Solar-Tracker in der Internet-Wolke

15 Schritt:Schritt 1: Überblick Schritt 2: Stuff Sie für die Basis benötigen Schritt 3: Erstellen Sie Gears Schritt 4: Basis - Lagertaschen Schritt 5: Basis - Collar Klemmen Schritt 6: 2x4 Nema 23 Stepper Mounts Schritt 7: Die Basisanordnung Schritt 8: Die obere Platte und Torpfosten Schritt 9: Elevation-Achse Schritt 10: Panelmontage mit Rahmen Schritt 11: Elektronik und Motor Wiring Schritt 12: Die Firmware und Betriebsprinzipien Schritt 13: Konfigurieren der E-Imp für HTTP-Kommunikation Schritt 14: Web App und Smartphone-Schnittstelle Schritt 15: Fazit

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Dies ist ein Solar-Tracker. Ein voller Größe, Internet-Cloud verbunden, Smartphone zugänglich Solar Tracker vor allem aus 2x4s und Sperrholz, beschäftigt hölzerne peg Getriebe, recycelt Vorhangstangen, Schrauben, Muttern und Gewindestange gebaut. Die Solar-Tracker verwendet ein Haus gebaut elektronische Steuerung Einbeziehung WiFi, Schrittmotorantriebe, Beschleunigungsmesser und Magnetometer. Der Tracker wurde entwickelt, um eine volle Größe 90W Panel in Azimut und Elevation zu fahren. Die Zahnräder Antrieb des tracker sind Holzpflock Getriebe allgemein im 16. Jahrhundert verwendet. Die Zahnräder wurden mit Hilfe moderner 3D-CAD (Solidworks) ausgelegt. Anschließen der Holzpflock Zahnräder mit der Internet-Cloud schien einfach der Richtige zu tun. Dies ist kein wasserdichtes Design - Sie benötigen, um Ihre Änderungen an wasserdichten derivative Design berücksichtigen.

Das Projekt umfasst die mechanische Mechanismen, Web-Anwendung, kostenlos / grünen Sonnenenergie, Firmware, Grundlagen der Elektronik, eine Mikrosteuerung, Beschleunigungsmesser / Magnetometer, das Internet der Dinge, WLAN, 3D-Modellierung, CNC-Bearbeitung, die Wiederverwendung und das grundlegende Holzbearbeitung. Das Internet der Dinge wurde durch die innovative Elektro Imp aktiviert - http://www.electricimp.com

Das Projekt begann mit einer Notwendigkeit, die Bewässerung unserer erhöhten Garten Gemüse zu automatisieren. Der Zweck der Gemüsegarten ist es, einen Anschein von Selbstvertrauen auf der Front veggi zurückfordern. Hinzufügen eines Solar-Panel ermöglicht den Gemüsegarten, um sich in einem selbständigen Weg zu wässern. Hinzufügen eines regen Barrel Sammelsystem als Wasserquelle Rampen die Eigenständigkeit up weiter und ist eine umweltschonende Sache zu tun. 90W ist mit Sicherheit viel mehr Macht als wir brauchen, aber ich bin sicher, dass im Laufe der Zeit werde ich mehr Dinge zu verbinden finden. Die regen Sammelsystem in einem anderen Instructable http://www.instructables.com/id/Recycle-Pallet-Rain-Barrel-Stand/ dokumentiert. Eine Zukunft instructable wird das Bewässerungssystem die Zeit erlaubt zu dokumentieren.

Die Notwendigkeit für Solar-Tracking ist in der verfügbaren Internet-Literatur und Fachzeitschriften dokumentiert, so gibt es keine Notwendigkeit für mich, es hier zu wiederholen. Es gibt viele Argumente für und gegen, sondern Effizienzsteigerungen von bis zu 30% im Vergleich zu Festeinbau machen solare Nachführsysteme attraktiv. Sie müssen nur sicherstellen, dass Ihr Motiv Strombedarf sind viel weniger als das Potential Effizienzgewinn. Die zusätzlichen Kosten eines Tracking-Lösung wird zu den Gesamtkosten einer Solaranlage, die die Zeit zu einem positiven ROI erhöht zugegeben. Aber Tracking nicht teuer sein - zumindest nicht für die Heim Bastler mit einer geringen Anzahl von Sonnenkollektoren. Die Tracking-Anforderungen an die Genauigkeit nicht so hoch, entweder. Mit Hilfe eines Mikro-Controller, um die Spursteuerung machte es leicht, die Tracking-Verlustleistung, indem er das System zu steuern Betrieb in einen Energiesparmodus für so lange wie möglich, mit nur einem gelegentlichen Hochleistungsschub, um die Motoren drehen eine kleine Menge. Es gibt andere Wege, um Solar-Tracking (optische Sensoren zur einfachen Schaltungen beispielsweise verbunden - "light Anhänger") zu tun, sondern Mikrocontroller Chancen für Features eintauschen, und Sie werden eine ganze Menge zu erfahren. Und das Lernen ist der Schlüssel.

Hier ist ein kurzes Video, das fertige Projekt in Aktion:

Lassen Sie uns beginnen sollen wir?

