkfun.com/datasheets/LCD/Serial %20LCD%20Backpack%20v28.pdf, accesat 3.03.2014.

ANEXE

Anexa 1

Codul în C de funcționare al microcontrolerului:

#include <p18f4520.h>

#include <delays.h>

#include <stdlib.h>

#include <timers.h>

#include <usart.h>

#include <adc.h>

#include "ser_LCD.h"

#pragma config OSC=HS

#define _XTAL_FREQ 20000000

#pragma config WDT = OFF

#pragma config PWRT = OFF

#pragma config LVP = OFF

#pragma config PBADEN=OFF

#pragma config DEBUG=ON

#define M1 LATCbits.LATC5 // Iesire Motor1 PORTC.5

#define M2 LATCbits.LATC4 // Iesire Motor2 PORTC.4

#define LED3 LATBbits.LATB3 // LED3 PORTB.3

#define LED2 LATBbits.LATB4 // LED2 PORTB.4

#define LED1 LATBbits.LATB5 // LED1 PORTB.5

signed pos_M1=40; // Pozitia curenta Motor1

signed pos_M2=40; // Pozitia curenta Motor2

//

signed max=115; // Valoarea pentru cursa maxima

signed min=10; // Valoarea pentru cursa minima

void init(void);

void init_Motors(void);

int i=0;

int result; //

//// Rezultatele conversiei ADC pentru senzori

int result1;

int result2;

int result3;

int result4;

int result_charge;

int hys = 30;

///////////////// Flag-uri//////////////////

int search=0;

int count_refresh;

int count_backlight=0;

//// Functii///////////////////////////////

void Motor1(int increase)

{

search=1;

LED1=1;

if(pos_M2>74)

{

if((increase==1)&& (pos_M1<max))

pos_M1–;

if((increase==0)&&(pos_M1>min))

pos_M1++;

}

else

{

if((increase==1)&& (pos_M1<max))

pos_M1++;

if((increase==0)&&(pos_M1>min))

pos_M1–;

}

M1=1;

Delay100TCYx(pos_M1);

// Delay100TCYx(pos_M1);

M1=0;

Delay10KTCYx(20);

}

void Motor2(int increase)

{

search=1;

LED2=1;

if(pos_M2<90)

{

if((increase==1)&& (pos_M2<max))

pos_M2++;

if((increase==0)&&(pos_M2>min))

pos_M2–;

M2=1;

Delay100TCYx(pos_M2);

// Delay100TCYx(pos_M2);

M2=0;

Delay10KTCYx(20);

}

}

void LED_off()

{

LED1=0;

LED2=0;

}

void init_Motors()

{

//Motor1(max);

//Motor2(max);

// Initializeaza motoarele /////////////////

LCD_mes_init_M_X();

for(i=0;i<max;i++)

{

Motor1(1);

// Delay10TCYx(200);

}

for(i=0;i<max;i++)

{

Motor1(0);

// Delay10TCYx(200);

}

LCD_mes_init_M_Y();

for(i=0;i<max;i++)

{

Motor2(1);

// Delay10TCYx(200);

}

for(i=0;i<max;i++)

{

Motor2(0);

// Delay10TCYx(200);

}

//pos_M1= min;

//pos_M2= min;

//Motor1(0);

//Motor2(0);

}

void ADC(int port)

{

//OpenADC(ADC_FOSC_32 & ADC_RIGHT_JUST & ADC_12_TAD, ADC_CH0 & ADC_INT_OFF,0);

if(port==1)

SetChanADC(ADC_CH0); //Set ADC 0

if(port==2)

SetChanADC(ADC_CH1); //Set ADC 1

if(port==3)

SetChanADC(ADC_CH2); //Set ADC 2

if(port==4)

SetChanADC(ADC_CH3); //Set ADC 3

if(port==5)

SetChanADC(ADC_CH4); //Set ADC 4

Delay10TCYx(5); // Delay for 50TCY

ConvertADC(); // Start conversion

while( BusyADC() ); // Wait for completion

result = ReadADC(); // Read result

}

void init()

{

LATA = 255; // PORTA intrare (tot portul)

LATC = LATD = LATE = LATB = 0; // Restul porturilor sunt iesiri

TRISA=255;

TRISB = 0;

TRISC = 0b10000000;

TRISD = 0;

TRISE = 0;

OpenADC(ADC_FOSC_32 & ADC_RIGHT_JUST & ADC_2_TAD, ADC_CH0 & ADC_INT_OFF,0); //open adc port for reading

ADCON1 =0x00; //set VREF+ to VDD and VREF- to GND (VSS)

ADCON0= 0x03;

ADCON2= 0xBD;

clear_LCD(); // Sterge afisajul

}

void main(void)

{

int i=0;

int y=0;

char message=0;

init();

Init_LCD();

Delay10KTCYx(250);

//init_Motors();

backlight_on(3);

//init_Motors();

while(1)

{

search=0;// Reset search flag

clear_LCD();

