Windradmodell_P Seminar

Семинар «Модель ветровой турбины_P»

CAD-файлы созданных мною деталей и код, работающий на Arduino Nano. Также исходные файлы платы, которую я сделал для этого проекта.

В рамках П-семинара по физике на ITG 2020-22 на тему изменения климата

Мы хотели построить модель ветряной турбины и провести на ней различные измерения. В качестве дополнительной функции предполагалось отслеживание направления ветра, что стало возможным благодаря шаговому двигателю (NEMA 17-03 с 20Нм и 0,2А) в основании ветряка и двухточечному контроллеру. Для управления используется драйвер A4988. Микроконтроллер представляет собой Arduino Nano, имеющий в качестве интерфейса поворотный энкодер (KY-040) и тумблер. Скорость управления двухточечным контроллером также можно регулировать. Информацию можно прочитать на ЖК-экране 16х2, который связывается с микроконтроллером по I2c (с шиной I2c). В качестве источника питания служит универсальный источник питания постоянного тока.

В верхней части гондолы ветряной турбины находится небольшой генератор, выходная мощность которого падает на нагрузочном резисторе (>2 Ом). Напряжение, падающее на резисторе, можно считывать напрямую с помощью внутреннего 10-битного АЦП, поскольку оно никогда не превышает 5 В (логическое напряжение Nano). Из этих значений можно определить общую электрическую мощность. (обычно менее 200 мВт)

Другой способ определения производительности — использование обнаруженных лопастей несущего винта. На мачте установлен ультразвуковой датчик HC-SR04, который одновременно с 5-секундными интервалами считает лопасти несущего винта и затем отображает результат на ЖК-дисплее. Это позволяет сравнивать производительность, измеренную двумя способами.

Я разработал все перечисленные здесь 3D-модели в Autodesk Fusion 360 или SOLIDWORKS и распечатал их на принтере Prusa Mk2. Я создал дизайн платы в Autodesk EAGLE, а затем изготовил его дома с помощью плагина ulp PCB-GCODE. Arduino Nano был запрограммирован с использованием Arduino IDE. Совместно с Autoliv мы изготовили алюминиевые детали, ступицы пропеллеров на разное количество лопастей, а также основу для шагового двигателя.