Solar tracker utilizando fotodiodo: diseño de circuito

Una forma sencilla de hacerlo es con la medición diferencial:

R1 y R2 son dos LDR (resistencias dependientes de la luz). Un deflector de luz hace que la luz en ellos sea igual cuando la unidad apunta al sol. Cuando está a un lado, un LDR recibe más luz y el otro menos. El voltaje entre ellos es entonces una medida de centrado, con el valor medio centrado. El A / D en el microcontrolador lee este valor y acciona los motores adecuadamente.

Necesita un par de LDR para cada eje.

Para obtener crédito adicional, averigüe cómo hacer esto con solo 3 LDR. Esto es posible si puede controlar los nodos alto, bajo o medir su voltaje solo al vuelo. Afortunadamente, eso es fácil de hacer con un microcontrolador.

Añadido sobre las variaciones de LDR

Se señaló en un comentario que dos LDR no tendrán exactamente la misma resistencia en el mismo nivel de luz. Esto significa que la tensión no será exactamente el valor central cuando la unidad apunta directamente al sol, lo que debería igualar las resistencias.

Esto no importa mucho para la mayoría de las aplicaciones porque:

1. El sistema de deflectores de luz se configura de manera que el cambio máximo de brillo en un LDR en función del ángulo es cuando se apunta directamente al sol. Imagina cada LDR medio en sombra y medio en luz solar, por ejemplo. Solo un pequeño cambio angular cambiará esto a toda la sombra o toda la luz solar. Incluso unos pocos 10s de desajuste porcentual en la resistencia se verán abrumados por solo un pequeño cambio angular desde la alineación directa. En cualquier otro ángulo, no te importa. Solo necesitas saber de qué lado está apuntado correctamente el sistema.

2. La unidad se puede calibrar al voltaje realmente medido cuando se apunta directamente al sol. Esto se convierte en la referencia central para el algoritmo.

   Si los dos sensores tienen diferentes no linealidades, no solo una escala general, entonces el valor central es una función del brillo. En ese caso, calibre a pleno sol, ya que es cuando más le importa. Dicho de otra manera, no es tan importante apuntar directamente al sol cuando está detrás de las nubes de todos modos.

3. Si el propósito es mantener algo como un panel solar apuntando al sol, tenga en cuenta que las pequeñas desviaciones con respecto exactamente alineadas causan muy pocos cambios en la energía que golpea el panel. La potencia debida a la desalineación disminuye con el coseno del ángulo de error. Eso es básicamente 1 para ángulos de error razonables de todos modos.

   Por ejemplo, se necesita un error de puntería de 8 ° para caer solo un 1% en el poder que golpea una superficie plana. Un error de 5 ° da como resultado una caída de solo 0.4%.

  

Me gustaría tener esto en modo diferencial utilizando tanto el   Fotodiodo en un amplificador.

El uso de un TIA (según el circuito vinculado) se realiza principalmente cuando se quiere mantener la salida de corriente del fotodiodo (más) lineal con la potencia de la luz incidente.

TambiénseutilizaunTIA(amplificadordeimpedanciatrans)paraobteneranchosdebandamásaltos.

Siningunodelosdosesimportanteparausted,puededesarrollarunvoltajeatravésdeunaresistenciaenserieconelfotodiodoyusarunamplificadordediferenciaparacalcularladiferenciaerm..¡

Unabuenaideaesutilizarunamplificadoroperacionaldeinstrumentación:-

Por lo tanto, mi consejo es buscar un InAmp con capacidades de riel a riel (si se ejecuta desde un solo suministro de voltaje) o prácticamente cualquier InAmp antiguo si tiene suministros dobles.

AdemásdelarespuestadeWhiskeyjack:

Puedesusar4LDRmontadosenunapirámideinvertida,luegodetectasparesdeLDR,quesonmássombríos.Esmásfácildetectarelbrillobajoenlugardelbrilloaltodelsol.Detalmanera,sucardánsemuevehastaquelosLDResténenlamismaposicióndesombra.Supongoquelomejoresusarunamplificadoroperacionaldiferencialparacalcularladiferenciadebrillo/sombra.