ADC(1);

result1=result;

ADC(2);

result2=result;

ADC(3);

result3=result;

ADC(4);

result4=result;

ADC(5);

result_charge = result;

//////////////////////////////////////////////

//// 1 | 2

/// 3 | 4

/////////////////////////////////////////////

if((result1|result2|result3|result4)>35)

{

////////////////////////// X /////////////////////////////////////////

if(((result2-result1)>hys)||((result4-result3)>hys))

{

if(pos_M1>min)

Motor1(0);

}

else if (((result1-result2)>hys)||((result3-result4)>hys))

{

if(pos_M1<max)

Motor1(1);

}

////////////////////////// Y /////////////////////////////////////////

if(((result1-result3)>hys)||((result2-result4)>hys))

{

if(pos_M2<max)

Motor2(1);

}

else if( ((result3-result1)>hys)||((result4-result2)>hys))

{

if(pos_M2>min)

Motor2(0);

}

////////////////////////////////////////////////////////////////////////

count_refresh++;

if((count_refresh==1)&(search==1))

{

backlight_on(3);

// LCD_mes_new_pos();

//display();

}

if(search==0)

{

count_refresh=0;

LCD_mes_sensors( result1,result2, result3, result4, result_charge);

count_backlight++;

display();

if(count_backlight==30)

backlight_on(2);

if(count_backlight==50)

backlight_on(1);

if(count_backlight>70)

{

count_backlight=0;

backlight_on(0);

}

}

// display();

}

else

{

LCD_mes_standby();

backlight_on(0);

}

}

}

ANEXA 2

Lista figurilor

Fig.1 Harta solara a României și evoluția soarelui față de orizont, sursa: http://re.jrc.ec.europa.eu/pvgis/apps4/pvest.php, accesată în 14.04.2014

Fig.2 Total energie obținută cu un sistem fix, sursa: http://re.jrc.ec.europa.eu/pvgis/ apps4/pvest.php, accesată în 14.04.2014

Fig3 Total energie obținută cu un sistem cu două axe, sursa: http://re.jrc.ec.europa.eu/ pvgis/apps4/pvest.php, accesată în 14.04.2014

Fig.4 Structura constructivă a fotodiodei, sursa:

http://www.atlantechsolar.com/32.html, accesată în 15.04.2014

Fig.5 Reprezentare cristal siliciu pur, sursa:http://physics-vishma.blogspot.ro/2010/11/ formation-of-p-type-semiconductor.html, accesat în 15.04.2014

Fig.6 Reprezentare cristal siliciu dopat, sursa: vishma.blogspot.ro/2010/11/formation-of-p-type-semiconductor.html, accesat în 15.04.2014

Fig.7 Tipuri de celule fotovoltaice, sursa: http://www.ecovolt.ro/ro/support/cell_solar _ro.html,accesat: 11.04.2014

Fig.8 Celula solară tipică, sursa: http://www.panosolare.com/panoghid-tipuri-de-panouri-solare-1/, accesat:10.04.2014

Fig.9 Conversia fotovoltaica – eficiențe maxime teoretice în funcție de materialul semiconductor, sursa: http://www.termo.utcluj.ro/regenerabile/5_3.pdf, accesat 12.04.2014

Fig.10 Model constructiv al unei matrici fotovoltaice, sursa:http://etap.com/renewable-energy/photovoltaic-101.htm, accesat 14.04.2014

Fig.11 Panou monocristalin, sursa:http://www.tehnosat.ro/Produse/Panouri-Fotovoltaice, accesat 20.03.2014

Fig.12 Panou policristalin, sursa:http://www.tehnosat.ro/Produse/Panouri-Fotovoltaice, accesat 20.03.2014

Fig.13 Panou celule amorfe, sursa:http://www.tehnosat.ro/Produse/Panouri-Fotovoltaice, accesat 20.03.2014

Fig.14 Mișcarea soarelui pe cer, sursa:contribuție proprie

Fig.15 Mișcarea panoului pe două axe, sursa:http://www.solarchoice.net.au/blog/solar-trackers/, accesat 29.03.2014

Fig.16 Urmărire pasivă, sursa:http://blog.pepperl-fuchs.us/blog/bid/253098/5-Ways-to-Track-Your-Solar-Tracker, accesat 30.03.2014

Fig.17 Urmărire cu o axă, sursa:http://blog.pepperl-fuchs.us/blog/bid/253098/5-Ways-to-Track-Your-Solar-Tracker, accesat 30.03.2014

Fig.18 Urmărire cu două axe, sursa:http://blog.pepperl-fuchs.us/blog/bid/253098/5-Ways-to-Track-Your-Solar-Tracker, accesat 30.03.2014

Fig.19 Diferite microcontrolere PIC, sursa:http://www.microchip.com/, accesat 10.04.2014

Fig.20 Arhitectură de tip Harvard, sursa:http://cnx.org/content/m29444/latest/, accesat 12.04.2014