Schritt 1: Überblick

Die wichtigsten Systemkomponenten in dem Blockschaltbild identifiziert:

Von 2x4 ist komplett mit Holzpflock Gänge und wiederverwendet Gardinenstange / Pol 90 Watt Solarpanel Zwei Achsen-Motion-Plattform aufgebaut. Kundenspezifische Elektronik - Elektro Imp verbunden, um Treiber, EA Erweiterung und 6 Achsen-MEMS-Beschleunigungsmesser / Magnetometer Akku Schritt - im Ruhestand-Einheit von meinem Motorrad, da es nicht mehr in der Lage, drehen Sie den Motor. Solarladeregler - Billig Einheit von ebay, um sicherzustellen, dass die Batterie nicht zu überladen. Smartphone oder Web-Browser - Überwachung von Status und Fernbedienung. Dies ist eine nicht-essentielle Teil des Systems wie auch für einen Lernprozess durchgeführt, um zu sehen, was es ein Telefon an einem entfernten Gerät anschließen müsste. (Gotta erinnern, um die URL zu verstecken, so dass ich nicht zu viele Menschen, die versuchen, um die Platte zu steuern!)
Der Tracker Schaltung enthält eine Neigung kompensiert Kompass - die Mathematik wurde von einer Anwendung zur Kenntnis codiert. Der Chip verfügt über 3-Achsen-Magnetausgang und 3-Achsen-Beschleunigungsmesser-Ausgangs. Die magnetische Ausgangs Weist das System den Azimutwinkel und der Beschleunigungsmesser weist das System die die Neigung in Bezug auf die Schwerkraft. Die GPS-Position wird in der Firmware fest einprogrammiert (Zukunft wird dieses Set von Smartphone über das Web haben). Bestimmt die Firmware, basierend auf der Tageszeit und geographische Koordinaten, welche den Sonnenwinkel ist mit einem Sonnenwinkel-Algorithmus auf den Elektro Imp Eichhörnchen Sprache von C ++ (in späteren Schritten beschrieben) transportiert. Firmware treibt die Azimut und Elevation-Motoren zu den Sun Angles basierend auf dem Feedback aus der mag / accel.

Diese ganze Sache könnte viel einfacher durchgeführt werden, aber ich wurde durch das Internet der Dinge ermöglicht durch die Elektro-Imp möglich fasziniert. Nicht nur Lesen Web-Artikel zu bestenfalls eine oberflächliche Verständnis zu bekommen, fand ich einen Weg, um mit einem Overkill Lösung für ein gemeinsames Problem versuchen, die Technik. Die meisten Lösungen auf dem heutigen Markt sind "light Anhänger". Sie steuern Motoren in Reaktion auf die Intensität von Licht, um einfallendes Sonnenlicht auf der Platte zu maximieren. Diese funktionieren gut, sind niedrige Kosten und sind wirklich alles was Sie brauchen. Aber wenn Sie diesen Weg gehen, werden Sie eine Gelegenheit zum Lernen auf der Elektronik / firmware / web / IoT Entwicklung Seite der Dinge zu verpassen. Dieses ist etwas, was Sie lernen ::

1. ASP.NET Programmiermodell für Web-basierte Anwendungen. Dies ist die serverseitige Code, den der Smartphone eine Verbindung herstellt, um den Status des Systems zu sehen, oder, um Eingaben an die Steuerung für die manuelle Steuerung von Azimut und Elevation für die Fehlersuche zu fahren.

2. AJAX, die eine Web-Seite ohne Server Seite neu laden zu aktualisieren. Ermöglicht eine Web-Seite dynamisch Server-Daten abfragen, direkt und aktualisieren Sie die Bereiche der Seite, ohne Seite neu zu laden. Dies ist, wie die Überwachungsdaten werden aktualisiert.

3. SQL Server arbeiten auf dem Backend. Die Daten aus dem E-Imp in einer SQL Server-Datenbank protokolliert.

4. jQuery Mobile - große Open-Source-Bibliothek, die mit der Webseite Document Object Model arbeiten vereinfacht. Nur die Spitze des Eisbergs der es für diese Anwendung aber im Sturm das Web genommen. Es ist eine gute Möglichkeit, Smartphone HTML5 "Apps" zu entwickeln.

5. HTML5-Fähigkeiten und die Beziehung zu potenziellen Hardware-unabhängigen Telefon apps. In eine Reihe von Anwendungen, die die Web-App zu nehmen und es in einem traditionellen Telefongeschäft Anwendung gestoßen. Einige sind kostenlos, bis Sie 10.000 Downloads erreichen ... Ja, richtig!

6. Das Internet der Dinge Modell und was Unternehmen wie Elektro Imp und COSM tun, um dies zu realisieren, auch für Low-Budget-Hacker wie mich zu machen.

7. Gesamtwertung der Cloud-basierten Dienstleistungen und die Kraft, die Dienstleistungen, die von der Wolke zur Verfügung gestellt. Der Elektro imp vollständig Cloud-basierte .... Ihre Firmware lebt in der Wolke und wird heruntergeladen, wenn das Gerät mit dem Internet verbindet.

8. Algorithmen für die Neigungskompensations einen Kompass. Letztlich I implementiert eine App Note, aber es eine ganze Menge Forschung notwendig.

9. Algorithmen für Sonnenwinkel Vorhersage. Portiert Open Source Implementierung auf die Elektro Imp. Hatte keine Ahnung, dass Sonnenwinkel Vorhersage war so ein komplexes Problem. Ich verstehe nicht ganz den Algorithmus zu verstehen, aber ein Trinkgeld meinen Hut für jeden, der tut! IJW!

