Vindkraft & trafikljus
+ Programmering
Syftet:
Syftet med projektet är:
- Att synliggöra för elever hur ett mekaniskt energi kan omvandlas till elektricitet och visualiseras med programmering.
- Att utveckla kunskaper om tekniska lösningar och hur ingående delar samverkar för att uppnå ändamålsenlighet och funktion
Bild.1
Bild.2
Bilden.2 visar en mekanism med kugghjul som kopplar DC-motorn till propellern
Material:
- Olika trä bitar (fyrkantiga, kubiska former)
- 3 st led lampor med tre olika färger, röd. gul och grön.
- 1 st DC motor med anpassade remskivor till propellern.
- 1 st Microbitkort och USB sladd
- 1 st microbit adapter
- 1 dator
- Några spikar
Projektet handlar om att bygga en miljövänligt el station som fungerar med vinden.
El stationen ska försörja ett trafikljus system som består av tre lampor med olika färger.
El spänningen ska läsas av med ett elektroniskt kort "Mickrobit" som i sin tur tolkar strömmens styrkan till siffror på en digital skärm som är integrerade på Microbit kortet.
Bild.3
Bilden.2 visar inuti DC-motorn som består av en elektrisk tråd i flera varv och fast magneter som i bilden.3
Bild.4
Bild.4 visar ett programmerad kort som läser av strömmen från en DC-motor när motorn sätts i rotationen med hjälp av exempelvis en torktumlare. (projektet: bygg ditt vindkraft)
Projektet finns redan klar under rubriken bygg din projekt . Det visar hur man kopplar en liten DC motor till Microbit och det visar också ett program som ska laddas ner i kortet. MIicrobit läser in elektriska strömmen via sina Pin i form av analoga värden och omvandlar det till ett digitalt nummer som sedan visas på displayen.
Funktion:
När det blåser mot propellern sätts det i en rotation. Propellerns axel är direkt kopplad till ett stort kugghjul genom axlarna. Rotationen överförs därför till det kugghjulet som i sin tur driver ett mindre kugghjul genom hjulens tänder. Både kugghjulen har olika antal tänder och det sambandet mellan antal tänder på hjulen avgör rotations hastighet på det lilla kugghjulet. Exempel om det stora kugghjulet har 100 tänder och det lilla kugghjulet har 10 tänder då blir hastigheten på det lilla hjulet 100/10 = 10 ggr snabbare. Ett varv på det stora hjulet gör att det lilla hjulet snurrar 10 varv.
Det lilla kugghjulet är vidare kopplad från sin axel till en DC motorns axel som i sin tur driver en elektrisk spole inuti magnetstavar eller hästmagnet. När en spole snurrar inuti eller i närheten av ett magnetfält detta orsaker att elektroner sätt i en rörelse in i spolen. (En spole är en elektrisk tråd som lindas i flera varv). När elektronerna sätts i en rörelser kallas det för en elektriskström. Hur stark är strömmen beror på hur snabbt snurrar spolen inuti magnetfältet och hur många varv av elektriska tråd är spolen bildad av.
Trafikljus och programmering
Bild.5: EL generator
Bild.4: DC motor
Bild.7: Trafikljussystemet
El generator
Bild.5 visar en el motor som också fungerar som en el generator.
Den DC motor som används till vindkraftverket ser samma ut som i bild.4. Men inuti består den av samma komponenter som i bild.5 som är en spole och en hästmagnet. På baksidan av motorn sticker ut spolens ändar i form av två kontaktpunkter.
Från kontaktpunkterna löds två elektriska tråd med olika färger till lamporna på trafikljuset.
Trafikljussystemet:
Lamporna som används är tre LED lampor med färger röd, gul och grön. Lamporna sätts fast på en stolpe på följande sätt: Varje lampa har ett kort ben och ett lång ben. De korta benen sammankopplas till samma punkt som vidare kopplas till minus GND.
Bild.6
Ena tråd från motorn kopplas till LED lampor på korta benen, den andra kopplas till de långa benen som är pluspolen (+). Om lamporna inte lyser när det blåser så får man blåsa lite starkare igen eller ändra på kopplingen så att minus tråden hamnar rätt på de korta benen som i bild.6.
I det lär fallet kommer alla lampor lysa samtidigt, det som inte är tillämplig till trafikljussystemet. Här testar man bara att det kommer elektricitet från vindkraftverket. På slutet av sidan kommer att visas hur man gör det via programmering så att trafikljussystemet följer trafik regler.
Ett annat sätt att läsa av strömmen är genom Microbit kortet som programmeras för att visa hur mycket spänning/ström som kommer från vindkraftverket.
Programmering av trafikljussystemet & avläsning av elektriskström
Här visas hur man kopplar elektroniken och programmerings delarna till vindkraftverkets stationen. Det visas i början ett kopplingsschema av Microbitkortet till trafikljussystemet och sedan kopplingen till vindkraften och sist ett exempel på koden som ska laddas ner i kortet.
Bild.8
Bild.9
Kopplingen till trafikljus
I bilden.8 visas ett kopplingsschema med tre olika LED lampor som är kopplad till Microbit kort. Lamporna är sammankopplad från sina korta ben till punkten GND minuspolen (-) på kortet. Men i praktiken används en adapter för att koppla lamporna till kortet.
Bilden.9 visar ett exempel av en adapter som består av 25 pinnar som sticker ut och markerad från 0 till 24 som motsvarar de olika kortets Pin och en sida där man för in Microbit kortet.
De andra benen av lamporna kopplas som följande: Gröna lampan kopplas till P4, den röda lampan kopplas till P8 och den gula lampan kopplas till P12.
Kopplingen till vindkraftverket
Från Pin P0 på Microbit kortet kopplas en elektrisk tråd till punk A mellan två serie-kopplad resistorer R1 och R2. Resistorn R2 kopplas till ena kontaktpunkt på motorn och resistorn R1 kopplas till andra kontaktpunkten av motorn och på GND punkt på Microbit.
Programmering:
Programmet ovan består av två delar i form av två olika block som är "när knapp[A] trycks" och "när knapp[B] trycks".
Trafikljus med knapp [A]
In i "när knapp[A] trycks" sätts variabeln "data" till 0. Sedan går ett under program i en loop så länge data = 0. In i loopen skrivs ut "1" till P4, P8 och P12 i tur och ordning på varje sekund. När en "1" är skickad till ena Pin skickas det parallellt 0 till de två andra Pin för att LED lamporna som är kopplad till dem ska släckas. Här är tiden fixad till 1 sekund men man kan själv bestämma en tid för sitt projekt.
Läsning av strömmen knapp[B]
In i "när knapp[B] trycks" sätts variabeln "data" till 1 för avbryta trafikljus loopen. Sedan går det ett annat under program i en loop så länge "data = 1". I den här loopen läser programmet elektriska strömmen från DC motorn via Pin P0 från punkt A mellan resistorerna R1 och R2 i form av en analog signal värde mellan 0 och 1023. Den analoga informationen omvandlas med ett matematisk beräkning till ett digitalt värde på spänningen mellan 0 och 3 V.
Beräkningen utgår från att när den analoga värde är lika med 1023 då motsvara det till 3 V efter en avrundning och när den analoga värde är lika med 0 då motsvarar det till 0 V efter avrundningen. Detta gör med matematiska formeln: Spänning = (spänning*3,3) / 1023 svaret visas på displayen med avrundning.
Snart kommer att sändas ut Youtube filmer!!