Fig.21 Elementele de bază ale unui microcontroler,sursa:http://www.scritub.com/ stiinta/informatica/Introducere-in-Microcontrolere14123232.php/, accesat 2.05.2014

Fig.22 Fotodiodă, sursa:http://mic.hit-karlsruhe.de/projekte/ SS09LM_2/ standdertechnik/, accesat 2.05.2014

Fig.23 Fototranzistori, sursa:http://www.tme.eu/en/katalog/phototransistors_112306/, accesat 2.05.2014

Fig.24 Fotorezistență, sursa:http://www.alibaba.com/product-detail/large-20mm-LDR-photoresistor-sensor-photo_502336427.html, accesat 2.05.2014

Fig.25 Schiță construcție fotorezistor, sursa:http://commons.wikimedia.org/wiki/File: Konstrukcni_usporadani_fotorezistoru.png, accesat 3.05.2014

Fig.26 Motor pas cu pas, sursa:http://robot-kingdom.com/stepper-motor-introduction-beginners/, accesat 4.05.2014

Fig.27 Elemente constructive servomotor, sursa:http://www.servocity.com/html/how_ do_ servos_work_.html, accesat 4.05.2014

Fig.28 Display LCD cu 4×20 caractere, sursa:http://www.hwkitchen.com/products/lcd-display-4×20-characters/, accesat 4.05.2014

Fig.29 Acumulatori NiMh 2700mAh, sursa:http://www.f64.ro/products/description/ Acumulatori_Sanyo_Ni_Mh_tip_R6_AA_2700mAh_1_2V-set_4bucati/index.html, accesat 4.05.2014

Fig.30 Construcție și caracteristici LED diferite culori,sursa:http://mindprod.com/ bgloss/ led.html, accesat 5.05.2014

Fig.31 Șiruri de pini mamă-tată, sursa:http://www.cablecomuk.com/cat_pin_ header.htm, accesat 5.05.2014

Fig.32 Cabluri tată-tată, mamă-mamă, sursa:http://anycomponents.fnhost.org/ product/set-65-cabluri-tata-tata-pt-breadboard/, accesat 5.05.2014

Fig.33 PIC 18F4520 40-DIL, sursa:https://solarbotics.com/product/28078/, accesat 6.05.2014

Fig.34 Diagrama pinilor la PIC18F4520, sursa:http://entesla.com/pic18f4520-dip-bootloader, accesat 6.05.2014

Fig.35 Diagrama bloc PIC18F4520, sursa:http://www.circuitstoday.com/pic-16f877-architecture-and-memory-organization, accesat 6.05.2014

Fig.36 Mod de legare programatzor PICkit3, sursa:https://www.sparkfun. com/datasheets/ Programmers/PICkit_3_User_Guide_51795A.pdf, accesat 7.05.2014

Fig.37 Panou solar 2W, sursa:http://www.jola.ro/celule-solare/40-panou-solar-2w.html, cumpărat în 8.03.2014

Fig.38 Fotorezistori VT935G, sursa: contribuție personală, realizat 7.04.2014

Fig.39 Servomecanism MG995 cu accesorii, sursa: http://www.sierra.ro/Servo-TMG995-BB-MG-Standard-p610p.html, cumpărată 8.03.2014

Fig.40 Display LCD serial 4×20 caractere, sursa: http://www.jola.ro/lcd/446-lcd-serial-20×4.html, cumpărat 8.03.2014

Fig.41 Schema serLCD v2.5, sursa: https://www.sparkfun.com/datasheets/LCD/Serial %20LCD%20Backpack%20v28.pdf, accesat 3.03.2014

Fig.42 Regulator 5V, sursa: http://www.eleccircuit.com/power-supply-5v-2a-by-ic-78s05/, accesat 26.02.2014

Fig.43 Oscilator externHS 20MHz, http://ww1.microchip.com/downloads/en/DeviceDoc /39631E.pdf , accesat 20.02.2014

Fig.44 Schema electrică a proiectului, sursa:contribuție personală, realizată 8.04.2014

Fig.45 Circuitul imprimat, sursa: contribuție personală, realizată 8.04.2014

Fig.46 Captură ecran MPLA X, sursa: contribuție personală, realizată 2.05.2014

Fig.47 Formă puls pentru funcționarea servomecanismelor, sursa:http://www.servo city.com/html/how_do_servos_work_.html, accesat 3.04.2014

Fig.48 Prindere servomecanism 1, sursa: contribuție personală, realizată 7.05.2014

Fig.49 Prindere display, sursa: contribuție personală, realizată 8.05.2014

Fig.50 Senzor optic și colimator, sursa: contribuție personală, realizată 11.05.2014

Fig. 51 Poziționare și îmbinare mecanică a componentelor, sursa: contribuție personală, realizată 15.05.2014

NOTE BIBLIOGRAFICE

[1] http://re.jrc.ec.europa.eu/pvgis/, accesat 15.04.2014

[2] http://www.ecovolt.ro/ro/support/cell_solar_ro.html, accesat 10.04.2014

[3] A.M. Morega and A. Bejan, A Constructal Approach to the Optimal Design of Photo-voltaic Cells, Int. Journal of Green Energy, 2005, pp. 233-242.