Es gibt viel mehr zu tun mit diesem Projekt lernen, aber ich musste die Liste irgendwo Kappe!

Ich denke, der einfachste Weg, um die Dokumentation zu bekämpfen ist es, Sie durch das Gebäude des Tracking-Basis, dann die Elektronik / Firmware und schließlich die Web-App zu gehen. Die Elektronik und die Bewegungsplattform unabhängig Komponenten des Systems. Der Verfolger Elektronikmodul wurde entwickelt, um eine wiederverwendbare Komponente sein. Der Tracker Basis wurde entwickelt, um peg Gänge und Hebel in einer anderen schamlosen Versuch stimulieren meine Kinder den Köpfen mit Technik demonstrieren.

Schritt 2: Stuff Sie für die Basis benötigen

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Ich hatte das Glück, 2x4 Holz und Sperrholz, die von früheren Heimat Projekte haben, so meine Kosten, um den Tracker Basis zu bauen war sehr gering. Ich habe umfangreiche Verwendung von Rollenlagern, um die Reibung gering zu halten, um die Antriebskraft Verluste zu reduzieren. Der Haupt Azimut Welle war ein Recycling-Gardinenstange, die ich hatte die Weitsicht nicht während einer Umbau-Projekt vor vielen Jahren werfen.

Materialien, die Sie benötigen, um die Basislager 3/8 "zu machen - Sie werden sieben 3/8 ID von 7/8 OD Rollenlager müssen Abgedichtete Lager sind besser zu halten Feuchtigkeit und Staub aus Ultimative Lager für Allwetter-Betrieb ist ein.. Kunststoffhülse oder Wälzlager. Ich habe billige Stahl-Lager, die es nicht ertragen kann bis zu erweiterten Einsatz im Freien ohne Wasserprüfen, aber ich hatte sie bereits in meiner Kiste mit Dingen aus einer alten CNC-Maschine zu bauen, so habe ich, was ich hatte. Ich habe 7 von ihnen. VXB, Elektronische Goldmine und Use-Enco.com sind gute Quellen für kostengünstige Lager. Elektronische Goldmine verfügt über 3/8 "ID Lager für unter 1 € je. VXB hat Kunststoff- und Keramiklager sowie Lager 3/4". - Sie werden zwei "von 1 ¼ ID" OD Lager zur Stabilisierung der Azimut-Pol (Gardinenstange OD muss 3/4 für dieses Projekt sein ") 2x4 Pine Studs müssen ¾ -. Zwei von ihnen sind reichlich Bauholz ist eine nachhaltige und erneuerbare Ressource ¾. "Sperrholz - ich Birken aus einem Möbelprojekt ich vor langer Zeit abgeschlossen Sie werden genug, um ausgeschnitten zwei x 10 benötigen." Zahnräder, zwei x 2.5 "Zahnräder und einige Kragen Klemmen. 2 ½ Schrauben zum Verbinden von 2x4s und 1 ¼ "zum Verbinden dünner Holzstück aus Kunststoff - - Acetyl / Acetyl / Nylon mindestens ¾" dicken A 2ft durch 2 ft Blatt wird viel Sacklochschrauben werden. A 2 "x2" x1 "Stück wird gut funktionieren. Dies wird verwendet, um die Mutter, die die Erhebung steuert machen werden. Streifen von 1,5 "von 0,75" Holz - Sperrholz oder alles, was Sie zur Hand haben. Nachhaltige Hartholz wie Poplar ist gut. Dies wird verwendet, um die Leitspindel (ausgefallener Name für Präzisionsgewindestange), die die Erhebung Panel Last tragen wird sich stabilisieren. Weitere Streifen des gleichen die Stützrahmen für die Solar-Panel selbst zu machen. Elmer Max Holzleim
Tools, die Ihnen helfen Maßband Gehrungssäge wird. Sie können alles von Hand geschnitten, aber das wird eine lange Zeit dauern. Winkelschleifer zum Schneiden von Gewindestangen und Gardinenstange auf Länge. Eine Säge wird auch funktionieren - alles, was Stahl wird gut Bohrmaschine zur Herstellung von Sacklöcher sein schneidet - Hochgeschwindigkeitsbohrer besser für diese als eine Batterie bohren, die bei niedrigen Drehzahlen batteriebetriebene Bohrer / Elektroschrauber zu drehen, um die Taschen zu befestigen neigt Schrauben - macht die Arbeit gehen viel schneller als dies mit einer manuellen Fahrer 3/8 "Tap Bohrmaschine und 3 / 8-13 Hahn für die Erhebung Acetyl Mutter, die Sie benötigen, um 10 x 3/8 zu machen", Muttern und Unterlegscheiben für Montagebohrmaschine, wenn Sie eine haben - hilft, Löcher senkrecht zu halten. 1-1 / 2 "Lochsäge oder größer. Alles, was bis zu 3" wird funktionieren. Diese werden verwendet, um den Kragen Klemmen, die halten die Stange eingespannt, um das Zahnrad Hammer zu machen - für verschiedene Ausrichtungs Aufgaben und für die Befestigung der Zapfen in die Löcher an den Zahnrädern Bügelsäge oder ähnliche dünne Klinge Säge Schlitz der Kragen Schellen Werkzeuge und Komponenten für die Elektronik wird in Schritt 10 erläutert.