^{simular este circuito : esquema creado usando CircuitLab}

EDITAR: Solución similar a Olin

^{simular este circuito}

Podría usar dos LDR, pero un mejor enfoque podría ser usar un par de componentes más activos que estén regulados por temperatura y menos sensibles al envejecimiento, como el AV02-0512EN . Digikey 516-1719-1-ND ~ $ 1.50

NOTA: Este es un dispositivo 3.3V . 100uA cuando está activado, pero beneficio agregado es que tiene un pin de apagado que lo deja en 1uA . Como supongo que solo ajustará la posición cada minuto o más, esto parece ideal.

El dispositivo también es logarítmico, lo que ayuda a nivelar los problemas de sensibilidad a la luz baja / alta luz

R-loadprobablementesea15Kenunaaplicaciónde3.3V+.Esposiblequedeseeagregarunaresistenciavariableenunladoparapodercalibrarlaunidad.

AlimentaacadaunodeellosasupropiopinADCenelAdrino.

Nuevamente,comohanmencionadootros,esnecesarioorganizarlosdetalmaneraquehayaalgunaformadedeflectorenelqueambosrecibanlamismacantidaddeluzSOLAMENTEcuandolatablaapunta"directamente" al sol. La geometría exacta de esto determinará qué tan cerca del ángulo correcto puede lograr. Si la mitad de la pantalla "cubre" ambos sensores cuando está en línea produce la mejor precisión direccional.

Es posible que también deba considerar algún tipo de lentes o receptores de luz cónicos frente a sus sensores para brindarle más de un área sombreada / iluminada para trabajar. Si lo hace, es posible que también necesite un filtro de infrarrojos para que el efecto de aumento no cocine su sensor.

BTW: No descuente la función de compensación de temperatura. Un sensor en el sol tendrá una temperatura considerablemente más cálida que uno en la sombra. Eso puede hacer que usted gire demasiado lejos, hasta que la diferencia de temperatura se invierta, luego vuelva a conducir ... Si no tiene cuidado, termina "cazando" de forma permanente.

Y, por supuesto, debe ser resistente a la intemperie.

Algunas respuestas decentes, pero muchas no abordan el deseo de determinar el punto de equilibrio determinando la diferencia entre dos fotosensores mediante cálculos .

El circuito de diferencia bruta es fácil, pero tiene serios problemas en un día nublado, donde las compensaciones de voltaje del amplificador operacional influyen seriamente en el punto de equilibrio. Uno nunca está seguro de si la luz del sol es igual de emocionante con dos diodos fotográficos, o si un cielo opaco está excitando débilmente los dos fotodiodos. Entonces, ¿cómo usar dos fotodiodos (en un circuito) para determinar la magnitud de la luz y la diferencia de iluminación? Han simulado el siguiente circuito, pero no lo han construido, por lo que es probable que los valores de los componentes deban cambiarse para adaptarse a las características del fotodiodo. La salida de impulsos tiene características que se miden fácilmente mediante una entrada lógica de un microcontrolador. El período "alto" del pulso está influenciado por un fotodiodo, mientras que el período "bajo" del pulso está influenciado por el otro fotodiodo. Cuando ambos se iluminan por igual, el pulso período alto es igual al pulso período bajo . La luz solar intensa dará periodos de pulso más cortos, y la luz débil dará periodos de pulso más largos, por lo que la frecuencia de pulso da una indicación de la intensidad del sol. Un microcontrolador con contador de reloj interno encuentra fácilmente la frecuencia y el período de pulso alto individual y el período de pulso bajo. Utilice un amplificador operacional riel a riel que tenga una corriente de polarización muy baja. Muchos amplificadores operacionales CMOS son apropiados. También se podría usar un comparador digital, si tiene una salida de tipo lógico que activa tanto "alto" como "bajo":

^{simular este circuito : esquema creado usando CircuitLab}

Los LDR deberían funcionar para su caso de uso. Sin embargo, mantener el LDR expuesto a la luz solar no le dará una diferencia considerable cuando se mueva el sol. Puedes hacer un arreglo como este:

esto proporciona un pequeño ángulo de acceso a través del cual la luz solar puede alcanzar el LDR. Use el LDR en una configuración de divisor de voltaje para determinar si este LDR está en línea con el sol o no. Si aumenta la longitud del cilindro o disminuye su diámetro, el ángulo de acceso se reducirá aún más. Elige una forma que funcione.