[4] L.C. Andreani, S. Zanotto, M. Liscidini, Light trapping efficiency in thin-film silicon photo- voltaic cells with a photonic pattern, 12th International Conference on Transparent Optical Networks (ICTON), 2010.

[5] http://energyinformative.org/best-solar-panel-monocrystalline-polycrystalline-thin-film/, accesat 16.04.2014

[6] http://butane.chem.uiuc.edu/pshapley/GenChem2/C8/2.html, accesat 16.04.2014

[7]http://www.energysavingtrust.org.uk/Generating-energy/Choosing-a-renewable-tech-nology/Solar-panels-PV, accesat 17.03.2014

[8]http://www.solarchoice.net.au/blog/solar-trackers/, accesat 29.03.2014

[9] http://www.gizmag.com/surprising-places-solar-panels-sea-sky-space/28328/, accesat 29.03.2014

[10] N. Amin, W. C. Yung and K. Sopian, “Low Cost Single Axis Automated Sunlight Tracker Design for Higher PV Power Yield” ISESCO Science and Technology Vision, Volume 4, November 2008.

[11] http://blog.pepperl-fuchs.us/blog/bid/253098/5-Ways-to-Track-Your-Solar-Tracker, accesat 30.03.2014

[12] http://www.microchip.com/, accesat 10.04.2014

[13] N. Barsoum and P. Vasant, “Simplified Solar Tracking Prototype,” Global Journal of Technology and OptimizationGJTO,Vol. 1,2010,pp.38-45.

[14]http://www.scritub.com/stiinta/informatica/Introducere in Microcontrolere 14123232 .php/, accesat 2.05.2014

[15]http://www.osioptoelectronics.com/application-notes/AN-Photodiode-Parameters-Characteristics.pdf, accesat 20.03.2014

[16]http://www.radioelectronics.com/info/data/semicond/phototransistor/photo_transistor.php, accesat 21.03.2014

[17] http://www.radio-electronics.com/info/data/resistor/ldr/light_dependent_resistor.php, accesat 21.03.2014

[18]http://www.boost.org/doc/libs/1_55_0/libs/numeric/odeint/doc/html/boost_numeric_odeint/odeint_in_detail/steppers.html, accesat 22.03.2014

[19] http://www.servocity.com/html/how_ do_ servos_work_.html, accesat 4.05.2014

[20] J.A. Beltran, J.L.S. Gonzalez Rubio, C.D. Garcia-Beltran, Design, Manufacturing and

Performance Test of a Solar Tracker Made by a Embedded Control, CERMA 2007,Mexico.

[21] http://www.microchip.com/wwwproducts/Devices.aspx?dDocName=en010297, accesat 14.03.2014

[22]http://www.microchip.com/Developmenttools/ProductDetails.aspx?PartNO=SW006011, accesat 15.03.2014

[23] http://www.solar-electric.com/mppt-solar-charge-controllers.html, accesat 17.03.2014

[24] Mukund R. Patel, Power Systems: Design, Analysis and Operation, Taylor&Francis, New York, 2006, pp. 175-181, pp.258-270

[25] http://proteus.software.informer.com/, accesat 28.03.2014

[26] http://www.microchip.com/pagehandler/en-us/family/mplabx/, accesat 5.04.2014

BIBLIOGRAFIE

Amin, N.; Yung, W. C.; Sopian, K.; “Low Cost Single Axis Automated Sunlight Tracker Design for Higher PV Power Yield” ISESCO Science and Technology Vision, Volume 4, November 2008.

Andreani, L.C.; Zanotto, S.; Liscidini, M.; Light trapping efficiency in thin-film silicon photo- voltaic cells with a photonic pattern, 12th International Conference on Transparent Optical Networks (ICTON), 2010.

Barsoum, N.; Vasant, P.; “Simplified Solar Tracking Prototype,” Global Journal of Technology and OptimizationGJTO,Vol. 1,2010.

Beltran, J.A.; Gonzalez Rubio, J.L.S.; Garcia-Beltran, C.D.; Design, Manufacturing and Performance Test of a Solar Tracker Made by a Embedded Control, CERMA 2007,Mexico.

Morega A.M; Bejan, A.; A Constructal Approach to the Optimal Design of Photo-voltaic Cells, Int. Journal of Green Energy, 2005.

Patel, M.R. Power Systems: Design, Analysis and Operation, Taylor&Francis, New York, 2006.