Schritt 3: Erstellen Sie Gears

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Das Übersetzungsverhältnis für das System beträgt 4: 1, die in großen Zahnräder führt. Das Verhältnis für die Gänge wird durch die relativen Durchmesser bzw. Zähnezahlen derart bestimmt, daß die folgende Gleichung erfüllt ist

D1 / D2 = TC1 / TC2

Wobei D = Durchmesser und TC = Zähnezahl
Die Durchmesser sind wir hier beziehen, sind die Durchmesser an der Mitte des Zapfens Kreis auf jedem Gang, wie in den Abbildungen gezeigt.

Die Zähnezahl bestimmt den Abstand zwischen den Zapfen - auch bekannt als die Tonhöhe des Getriebes. Dies wird durch den Durchmesser der Stifte und der Betrag des Spiels zwischen den Zahnrädern, die man tolerieren kann begrenzt. Ich entschied mich für eine endgültige Zähnezahl von 48 für das große Zahnrad und 12 für das kleine Zahnrad. Der Mindestabstand zwischen den Zähnen bestimmt die Zahngrenze.

Mindestabstand = 2 * Zapfendurchmesser. Dies ist die Sehnenlänge. Praktisch müssen Sie mehr als dies zu ermöglichen, da Sie nur die Fahr peg um in Kontakt mit einem Aufnahmezapfen sein. Die treibende peg muss frei zwischen Zapfen nach unten rutschen zu sein.

Bogenlänge Abstand = (PI * Getriebekreisdurchmesser / TC)> 2 * Zapfendurchmesser
Abstand = 0.641 "2 * Zapfendurchmesser = 0,5"

HINWEIS: Für dieses Kreises Ich mache die Angleichung daß die Bogenlänge ~ Sehnenlänge

Der Zapfen Kreisdurchmessers des kleinen Zahnrads 2,45 "und der PEG-Kreisdurchmesser des großen man 9.8". Die Zapfen sind 0,25 "Hartholzspannstifte 1,25" lang. Sie können die Zapfen an Lowes oder Home Depot zu finden. Sie können die Zahnräder mit einer Stichsäge / Dekupiersäge / Router und einen Bohrer zu machen, aber ich beschloss, CNC zu verwenden. Es ist viel schneller und macht die Zahnräder sehr genau. Die Zahnräder, wo mit Solidworks modelliert, dann Zeichnungen wurden erstellt und als DXF exportiert. Die DXF-Datei wurde in CamBam, die die G-Code erzeugt, importiert. Ich habe diesen Gesamtprozess in diesem instructable http://www.instructables.com/id/Tetris-Puzzle/step3/Data-manipulation/ beschrieben, so wird hier nicht wiederholen. Die Solidworks-Dateien werden in diesem Schritt angeschlossen. :-) Diese nicht von PDF-Dateien, sondern eine Arbeit um für die instructables Importeur - Die CamBam Dateien sowie angebracht - den .pdf aus dem Dateinamen

Die Zahnräder sind die kompliziertesten Teil des Build und müssen einigermaßen präzise, um konsistente Zahneingriff zu haben. Insgesamt 4 Gänge - zwei von jeder Art - benötigt. Das größere Zahnrad hat zwei verschiedene Naben Größen. Einer 0,375 "und der andere ist 0,75"
Ich stellte den CNC-Programm in Cam Bam, jede Art auf das richtige Gesamtgröße geschnitten.

Hier ist ein Video von dem größeren Zahnrad auf der CNC geschnitten.

Sobald die Zahnräder mit Ihrer bevorzugten Methode schneiden, bekommen die Zapfen einrasten gehämmert. Ich habe einen 0,75 "dicke Stück Schrott, um die Höhe des Stifts messen, um sicherzustellen, dass alle Stifte bekommen in auf die gleiche Tiefe gehämmert. Auf der zweiten Reihe von Zahnrädern ich die Lochtiefe auf 0,5 "in der Sperrholzhöhen Setzen der Stifte zu vereinfachen.

Ich machte eine schnelle Mockup mit zwei Stücken von 2x4 und einige 3/8 "Schrauben und 3/8" Stange, um den Eingriff zu testen. Die Zahnräder binden, wenn nicht richtig ausgerichtet ist und die Eingriffstiefe des kleinen Zahnrads relativ zu dem großen Zahnrad in der vertikalen Achse muss, um eine glatte Drehung müssen gesteuert werden. Insgesamt ist dieses Test hat gut geklappt und so war es an, herauszufinden, den Rest der Struktur.

Schritt 4: Basis - Lagertaschen

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Der Sockel ist aus 2x4 Bauholz gemacht. Schneiden Sie 3 Stück 20 "lang und 3 Stück 5" lang. Zwei der 5 "Stücke werden Motormontageplatten, die die Motoren und die Antriebswellen der kleinen Zahnräder unterstützt werden. Der erste Schritt ist, eine kleine Pilotbohrung 3 ½ "bis von einem Ende zu bohren. Verwenden Sie einen 1/16 "Bohrer. Das Pilotloch muss sorgfältig vorgenommen, da es die Achse der Antriebswelle des kleinen Zahnrads definieren. Soll dieser nahe an senkrecht zu der Oberfläche wie möglich sein.

