Bộ dò tìm mặt trời (Sun Tracker)

Đây là dự án mà mình cùng con trai đã thực hiện để làm thiết bị dò tìm mặt trời. Ý tưởng cơ bản là sử dụng keo nến để gắn 4 cảm biến ánh sáng (bọn mình dùng quang trở - photoresistors) vào mỗi góc, khi ánh sáng lệch khỏi tâm, nó sẽ tạo bóng râm ở phía đối diện. Do đó, việc tối ưu hóa giá trị từ tất cả các cảm biến sẽ giúp thiết bị hướng về điểm sáng nhất.

Thiết kế bao gồm các khe để lắp cảm biến và dẫn dây ra phía sau. Nó cũng có một lỗ ở trung tâm để giúp hiệu chỉnh (ánh sáng chiếu qua lỗ trung tâm sẽ tạo thành hình tròn khi nó hướng thẳng vào nguồn sáng).

Mình đã in thử ở nhiều độ cao khác nhau. Loại cao hơn sẽ nhạy hơn với những thay đổi góc nhỏ, nhưng có thể gây ra hiện tượng "tìm kiếm" liên tục (seeking), trong khi loại thấp hơn thì dễ điều khiển hơn nhưng kém nhạy hơn. Nhựa in màu đen là lựa chọn tốt nhất để tránh phản xạ ánh sáng.

Mình cũng đã đính kèm đoạn mã Arduino, tuy cách viết còn hơi đơn giản nhưng đã đáp ứng tốt nhu cầu của tụi mình. (Đoạn mã này kết hợp với các quang trở thông thường sẽ gây ra hiện tượng "tìm kiếm" hơi nhiều quanh giá trị tối ưu).

Bạn có thể thử nghiệm bằng cách dùng keo nến dán hai servo lại với nhau và gắn cảm biến lên trên cùng để tạo thành bộ dò 2 trục, như trong hình trên.

Tổng quan và Thông tin

Thiết bị này sẽ hướng về phía mặt trời hoặc bất kỳ nguồn sáng mạnh nào. Nó hoạt động nhờ 4 cảm biến ánh sáng được ngăn cách bởi các vách ngăn và kết nối với vi điều khiển. Khi mặt trời di chuyển, nó sẽ tạo bóng râm lên cảm biến ánh sáng ở phía đối diện. Vi điều khiển sẽ phát hiện cảm biến nào có ít ánh sáng hơn và di chuyển servo về hướng đó cho đến khi giá trị của tất cả các cảm biến ánh sáng đạt mức tối đa. Các góc thu được chính là vị trí của mặt trời trên bầu trời.

Kế hoạch bài học và Hoạt động

Khái niệm này không quá phức tạp, nhưng do số lượng dây nối khá nhiều (2x4+4 cho mỗi quang trở và 3x2 cho mỗi servo) cùng nhiều linh kiện trên breadboard nên có thể trở nên khá rắc rối. Bạn có thể lắp ráp trước để dùng như một thiết bị đo đạc (khoa học), hoặc lắp ráp trong lớp và kiểm tra chức năng bằng một nguồn sáng mạnh (kỹ thuật). Khuyến khích dành cho giáo viên đã có kiến thức về Arduino và làm việc với breadboard.

Vật liệu cần thiết

1 Arduino, 1 Breadboard, 14 dây kết nối đến thiết bị (khuyên dùng loại đực-cái), 6 dây từ breadboard đến Arduino (khuyên dùng loại đực-đực), 4 quang trở hoặc tụ quang, 4 điện trở kéo xuống (tùy thuộc vào loại cảm biến ánh sáng sử dụng).

Hướng dẫn

Tốt nhất nên in bằng nhựa màu đen, 1 lớp vỏ (shell), infill 100%. Đấu dây các cảm biến ánh sáng theo hướng dẫn của linh kiện bạn đã chọn. Nạp mã vào Arduino và hiệu chỉnh cho phù hợp với các cảm biến đã sử dụng.