Surse online

http://anycomponents.fnhost.org/ product/set-65-cabluri-tata-tata-pt-breadboard/, accesat 5.05.2014.

http://blog.pepperl-fuchs.us/blog/bid/253098/5-Ways-to-Track-Your-Solar-Tracker, accesat 30.03.2014.

http://butane.chem.uiuc.edu/pshapley/GenChem2/C8/2.html, accesat 16.04.2014.

http://cnx.org/content/m29444/latest/, accesat 12.04.2014.

http://commons.wikimedia.org/wiki/File: Konstrukcni_usporadani_fotorezistoru.png, accesat 3.05.2014.

http://energyinformative.org/best-solar-panel-monocrystalline-polycrystalline-thin-film/, accesat 16.04.2014.

http://entesla.com/pic18f4520-dip-bootloader, accesat 6.05.2014.

http://etap.com/renewable-energy/photovoltaic-101.htm, accesat 14.04.2014.

http://mic.hit-karlsruhe.de/projekte/ SS09LM_2/ standdertechnik/, accesat 2.05.2014.

http://mindprod.com/ bgloss/ led.html, accesat 5.05.2014.

http://physics-vishma.blogspot.ro/2010/11/ formation-of-p-type-semiconductor.html, accesat în 15.04.2014.

http://proteus.software.informer.com/, accesat 28.03.2014.

http://re.jrc.ec.europa.eu/pvgis/, accesat 15.04.2014.

http://re.jrc.ec.europa.eu/pvgis/apps4/pvest.php, accesată în 14.04.2014.

http://robot-kingdom.com/stepper-motor-introduction-beginners/, accesat 4.05.2014.

http://ww1.microchip.com/downloads/en/DeviceDoc /39631E.pdf , accesat 20.02.2014.

http://www.alibaba.com/product-detail/large-20mm-LDR-photoresistor-sensor-photo_502336427.html, accesat 2.05.2014.

http://www.atlantechsolar.com/32.html, accesată în 15.04.2014.

http://www.boost.org/doc/libs/1_55_0/libs/numeric/odeint/doc/html/boost_numeric_odeint/odeint_in_detail/steppers.html, accesat 22.03.2014.

http://www.cablecomuk.com/cat_pin_ header.htm, accesat 5.05.2014.

http://www.circuitstoday.com/pic-16f877-architecture-and-memory-organization, accesat 6.05.2014.

http://www.ecovolt.ro/ro/support/cell_solar _ro.html,accesat: 11.04.2014.

http://www.eleccircuit.com/power-supply-5v-2a-by-ic-78s05/, accesat 26.02.2014.

http://www.energysavingtrust.org.uk/Generating-energy/Choosing-a-renewable-tech-nology/Solar-panels-PV, accesat 17.03.2014.

http://www.f64.ro/products/description/Acumulatori_Sanyo_Ni_Mh_tip_R6_AA_2700mAh_1_2V-set_4bucati/index.html, accesat 4.05.2014.

http://www.gizmag.com/surprising-places-solar-panels-sea-sky-space/28328/, accesat 29.03.2014.

http://www.hwkitchen.com/products/lcd-display-4×20-characters/, accesat 4.05.2014.

http://www.jola.ro/celule-solare/40-panou-solar-2w.html, cumpărat în 8.03.2014.

http://www.jola.ro/lcd/446-lcd-serial-20×4.html, cumpărat 8.03.2014.

http://www.microchip.com/, accesat 10.04.2014.

http://www.microchip.com/Developmenttools/ProductDetails.aspx?PartNO=SW006011, accesat 15.03.2014.

http://www.microchip.com/pagehandler/en-us/family/mplabx/, accesat 5.04.2014.

http://www.microchip.com/wwwproducts/Devices.aspx?dDocName=en010297, accesat 14.03.2014.

http://www.osioptoelectronics.com/application-notes/AN-Photodiode-Parameters-Characteristics.pdf, accesat 20.03.2014.

http://www.panosolare.com/panoghid-tipuri-de-panouri-solare-1/, accesat:10.04.2014.

http://www.radio-electronics.com/info/data/resistor/ldr/light_dependent_resistor.php, accesat 21.03.2014.

http://www.radioelectronics.com/info/data/semicond/phototransistor/photo_transistor.php, accesat 21.03.2014.

http://www.scritub.com/ stiinta/informatica/Introducere-in-Microcontrolere14123232.php/, accesat 2.05.2014.

http://www.scritub.com/stiinta/informatica/Introducere in Microcontrolere 14123232 .php/, accesat 2.05.2014.

http://www.servo city.com/html/how_do_servos_work_.html, accesat 3.04.2014.

http://www.sierra.ro/Servo-TMG995-BB-MG-Standard-p610p.html, cumpărată 8.03.2014.

http://www.solarchoice.net.au/blog/solar-trackers/, accesat 29.03.2014.

http://www.solar-electric.com/mppt-solar-charge-controllers.html, accesat 17.03.2014.

http://www.tehnosat.ro/Produse/Panouri-Fotovoltaice, accesat 20.03.2014.

http://www.termo.utcluj.ro/regenerabile/5_3.pdf, accesat 12.04.2014.

http://www.tme.eu/en/katalog/phototransistors_112306/, accesat 2.05.2014.

https://solarbotics.com/product/28078/, accesat 6.05.2014.

https://www.sparkfun. com/datasheets/ Programmers/PICkit_3_User_Guide_51795A.pdf, accesat 7.05.2014.

https://www.sparkfun.com/datasheets/LCD/Serial %20LCD%20Backpack%20v28.pdf, accesat 3.03.2014.