Als nächstes benutzen Sie den 5/8 "Forstner oder Spade Bit fräsen eine Tasche in die eine Seite, eine Lagertasche zu schaffen. Das Lager ist ca. ½ "dick, so dass die Tasche sollte etwa die gleiche Tiefe sein. Ein wenig mehr oder weniger wird nicht weh tun. Nun wiederholen Sie den Vorgang auf der gegenüberliegenden Seite des Holzes für das andere Lager. Sie werden am Ende mit ausgerichteten Lagern eines auf jeder Seite des Holzes. Jetzt können Sie das Pilotloch zu vergrößern, so dass die Welle kann aber passieren. Die Welle in unserem Fall werden Gewindestange 0.375 werden "so ein 1/2" Loch wird eine gute Clearance. Außerdem habe ich einen Stufenbohrer-Bit, um den Rand des Loches Fase, um sicherzustellen, dass der Lagerinnenring nicht auf das Holz reiben und erzeugen zusätzliche Reibung.

Insgesamt gibt es zwei Blöcke, die vorgenommen werden müssen und jeder Block hat zwei Lager, um die Antriebswelle für das kleine Zahnrad zu führen. Um die Blöcke zu den horizontalen Trägerplatten montieren, verwenden wir Kreg Sacklöcher. Ein Sackloch auf beiden Seiten des Wellendurchgangsloch wird genug sein. Stellen Sie die Kreg Jig 1,5 "dickem Holz. nachdem Sie die Löcher, schrauben Sie die Motorstützplatten zu einem der 20 "horizontalen Stücke, so dass das Gesicht 13.5" weg von einem Ende. Sie müssen für den 10 "Getriebe sowie der 1,5" Dicke der kleinen Zahnrad sowie Muttern und Scheiben, die das kleine Zahnrad auf seiner Antriebswelle später sichern können.

Dann legen Sie die große Zahnrad mit dem 3/8 "Loch, so dass der Rand der Gang ist etwa 0,25" von der Kante des 20 "Stück (siehe Bilder) und verwenden Sie das Getriebe als Bohrerführung, eine 3/8 machen "shallow Starter Loch durch die 20" Stück. Alles, was wir in dieser Phase tun müssen, ist, wo eine Marke Lagertasche ist erforderlich.
Werden Sie machen Lagertaschen auf allen 3 horizontalen Platten. Es ist sehr wichtig, dass diese Lagertaschen Linie mit einander. Die Lager müssen konzentrisch zueinander sein. Der einfachste Weg, dies zu gewährleisten ist es, die drei Platten aufeinander zu stapeln und bohren Sie eine dünne Führungsloch durch alle Platten, bevor Sie beginnen. Es ist unwahrscheinlich, dass Sie eine 1/16 "Bohrer lang genug, um über 4,5 gehen" haben (der Bohrer ohnehin aufgrund der Bohr- Stress wandern), so dass Sie wahrscheinlich benötigen, um durch eine bohren und gerade in die nächste zu starten . Entfernen Sie dann die erste Platte und verwenden Sie die Markierung, um durch die zweite Platte starten, bis Sie durch die zweite Platte und ab in die 3. sind. Entfernen Sie dann die zweite Platte und bohren die Pilotbohrung für das dritte den ganzen Weg durch. Ich habe meine Löcher unter Verwendung von Messungen, aber das hat das Potenzial für Fehler. Bohren einer Vorbohrung werden die Dinge zu vereinfachen und sicherzustellen, Ausrichtung durch Beseitigung der Messfehler.

Übertragen Sie anschließend die Holz zu einer Bohrmaschine und eine Tasche für ein 3/8 "ID Lager mit dem 5/8" Forstnerbohrer. Sie können eine Handbohrmaschine benutzen, aber seien Sie vorsichtig, um den Bohrer so nahe senkrecht wie möglich zu halten. Dieses Lager wird als ein Schub und Rollenlager für die Höhenachse verwendet werden. In der Regel ist es nicht empfehlenswert, einen Rollenlager für Druckanwendungen zu verwenden, aber die Last ist so leicht, dass dies kein Thema für diesen Entwurf und erspart zu teureren Kombination Lager oder zusätzliche Drucklager zu verwenden.

Die nächste horizontale Platte eine größere Lagertasche auf der einen Seite müssen die Vorhangstange zu unterstützen, und die 0,375 "ID Lagertasche auf der gegenüberliegenden Seite mit der Gewindestange, die durch die Mitte der Gardinenstange verläuft unterstützen. Diese Platte wird das größere 0,75 "Lager, das eine 1,5 hat" OD tragen. Ich hatte nicht einen Bohrer groß genug für diese so programmiert die CNC, um die Tasche zu schneiden. Ein 1,5 "Spade Bit wird für diese Anwendung gut funktionieren. Die gegenüberliegende Seite der Tasche kann mit dem 5/8 "Forstner oder Schaufelbohrers geschnitten werden.

