اندازه گیری تابش خورشید با آردوینو (میزان نور آفتاب)

افراد زیادی با انرژی های تجدیدپذیر، به ویژه انرژی خورشیدی کار می کنند. با این حال، ابزارهای مورد نیاز برای پیش‌ بینی درست شرایط خورشیدی یا میزان انرژی دریافتی از خورشید در یک مکان معین، موفق بودن دریافت انرژی خورشیدی بسیار مهم است. پیش بینی اینکه در یک مکان چقدر انرژی می توان تولید کرد و دانستن اینکه پنل خورشیدی را باید در کجا قرار داد بسیار مفید است. روشی که برای پیش‌ بینی این مورد استفاده می‌شود، اندازه‌گیری تابش خورشیدی است که در آن تخمین مقدار توان (بر حسب وات) موجود در یک متر مربع لازم است. در حال حاضر، این کار به طور کلی با استفاده از پیرانومتر انجام می‌شود که ابزاری بسیار پرهزینه است و استفاده از آن برای پروژه‌های کوچک یا پنل های خورشیدی دست ساز منطقی نیست.

در اینجا، یک دستگاه اندازه‌گیری تابش ساده می‌سازیم، آن را با استفاده از یک میدان زنده آزمایش می‌کنیم و داده‌ها را جمع‌آوری می‌کنیم و بررسی می‌کنیم که چگونه نتیجه را منعکس می‌کند. این یک پروژه ساده DIY تابش سنج خورشیدی است که مشکل پروژه های غیرتجاری و درجه پایین را حل می کند.

سنسور نور BH1750

خوب، سنسور نور برای این پروژه بسیار مهم است. انواع مختلفی از سنسورها در بازار موجود است که به با این هدف کار میکنند، حتی مقاومت‌های ساده وابسته به نور (LDR) نیز می‌توانند تابش نور را اندازه‌گیری کنند، اما دقت زیادی ندارند. همچنین نیاز به یک راه حل مقرون به صرفه و به طور گسترده در دسترس برای این منظور وجود دارد. بنابراین، ما BH1750 را به عنوان سنسور نور انتخاب کردیم. با این حال، برای اندازه‌گیری نور مستقیم خورشید استفاده نمی‌شود، اما برای سنسور نور محیطی که محدوده‌ ۶۵۵۳۵ lx را پشتیبانی می‌کند، مناسب است. ۶۵۵۳۵ lx نیمی از درخشندگی خورشید در درخشان ترین حالت است.

در جدول زیر مقدار نزدیکتر یا حداکثر دامنه در شرایط مختلف آورده شده است.

BH1750 یک سنسور نور محیط دیجیتال است که از I2C برای ارتباط با میکروکنترلر ها استفاده می کند و با ولتاژ عملیاتی 3.3 ولت کار می کند.

مدار اندازه گیری تابش خورشیدی با آردوینو

شماتیک کامل برای ساخت مدار تابش خورشیدی در زیر آورده شده است:

شماتیک بسیار ساده است. سنسور از طریق پروتکل I2C به آردوینو نانو متصل است. خوشبختانه، برد BH1750 دارای مقاومت پول آپ داخلی برای I2C است، بنابراین مقاومت اضافی مورد نیاز نیست. تغذیه آردوینو nano با ولتاژ 5 ولت، خروجی 3.3 ولتی را روی پایه 3.3 ولتی با استفاده از رگولاتور داخلی 3.3 ولت ارائه می دهد.

قطعات مورد نیاز

• آردوینو نانو
• ماژول سنسور شدت نور BH1750

برنامه نویسی آردوینو برای اندازه گیری میزان نور آفتاب

در اینجا ما آردوینو نانو را برنامه ریزی کرده ایم تا هر ثانیه سطح نور را بخواند. کد کامل در انتهای صفحه در فایل دانلودی قرار داده شده است. در اینجا قسمت های مهم کد را توضیح میدهیم.

طبق معمول کد را با فراخوانی کردن فایل کتابخانه های مورد نیاز شروع میکنیم. کتابخانه Wire.h برای تنظیم ارتباط I2C بین سنسور و میکروکنترلر استفاده می شود و BH1750.h برای خواندن داده های حسگر BH1750 استفاده می شود.

#include <Wire.h>
#include <BH1750.h>

سپس در تابع setup، ارتباط I2C را راه‌اندازی میکنیم (کتابخانه BH1750 این کار را به‌طور خودکار انجام نمی‌دهد) و همچنین سریال مانیتور را برای اشکال زدایی پروژه مقدار دهی میکنیم.

void setup(){
  Serial.begin(9600);
  Wire.begin();
  lightMeter.begin();
  Serial.println(F("BH1750 Test begin"));
}

در حلقه loop، مقدار Flux که توسط سنسور دریافت می شود به تابش تبدیل می شود. صحبت خاصی برای این موضوع وجود ندارد، اما می توان یک تقریبی برای طول موج خورشید ایجاد کرد. شار را می توان با ضرب در 0.079 به W/m2 تبدیل کرد.

پس از آن، مقدار دریافتی از سنسور بر روی پورت UART چاپ می شود تا داده ها در قالب اکسل برای ساخت یک نمودار ذخیره شوند.

void loop() {
  float lux = lightMeter.readLightLevel();
  float irr = (lux*0.0079);
  Serial.print("irradiance: ");
  Serial.print(irr);
  Serial.println(" W/m2");
  delay(1000);
}

آزمایش مدار اندازه گیری تابش خورشیدی

در یک روز با آفتاب مناسب نتیجه به بهترین شکل حاصل میشود. تصویر زیر را از نحوه قرار دادن و دریافت داده ها مشاهده کنید:

داده های دریافتی از سنسور نور در نمودار زیر منعکس شده است.

نمودار بالا وضعیت داده های خروجی را نشان میدهد. برای ایجاد نمودار میتوانید از نرم افزار Tera Term استفاده کنید. این پروژه کاملا دقیق نیست اما داده هایی را می توان ثبت کرد که یک تقریب بسیار نزدیک هستند.

برای دانلود فایل ها باید حساب کاربری داشته باشید ثبت نام / ورود