آینه هوشمند با آردوینو برای هدایت نور خورشید

بازی با نور خورشید و آینه برای همه‌مون یه نوستالژی جالبه، اما اینجا می‌خوایم این کار رو کاملا مهندسی و خودکار کنیم. برای اینکه آینه بتونه نور رو پیوسته به یه نقطه خاص بفرسته، اول باید سه تا چیز رو بدونیم: هدف کجاست، خورشید الان تو چه موقعیتیه و آینه باید تو چه زاویه‌ای قرار بگیره.

برای پیدا کردن هدف، از یه ماژول جوی‌استیک استفاده می‌کنیم. با جوی‌استیک زاویه دستگاه رو تنظیم می‌کنی و با زدن دکمه‌اش، مختصات دقیق هدفت رو تو حافظه آردوینو ذخیره می‌کنی.

از طرف دیگه، دستگاه یه بخش ردیاب هم داره که مدام دنبال پرنورترین نقطه یعنی خورشید می‌گرده و وقتی پیداش کرد، زاویه‌اش رو ثبت می‌کنه. همزمان پنل خورشیدی کوچیک دستگاه هم رو به خورشید قرار می‌گیره تا انرژی لازم رو جمع کنه.

در نهایت، آردوینو زاویه بین خورشید و هدفت رو دقیقا نصف می‌کنه و آینه رو تو همون راستا قرار می‌ده. این کار هم برای زاویه افقی و هم برای زاویه عمودی انجام می‌شه تا نور مستقیم به هدفت بتابه. همه این محاسبات به لطف کدهای آردوینو تو چند صدم ثانیه انجام می‌شه.

پایه‌های متحرک رو می‌تونی به صورت آماده تهیه کنی، ولی معمولا این مدل‌های آماده با سروو موتورهای کوچیک SG90 ساخته می‌شن که برای تحمل وزن آینه و پنل یکم ضعیف هستن.

به جای این کار، می‌تونی خودت دست به کار بشی و با دو تا براکت فلزی ساده، یه پایه متحرک محکم بسازی. حتما از سروو موتورهای قوی‌تری مثل MG996 اهم استفاده کن تا زیر بار کم نیارن. موتور پایینی برای چرخش افقی و موتور بالایی برای حرکت عمودی نصب می‌شه. فقط یادت باشه این موتورها جریان زیادی می‌کشن. تازه وقتی بی‌حرکت هم هستن بازم دارن از باتری انرژی می‌گیرن.

دو تا ترفند مهم:

اول اینکه حتما یه خازن بین پین‌های 5 ولت و GND قرار بده تا لرزش موتورها رو به حداقل برسونه. دوم اینکه اتصال پین موتور تو کدها (مثلا دستور attach) رو فقط همون لحظه‌ای که به حرکت نیاز داری فعال کن.

بعد از اینکه موتور چرخید، سریعا با دستور detach اتصالش رو قطع کن تا انرژی الکی مصرف نشه. این‌طوری می‌تونی موتورهای بخش آینه و ردیاب رو نوبتی تغذیه کنی.

برای پیدا کردن دقیق خورشید، از چهار تا مقاومت نوری یا همون LDR استفاده می‌کنیم. منطق کار خیلی ساده‌ست؛ این سنسورها متوجه می‌شن که نور بیشتر از کدوم طرف می‌تابه (بالا، پایین، چپ یا راست) و موتورها اون‌قدر می‌چرخن تا مقدار نوری که به هر چهار سنسور می‌رسه تقریبا با هم برابر بشه. این یعنی سنسور دقیقا روبه‌روی خورشیده.

برای ساخت این سنسور ترکیبی، یه دیواره صلیبی شکل با پلاستیک یا مقوای محکم بساز. حالا چهار تا سنسور نوری رو تو چهار تا خونه‌ای که ایجاد شده بذار و با چسب حرارتی محکمشون کن.

برای اینکه سیم‌کشی‌ها مرتب بشه، می‌تونی مقاومت‌هایی که تو نقشه مدار می‌بینی رو روی یه برد سوراخ‌دار کوچیک لحیم کنی و با پین‌هدر به برد اصلی وصلشون کنی.

اگه وقت یا حوصله لحیم‌کاری کل مدار روی یه برد چاپی رو نداری، اصلا جای نگرانی نیست. می‌تونی خیلی راحت همه قطعات رو روی یه بردبورد ببندی. استفاده از بردبورد برای تست اولیه عالیه و بهت اجازه می‌ده مدارت رو سریع راه بندازی.