Schritt 5: Basis - Collar Klemmen

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Der Vorhangstange mit dem Zahnrad mit einem Holzklemmschelle aus der 0,75 "Sperrholz geschnitten gesichert. Die Herstellung der Klammer beginnt, indem ein 2 "Diskette aus dem Sperrholz mit einer 2" Lochsäge. Wenn Sie einen größeren Lochsägen haben, (sagen wir 3 ") zu verwenden, dass. Der kleinere Klemm neigt dazu, aufgeteilt. Sobald Sie die Festplatte ausgeschnitten haben, klemmen Sie sie auf Ihre Arbeitsfläche und mit einem 0,75 "Spaten oder Forstner Bit, um ein Durchgangsloch zu schneiden. Die Gardinenstange wird durch dieses Loch passieren und dann in den Gang eingespannt werden. Unter Verwendung einer Bügelsäge, schneiden einen Schlitz in die Klemme. Dann bohren Sie ein Loch für die Klemmschraube. Ich habe eine Kreg Schraube so wurde die Pilotbohrung mit einem 1/16 "Bit gemacht.

Nach der Pilotbohrung, habe ich die Kreg Bohrer Gegenbohrung das Loch, so dass es eine flache Oberfläche für die Schulter der Klemmschraube. Um das Holz vor Spaltung zu verhindern, wenn die Klemmschraube eingeschraubt ist, verwenden Sie ein einzelnes Kreg schrauben, um das Sperrholz ersten zusammen zu halten, bevor die Befestigung der Spannschraube. Sobald die Klemme fest, verwenden Sie 3 weitere 1 ¼ "Kreg Schrauben, um die Klemme an das Getriebe zu sichern, wie dargestellt. Das große Lager ist ein fester Sitz auf die Gardinenstange - mit einem Hammer, um es auf weit genug, so dass sie senkrecht gehalten wird.

Schritt 6: 2x4 Nema 23 Stepper Mounts

Die Azimut und Elevation sind mit Schrittmotoren angetrieben. Um die Schrittmotoren zu montieren, wurden Montageblöcke mit Reststücke aus den 2x4 Aufbau Bolzen hergestellt. Sie müssen zwei Blöcke. Die Blöcke sind mit 3,5 "Platz.
Erste Schritt ist, die Blöcke auf Maß geschnitten. Messen 3,5 "in von einem Ende und machen Sie Ihren Schnitt. Die Breite eines 2x4 ist 3.5 ", so sollten Sie am Ende mit einem 3.5" quadratischen Block. Die Mittelpunkte des Blocks durch Ziehen in den Diagonalen auf der Oberfläche. Die größte Genauigkeit bit ich hatte, war ein 35-mm-Forstner, also machte ich die großen Löcher mit dem. Dann habe ich eine kleine Lippe mit dem 1,5 "Spaten, sondern auf die endgültige Größe des Vorsprungs auf dem Schrittmotor. Sie konnten das Loch vollständig mit dem Spade Bit abgeschnitten, aber ich weiß nicht, wie sie zu kauen aus Holz. Die Löcher sind nicht sehr präzise und sauber mit einem Spaten Bit.

Dann Querbohrer kleinere Löcher in von jedem dieser Seite, um den Block in Schweizer Käse verwandeln. Ich habe die 5/8 "Forstner Bit für diese. Diese Löcher haben Zugriff auf die Motorkupplungen bei der Montage zu ermöglichen. Der Motor zum mouting Block unter Verwendung der langen 2 ½ "Kreg Schrauben geklemmt. Um die Löcher für die Befestigungsschrauben zu machen, stellen Sie den Motor in Position und verwenden Sie die Befestigungslöcher als Bohrerführung. Ich habe eine 1/16 "Bohrer für die Pilotbohrungen und erweitert sie um 1/8 dann" weiter unten an für ein wenig freie Spiel bei der Installation zu ermöglichen.

Für Antriebswellen, ein 4 1/8 "Länge von 3/8" Gewindestange verwendet. Dieses wird von dem Ende der Stange 6 Fuß geschnitten. Sie benötigen 2 davon. Die Wellenkupplungen sind aus einer früheren CNC-Maschine zu bauen. Sie wurden gebohrt, um die 3/8 "Stange auf einer Seite passen. Die andere Seite entsprach dem 6mm Motorwellendurchmesser perfekt. Die Kupplungen I verwendet werden, sind sehr schön, High-Tech-flexible Strahlkupplungen, aber wirklich nicht nötig, für ein Projekt wie dieses. Ich habe gerade verwendet, was ich hatte. Sie könnten Schlauch und Schlauchklemmen als Alternative für diese Kopplung zu verwenden.

Schritt 7: Die Basisanordnung

Nach Durchsicht der Fotos für dieses Projekt erkannte ich, dass ich genug Bilder von der Montage nicht getroffen werden. Hoffentlich wird es noch auf dem Foto Ich muss klar sein. Die Montage beginnt mit dem Zusammenschrauben des Motors vertikalen Stützen und die untere und obere horizontale 2x4 mit 2 ½ "Kreg Schrauben.
Anschließend werden die größeren Zahnräder eingebaut. Die Gewindestange verbindet, um das untere Zahnrad unter Verwendung einer Mutter und Unterlegscheibe über und unter dem Getriebe, um das Getriebe auf den Gewindeschaft zu klemmen. Das Getriebe, die auf die Gardinenstange gleitet über die Gewindestange und der großen Lager geklemmt worden ist ruht in der Tasche für sie auf der oberen horizontalen Platte gemacht.