ANEXE

Anexa 1

Codul în C de funcționare al microcontrolerului:

#include <p18f4520.h>

#include <delays.h>

#include <stdlib.h>

#include <timers.h>

#include <usart.h>

#include <adc.h>

#include "ser_LCD.h"

#pragma config OSC=HS

#define _XTAL_FREQ 20000000

#pragma config WDT = OFF

#pragma config PWRT = OFF

#pragma config LVP = OFF

#pragma config PBADEN=OFF

#pragma config DEBUG=ON

#define M1 LATCbits.LATC5 // Iesire Motor1 PORTC.5

#define M2 LATCbits.LATC4 // Iesire Motor2 PORTC.4

#define LED3 LATBbits.LATB3 // LED3 PORTB.3

#define LED2 LATBbits.LATB4 // LED2 PORTB.4

#define LED1 LATBbits.LATB5 // LED1 PORTB.5

signed pos_M1=40; // Pozitia curenta Motor1

signed pos_M2=40; // Pozitia curenta Motor2

//

signed max=115; // Valoarea pentru cursa maxima

signed min=10; // Valoarea pentru cursa minima

void init(void);

void init_Motors(void);

int i=0;

int result; //

//// Rezultatele conversiei ADC pentru senzori

int result1;

int result2;

int result3;

int result4;

int result_charge;

int hys = 30;

///////////////// Flag-uri//////////////////

int search=0;

int count_refresh;

int count_backlight=0;

//// Functii///////////////////////////////

void Motor1(int increase)

{

search=1;

LED1=1;

if(pos_M2>74)

{

if((increase==1)&& (pos_M1<max))

pos_M1–;

if((increase==0)&&(pos_M1>min))

pos_M1++;

}

else

{

if((increase==1)&& (pos_M1<max))

pos_M1++;

if((increase==0)&&(pos_M1>min))

pos_M1–;

}

M1=1;

Delay100TCYx(pos_M1);

// Delay100TCYx(pos_M1);

M1=0;

Delay10KTCYx(20);

}

void Motor2(int increase)

{

search=1;

LED2=1;

if(pos_M2<90)

{

if((increase==1)&& (pos_M2<max))

pos_M2++;

if((increase==0)&&(pos_M2>min))

pos_M2–;

M2=1;

Delay100TCYx(pos_M2);

// Delay100TCYx(pos_M2);

M2=0;

Delay10KTCYx(20);

}

}

void LED_off()

{

LED1=0;

LED2=0;

}

void init_Motors()

{

//Motor1(max);

//Motor2(max);

// Initializeaza motoarele /////////////////

LCD_mes_init_M_X();

for(i=0;i<max;i++)

{

Motor1(1);

// Delay10TCYx(200);

}

for(i=0;i<max;i++)

{

Motor1(0);

// Delay10TCYx(200);

}

LCD_mes_init_M_Y();

for(i=0;i<max;i++)

{

Motor2(1);

// Delay10TCYx(200);

}

for(i=0;i<max;i++)

{

Motor2(0);

// Delay10TCYx(200);

}

//pos_M1= min;

//pos_M2= min;

//Motor1(0);

//Motor2(0);

}

void ADC(int port)

{

//OpenADC(ADC_FOSC_32 & ADC_RIGHT_JUST & ADC_12_TAD, ADC_CH0 & ADC_INT_OFF,0);

if(port==1)

SetChanADC(ADC_CH0); //Set ADC 0

if(port==2)

SetChanADC(ADC_CH1); //Set ADC 1

if(port==3)

SetChanADC(ADC_CH2); //Set ADC 2

if(port==4)

SetChanADC(ADC_CH3); //Set ADC 3

if(port==5)

SetChanADC(ADC_CH4); //Set ADC 4

Delay10TCYx(5); // Delay for 50TCY

ConvertADC(); // Start conversion

while( BusyADC() ); // Wait for completion

result = ReadADC(); // Read result

}

void init()

{

LATA = 255; // PORTA intrare (tot portul)

LATC = LATD = LATE = LATB = 0; // Restul porturilor sunt iesiri

TRISA=255;

TRISB = 0;

TRISC = 0b10000000;

TRISD = 0;

TRISE = 0;

OpenADC(ADC_FOSC_32 & ADC_RIGHT_JUST & ADC_2_TAD, ADC_CH0 & ADC_INT_OFF,0); //open adc port for reading

ADCON1 =0x00; //set VREF+ to VDD and VREF- to GND (VSS)

ADCON0= 0x03;

ADCON2= 0xBD;

clear_LCD(); // Sterge afisajul

}

void main(void)

{

int i=0;

int y=0;

char message=0;

init();