وقتی دستگاه رو روشن می‌کنی، برنامه اول چک می‌کنه که کلید تنظیمات تو چه وضعیتیه. اگه کلید رو حالت Set باشه، می‌تونی با جوی‌استیک دستگاه رو حرکت بدی تا سنسورها مستقیما سمت هدفت قرار بگیرن. با فشار دادن دکمه جوی‌استیک، مختصات اون نقطه تو حافظه ذخیره می‌شه.

حالا اگه کلید رو روی حالت خودکار بذاری، ردیاب خورشید به همراه پنل شروع به پیدا کردن نور می‌کنن. وقتی زاویه خورشید پیدا شد و یه مدت ثابت موند، این مختصات هم ذخیره می‌شه. همه این مقادیر بر اساس زاویه‌های 0 تا 180 درجه خونده می‌شن. همین عددها محاسبات رو خیلی برامون راحت می‌کنن.

آردوینو حالا نیمساز زاویه خورشید و هدف رو حساب می‌کنه و دستور چرخش رو به موتورهای آینه می‌ده. آینه طوری تنظیم می‌شه که نور رو صاف بفرسته سمت هدفت. بعد از این کار، دستگاه برای مدتی که تو کدها مشخص کردی به حالت خواب می‌ره تا باتری مصرف نشه. بعد از بیدار شدن دوباره آینه رو تنظیم می‌کنه. اما یه نکته جذاب درباره کدهای جوی‌استیک وجود داره:

معمولا وقتی جوی‌استیک رو ول می‌کنی فنرش اونو برمی‌گردونه وسط و موتورها هم باهاش برمی‌گردن. اما ما کدها رو طوری تغییر دادیم که زاویه فقط وقتی تغییر می‌کنه که جوی‌استیک رو حرکت بدی. وقتی جوی‌استیک برمی‌گرده سر جاش، زاویه موتورها همون‌طوری که تنظیم کردی ثابت می‌مونه.

برای حالت خواب هم به کتابخونه مخصوص مصرف بهینه نیاز داری که می‌تونی اون رو از بخش مدیریت کتابخونه‌های نرم‌افزار آردوینو سرچ کنی و به راحتی نصبش کنی.

حالا باید هر دو تا بخش متحرک رو روی یه پایه چوبی محکم نصب کنی. بهتره این دو تا بخش تا جایی که ممکنه به هم نزدیک باشن تا خطای زاویه‌ای بینشون موقع تابش نور به حداقل برسه؛ البته این خطا این‌قدر کمه که تو عمل اصلا به چشم نمیاد. موقع نصب حتما حواست باشه که آینه و پنل خورشیدی موقع چرخش به هم گیر نکنن.

شاید با خودت بگی مگه نمی‌شد از یه پایه متحرک هم برای سنسور و هم برای آینه استفاده کرد؟ از نظر تئوری چرا، اما تو عمل دستگاه مجبور می‌شد مدام بین پیدا کردن خورشید و تنظیم آینه عقب و جلو بره. این حرکت‌های مداوم نه تنها انرژی زیادی می‌گیره، بلکه باعث می‌شه نور مدام جابه‌جا بشه و یه جور رقص نور روی اعصاب درست کنه!

کار با دستگاه خیلی راحته. کلید رو بذار روی حالت تنظیم، با جوی‌استیک هدف رو مشخص کن و دکمه‌اش رو بزن. حالا کلید رو برگردون رو حالت خودکار تا سیستم خودش خورشید رو پیدا کنه.

بعد از پیدا کردن خورشید، آینه به صورت خودکار زاویه رو می‌گیره و دستگاه میره تو حالت خواب. از اونجایی که خورشید حرکت کندی داره نیازی نیست آینه مدام در حال چرخش باشه. تو هر ساعت خورشید فقط 15 درجه جابه‌جا می‌شه و تو هر 10 دقیقه حدود 2.5 درجه؛ پس تنظیم دوره‌ای برای این کار کاملا جواب می‌ده.

با ساخت این دستگاه جذاب می‌تونی نور طبیعی رو به تاریک‌ترین نقاط حیاط، پاسیو یا حتی داخل خونه هدایت کنی و از یه نورپردازی کاملا رایگان لذت ببری. امیدوارم از ساخت این سیستم هوشمند حسابی کیف کرده باشی و اگه سوالی درباره راه‌اندازیش داشتی یا ایده بهتری به ذهنت رسید، حتما تو بخش نظرات برامون بنویس تا با هم چکش کنیم.