Die kleinen Zahnräder sind mit der Gewindestange verbunden ist mit einem 3 / 8-13 nicht und Unterlegscheibe zu beiden Seiten des Zahnrads, um das Zahnrad mit der Welle zu klemmen. Ich habe Locktite, um sicherzustellen, dass es nicht lösen. Das kleine Zahnrad muss Hilfe an Ort und Stelle und dann die Welle durch sie laufen. Es ist nicht möglich, das kleine Zahnrad erhalten in Ort ist man es auf den ersten Welle montieren und dann versuchen und ot gleiten durch das Wellenlager. Eine dritte Mutter positioniert die Welle durch die Bestimmung, wie weit das Zahnrad zu halten. Diese Nuss wird auch anstelle locktited. Auf der Rückseite wird die Kupplung an der Gewindestange befestigt und hält die Lager an Ort und Stelle. Eine kleine Menge von Axialspiel ist in Ordnung - das System frei drehen - nicht die Klemmkraft auf die Lager zu hoch zu machen.

Als nächstes werden die Motoren in Ort mit 2 ½ "Kreg Schrauben verschraubt. Damit ist die Montage mit den Teilen haben wir bis zu diesem Punkt gemacht.

Schritt 8: Die obere Platte und Torpfosten

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Dieses Projekt war ein Beispiel dafür, herauszufinden Dinge aus in der Fliege. Ich hatte eine ungefähre Vorstellung davon, was ich tun wollte, aber wie immer nach links, um die Details der Bauphase. Ich neige dazu, zu denken und Probleme besser zu verstehen, als ich die Arbeit an ihnen. Nach viel cogitating, beschloss ich, eine Deckplatte für die allgemeine Unterstützung der Platte hinzuzufügen. Diese Platte hat eine einzelne Tasche für ein 0,75 "ID Lager und ist die letzte Unterstützung für die Azimutachse. Die vertikalen Träger sind 5 "lang und an Ort und Stelle mit Sackloch Schreinerei statt. Ich schnitt die Tasche mit der CNC. Die kritische Sache hier ist, um sicherzustellen, dass das Loch genau mit dem Loch in der zweiten horizontalen Platte ausgerichtet, so dass die Gardinenstange wird frei bewegen. Wenn es eine Fehlausrichtung wird die Bewegung zu starten verbindlich.

Die Torpfosten bestehen aus einem 36 "langen horizontalen Mitgliedes und 2 x 12" langen vertikalen Stützen. In der Mitte des horizontalen Element bekommt einen ¾ "Loch. Die beiden vertikalen Stützen erhalten ¾ "Löcher in der Nähe gibt es endet. TO stellen Sie sicher, aus einem reibungsarmen Bewegung wurde eine Anlaufscheibe zwischen den Torpfosten und der oberen Trägerplatte platziert.

Die Torpfosten sind mit Sackloch Tischlerei zusammengebaut. Denken Sie daran, die Kreg jig für 1 ½ set "Holzdicke und benutzen 2 ½" Taschen Schrauben.

Schritt 9: Elevation-Achse

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Die Gewindestange wird ein Teil des Plattengewichts in Abhängigkeit von dem Höhenwinkel tragen. Um die freiliegende Gewindestange zu unterstützen, wurde eine Struktur von 0,75 x 1,5 "Pappel erstellt. Stücke wurden auf Länge mit der Gehrungssäge geschnitten und mit Taschen Schrauben zusammengebaut. Ein Lagertasche wurde mit der 5/8 "forstener Bit sowohl für die oberen und unteren Stücke glatte Drehung zu gewährleisten gebohrt.

Ursprünglich hatte ich nur auf einem einzelnen Träger an der Oberseite vorgesehen, aber das Gewicht der Platte abgelenkt wird, die Gewindestange genug, um Kontakt mit der Vorhangstange verursachen. Eine zweite Lagerblock wurde für untere Träger gemacht. Beachten Sie, dass die Sacklöcher unterschiedlich für die 2 Lagerböcke sind. Der obere Block besitzt die Sacklöcher auf der Lagertaschenseite und der untere Block besitzt die Sacklöcher auf der gegenüberliegenden Seite zu der Lagertasche. Anderenfalls wird das Bit für den Antrieb der Tasche Schrauben werden nicht in der Lage, in den Raum zwischen den Pfosten zu passen, so dass Sie nicht in der Lage, um die Schrauben mit dem Standard-Tasche Schraubendreher Bit befestigen zu können.

Die Höhenbewegung wird durch eine Mutter Reiten nach oben und unten die freiliegende Gewindestange verursacht wird. Eine benutzerdefinierte Acetyl Mutter wurde dafür gemacht. Ich habe Acetyl, wie es ist ein gemeinsames Kunststoff für diese Art von Anwendung. Der Verschleiß auf der Gewindestange ist geringer als wenn eine Mutter aus Stahl verwendet wurde. Acetyl ist leicht zu bearbeiten und mit Handwerkzeugen geschnitten und ich hatte ein paar mehr, nachdem Sie Nüsse für meine CNC-Maschine verlassen.

Die Kappsäge wurde verwendet, um eine 1 "breit und 2" langes Stück Acetyl geschnitten. Dann wurde ein 3 / 8-13 Loch in die Acetyl tippte wie in den Abbildungen gezeigt. Ein ¼ "Loch wurde am Ende der Mutter zur Befestigung an der Hebestange hergestellt.
Eine Ringschraube wurde in die Platte eingeschraubt. Anbringen des Acetyl Mutter mit dem Ringschraube schloss die Höhenachse. Ich schnitt etwa 45-Grad-Fasen an den Enden - keine wirkliche funktionelle Notwendigkeit.