Init_LCD();

Delay10KTCYx(250);

//init_Motors();

backlight_on(3);

//init_Motors();

while(1)

{

search=0;// Reset search flag

clear_LCD();

ADC(1);

result1=result;

ADC(2);

result2=result;

ADC(3);

result3=result;

ADC(4);

result4=result;

ADC(5);

result_charge = result;

//////////////////////////////////////////////

//// 1 | 2

/// 3 | 4

/////////////////////////////////////////////

if((result1|result2|result3|result4)>35)

{

////////////////////////// X /////////////////////////////////////////

if(((result2-result1)>hys)||((result4-result3)>hys))

{

if(pos_M1>min)

Motor1(0);

}

else if (((result1-result2)>hys)||((result3-result4)>hys))

{

if(pos_M1<max)

Motor1(1);

}

////////////////////////// Y /////////////////////////////////////////

if(((result1-result3)>hys)||((result2-result4)>hys))

{

if(pos_M2<max)

Motor2(1);

}

else if( ((result3-result1)>hys)||((result4-result2)>hys))

{

if(pos_M2>min)

Motor2(0);

}

////////////////////////////////////////////////////////////////////////

count_refresh++;

if((count_refresh==1)&(search==1))

{

backlight_on(3);

// LCD_mes_new_pos();

//display();

}

if(search==0)

{

count_refresh=0;

LCD_mes_sensors( result1,result2, result3, result4, result_charge);

count_backlight++;

display();

if(count_backlight==30)

backlight_on(2);

if(count_backlight==50)

backlight_on(1);

if(count_backlight>70)

{

count_backlight=0;

backlight_on(0);

}

}

// display();

}

else

{

LCD_mes_standby();

backlight_on(0);

}

}

}

ANEXA 2

Lista figurilor

Fig.1 Harta solara a României și evoluția soarelui față de orizont, sursa: http://re.jrc.ec.europa.eu/pvgis/apps4/pvest.php, accesată în 14.04.2014

Fig.2 Total energie obținută cu un sistem fix, sursa: http://re.jrc.ec.europa.eu/pvgis/ apps4/pvest.php, accesată în 14.04.2014

Fig3 Total energie obținută cu un sistem cu două axe, sursa: http://re.jrc.ec.europa.eu/ pvgis/apps4/pvest.php, accesată în 14.04.2014

Fig.4 Structura constructivă a fotodiodei, sursa:

http://www.atlantechsolar.com/32.html, accesată în 15.04.2014

Fig.5 Reprezentare cristal siliciu pur, sursa:http://physics-vishma.blogspot.ro/2010/11/ formation-of-p-type-semiconductor.html, accesat în 15.04.2014

Fig.6 Reprezentare cristal siliciu dopat, sursa: vishma.blogspot.ro/2010/11/formation-of-p-type-semiconductor.html, accesat în 15.04.2014

Fig.7 Tipuri de celule fotovoltaice, sursa: http://www.ecovolt.ro/ro/support/cell_solar _ro.html,accesat: 11.04.2014

Fig.8 Celula solară tipică, sursa: http://www.panosolare.com/panoghid-tipuri-de-panouri-solare-1/, accesat:10.04.2014

Fig.9 Conversia fotovoltaica – eficiențe maxime teoretice în funcție de materialul semiconductor, sursa: http://www.termo.utcluj.ro/regenerabile/5_3.pdf, accesat 12.04.2014

Fig.10 Model constructiv al unei matrici fotovoltaice, sursa:http://etap.com/renewable-energy/photovoltaic-101.htm, accesat 14.04.2014

Fig.11 Panou monocristalin, sursa:http://www.tehnosat.ro/Produse/Panouri-Fotovoltaice, accesat 20.03.2014

Fig.12 Panou policristalin, sursa:http://www.tehnosat.ro/Produse/Panouri-Fotovoltaice, accesat 20.03.2014

Fig.13 Panou celule amorfe, sursa:http://www.tehnosat.ro/Produse/Panouri-Fotovoltaice, accesat 20.03.2014

Fig.14 Mișcarea soarelui pe cer, sursa:contribuție proprie

Fig.15 Mișcarea panoului pe două axe, sursa:http://www.solarchoice.net.au/blog/solar-trackers/, accesat 29.03.2014

Fig.16 Urmărire pasivă, sursa:http://blog.pepperl-fuchs.us/blog/bid/253098/5-Ways-to-Track-Your-Solar-Tracker, accesat 30.03.2014

Fig.17 Urmărire cu o axă, sursa:http://blog.pepperl-fuchs.us/blog/bid/253098/5-Ways-to-Track-Your-Solar-Tracker, accesat 30.03.2014

Fig.18 Urmărire cu două axe, sursa:http://blog.pepperl-fuchs.us/blog/bid/253098/5-Ways-to-Track-Your-Solar-Tracker, accesat 30.03.2014

Fig.19 Diferite microcontrolere PIC, sursa:http://www.microchip.com/, accesat 10.04.2014

