Проекты

Создание солнечного датчика

Работа победителей конкурса проектов и исследований «Инженеры будущего» открытой городской научно-практической конференции «Инженеры будущего» в секции «Приборостроение, микроэлектроника и схемотехника» среди работ учащихся 10–11 классов

Направление работы: Инженеры
Авторы работы: ГБОУ Школа № 2127
Предметы: Физика, Математика, Информатика
Классы: 10 класс
Мероприятия: Конкурс проектов и исследований «Инженеры будущего» открытой городской научно-практической конференции «Инженеры будущего» 2021 года

Актуальность

Изучение космоса является одной из приоритетных задач. Любой космический аппарат (КА) нуждается в стабилизации для выполнения основных задач. Обычно на КА устанавливают солнечные панели, которые необходимо наводить на солнце, для того чтобы минимизировать затраты энергии. Главным преимуществом солнечных датчиков (СД) является автоматическое вычисление угла падения солнечного света. СД принимают солнечный свет и помогают определить угол падения солнечного света на поверхность панели для передачи значения на экран.

Предлагаемая модель солнечного датчика позволяет находить положение Солнца на поверхности нашей планеты. Его преимущество заключается в простоте и дешевизне конструкции, так как дешёвая бортовая аппаратура, в том числе солнечный датчик для космических аппаратов, является потребностью.

Цель

Разработка модели компактного и дешёвого универсального солнечного датчика слежения за положением солнца. Разбор различных функций и строений солнечных датчиков.

Задачи

  1. Рассмотреть назначение солнечных датчиков (далее – СД).
  2. Проанализировать типы СД и на его основе рассмотреть собственный датчик.
  3. Разработать 3D-модель датчика и представить его особенности.
  4. Протестировать модель СД.

Оснащение и оборудование, использованное при создании работы

  • Arduino Uno R3
  • 4 фоторезистора
  • Макетная плата
  • ЖК-экран (16*2)
  • Провода
  • Компьютер с установленным ПО: SMath Studio, TinkerCAD, Arduino IDE)

Описание

Авторы изучили теоретический материал по солнечным датчикам и выбрали датчик пирамидальной формы с углом у основания в 73°. Это решение обусловлено необходимостью размещения фоторезисторов под углом, а угол размещения рассчитан с учётом существования слепой зоны, которая при таком угле минимальна, но не исключена. Датчик является пассивным прибором. Для его работы питания не требуется. Он не включается и не выключается. Включение и выключение соответствует его освещённому и не освещённому состоянию.

Произвели расчёты для работы датчика. Создали схематическую модель, проверили её работу, написали код под эту модель.

Разработали модель солнечного датчика, с помощью которого можно узнавать угол отклонения от источника света, провели эксперимент с датчиком при помощи искусственного освещения, располагая датчик от источника света под разным углом. На экран выводилось значение угла отклонения от условного начального положения. Фоторезисторы на нашем датчике расположены под углом 73° от основания для более точного определения угла отклонения.

Мы разработали модель универсального солнечного датчика слежения за положением солнца.

Результаты работы/выводы

После завершения работы с физической моделью были проведены эксперименты (объект освещали с разных сторон под разным углом, накрывали плотной тканью, освещали перпендикулярно вершине датчика, использовали разные источники света, при этом смотрели на выводимые датчиком результаты).

На основе проведённых экспериментов сделали выводы и увидели перспективы, приведённые ниже.

Перспективы использования результатов работы

На примере нашего датчика мы сможем сделать модель более универсального датчика, который можно будет использовать при сборке космического аппарата.

Сотрудничество с вузом/учреждением при создании работы

НИУ ВШЭ