Fig.20 Arhitectură de tip Harvard, sursa:http://cnx.org/content/m29444/latest/, accesat 12.04.2014

Fig.21 Elementele de bază ale unui microcontroler,sursa:http://www.scritub.com/ stiinta/informatica/Introducere-in-Microcontrolere14123232.php/, accesat 2.05.2014

Fig.22 Fotodiodă, sursa:http://mic.hit-karlsruhe.de/projekte/ SS09LM_2/ standdertechnik/, accesat 2.05.2014

Fig.23 Fototranzistori, sursa:http://www.tme.eu/en/katalog/phototransistors_112306/, accesat 2.05.2014

Fig.24 Fotorezistență, sursa:http://www.alibaba.com/product-detail/large-20mm-LDR-photoresistor-sensor-photo_502336427.html, accesat 2.05.2014

Fig.25 Schiță construcție fotorezistor, sursa:http://commons.wikimedia.org/wiki/File: Konstrukcni_usporadani_fotorezistoru.png, accesat 3.05.2014

Fig.26 Motor pas cu pas, sursa:http://robot-kingdom.com/stepper-motor-introduction-beginners/, accesat 4.05.2014

Fig.27 Elemente constructive servomotor, sursa:http://www.servocity.com/html/how_ do_ servos_work_.html, accesat 4.05.2014

Fig.28 Display LCD cu 4×20 caractere, sursa:http://www.hwkitchen.com/products/lcd-display-4×20-characters/, accesat 4.05.2014

Fig.29 Acumulatori NiMh 2700mAh, sursa:http://www.f64.ro/products/description/ Acumulatori_Sanyo_Ni_Mh_tip_R6_AA_2700mAh_1_2V-set_4bucati/index.html, accesat 4.05.2014

Fig.30 Construcție și caracteristici LED diferite culori,sursa:http://mindprod.com/ bgloss/ led.html, accesat 5.05.2014

Fig.31 Șiruri de pini mamă-tată, sursa:http://www.cablecomuk.com/cat_pin_ header.htm, accesat 5.05.2014

Fig.32 Cabluri tată-tată, mamă-mamă, sursa:http://anycomponents.fnhost.org/ product/set-65-cabluri-tata-tata-pt-breadboard/, accesat 5.05.2014

Fig.33 PIC 18F4520 40-DIL, sursa:https://solarbotics.com/product/28078/, accesat 6.05.2014

Fig.34 Diagrama pinilor la PIC18F4520, sursa:http://entesla.com/pic18f4520-dip-bootloader, accesat 6.05.2014

Fig.35 Diagrama bloc PIC18F4520, sursa:http://www.circuitstoday.com/pic-16f877-architecture-and-memory-organization, accesat 6.05.2014

Fig.36 Mod de legare programatzor PICkit3, sursa:https://www.sparkfun. com/datasheets/ Programmers/PICkit_3_User_Guide_51795A.pdf, accesat 7.05.2014

Fig.37 Panou solar 2W, sursa:http://www.jola.ro/celule-solare/40-panou-solar-2w.html, cumpărat în 8.03.2014

Fig.38 Fotorezistori VT935G, sursa: contribuție personală, realizat 7.04.2014

Fig.39 Servomecanism MG995 cu accesorii, sursa: http://www.sierra.ro/Servo-TMG995-BB-MG-Standard-p610p.html, cumpărată 8.03.2014

Fig.40 Display LCD serial 4×20 caractere, sursa: http://www.jola.ro/lcd/446-lcd-serial-20×4.html, cumpărat 8.03.2014

Fig.41 Schema serLCD v2.5, sursa: https://www.sparkfun.com/datasheets/LCD/Serial %20LCD%20Backpack%20v28.pdf, accesat 3.03.2014

Fig.42 Regulator 5V, sursa: http://www.eleccircuit.com/power-supply-5v-2a-by-ic-78s05/, accesat 26.02.2014

Fig.43 Oscilator externHS 20MHz, http://ww1.microchip.com/downloads/en/DeviceDoc /39631E.pdf , accesat 20.02.2014

Fig.44 Schema electrică a proiectului, sursa:contribuție personală, realizată 8.04.2014

Fig.45 Circuitul imprimat, sursa: contribuție personală, realizată 8.04.2014

Fig.46 Captură ecran MPLA X, sursa: contribuție personală, realizată 2.05.2014

Fig.47 Formă puls pentru funcționarea servomecanismelor, sursa:http://www.servo city.com/html/how_do_servos_work_.html, accesat 3.04.2014

Fig.48 Prindere servomecanism 1, sursa: contribuție personală, realizată 7.05.2014

Fig.49 Prindere display, sursa: contribuție personală, realizată 8.05.2014

Fig.50 Senzor optic și colimator, sursa: contribuție personală, realizată 11.05.2014

Fig. 51 Poziționare și îmbinare mecanică a componentelor, sursa: contribuție personală, realizată 15.05.2014