Schritt 10: Panelmontage mit Rahmen

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Die Anbaurahmen wurde von ¾ "dicke Pappel, die ich über aus einem Schrank Projekt verlassen hat. Die vertikalen Stücke sind 1,5 "breit und der horizontale Querstück ist 3,5" breit.

Die Stücke werden zusammen mit Sackloch Schreinerei statt. Achten Sie auf die Kreg jig bis ¾ "und verwenden Sie 1 ¼" Feingewinde Kreg Schrauben eingestellt. Ich fügte hinzu, wasserdicht Holzleim auf die Gelenke für zusätzliche Stabilität. Der horizontale Tragrohr für die ganze Platte ist ein Verschnitt der Gardinenstange. Der Pol sein muss ungefähr 40 "lang, um es durch die Montageholme zu machen. Die Stange ist an dem Rahmen unter Verwendung ¾ "elektrische Leitungsklemmen gehalten.

Das Panel ist mit dem Holzrahmen mit ¼-20 Edelstahl-Hardware angeschlossen. Die Platte wird dann von anstelle hält es und schieben Sie die Gardinenstange durch die eine vertikale Stütze, durch die Leitungsklemmen und aus der anderen Seite installiert. Die Gewindestange muss auch vor diesem getrimmt mit einem Dremel / Metallsäge / Winkelschleifer werden. Sie können die Höhe durch Verschieben der Stange durch den Ständern, ohne die Platte zu messen und schneiden Sie den Stab über ½ "kürzer. Keine Notwendigkeit zu zerlegen - Sie können es an Ort und Stelle zu schneiden.

Schritt 11: Elektronik und Motor Wiring

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Die Steuerung für das System wird durch einen Elektro Imp angetrieben. Dies ist ein wunderbares Gerät, das verbindet Projekte macht in die Cloud einfach (auch im Nachhinein einfach - wie alles andere gibt es ein bisschen wie ein Lernprozess). Sie können alle Informationen, die Sie brauchen, um über die Imp wissen zumin www.electricimp.com finden
Der Imp ist mit einer Reihe von Breakout-Boards und Module verdrahtet. Es gibt 2 Schrittmodulen und elektronischen Kompass aus Pololu, einem IO-Expander und Elektro Imp Trägerplatine von Sparkfun. Ich habe eine standard Vero Bord von Radioshack, um die Schaltung zu machen.
A4988 Stepper Controller http://www.pololu.com/catalog/product/1182 A4988 stepper motor driver carrier with voltage regulators http://www.pololu.com/catalog/product/1183 LSM303DLM Breakout board https://www.sparkfun.com/products/10888 Electric Imp https://www.sparkfun.com/products/11395 Electric Imp carrier board https://www.sparkfun.com/products/11400 SX1509 16 Channel I/O Expander https://www.sparkfun.com/products/11502 2 x Nema 23 stepper ( I used PK268 but anything with enough torque will work. I don't know how much torque is needed. These motors are most likely overkill but fits with the overall theme!) You will need some hookup wire, a soldering Iron and solder for this. Alternately, you can lay out a PCB or use a breadboard.

The stepper motors are supplied with 12V from the battery. The electric imp carrier board has a built in voltage regulator that will take 12V directly which is convenient since the same battery can power the motors and the circuitry without additional components. Additionally, the one stepper driver has a built in regulator that will take 12V in and provide a regulated 5V and 3.3V out. I used this feature to make sure that the current drive capability of the Imp carrier board regulator was not exceeded.
To make the controller board, wire up as shown in the schematic. There is nothing tricky here. Due to the length of this instructable, I'm not going to cover stepper motor or general electronics theory. There are many sources on the web that will help get you started.

Step 12: The firmware and principles of operation

The firmware for the Imp is written in an interpreted language called squirrel. The language is JavaScript “like” so if you know C or Javascript, the syntax is easy to pick up. It is an Object Oriented language so use was made of this capability to implement classes for encapsulation. The “IDE” is completely browser based which is great because you don't have to install a whole bunch of IDE components and can access your source code from any browser. However, the editor is very basic and debugging is old school – using print statements to verify your code instead of hitting breakpoints for example. For those of us who grew up with DOS based editors and rudimentary compilers, this will be familiar ground. But, the overall system works well and I like being able to access the live code from anywhere.

One of the difficulties I had to overcome was driving a consistent pulse train for the stepper motors through the IOExpander using the Imp. Running a tight loop resulted in a very stable and smooth pulse train but if the number of steps the motor needs to move through is large taking more than a handful of seconds, the imp is not able to process the internet stack during this time and will at some point crash – they do warn about this on their web site so this is not a jab at Electric Imp – just a fact that you need to be aware of if you try to change things to get a smoother pulse train for the stepper motors. I had to use the Imp sleep functions which are not time accurate but still allow the generation of a pulse train that will move the motor the correct number of steps – just with a lot of jitter in the timing which does make the motors noisier. This is a small limitation of the Imp.
The system operates by calculating the azimuth and zenith angle of the sun based on the time of day. The algorithm for this was ported from a C++ implementation that is available here: http://www.psa.es/sdg/sunpos.htm
The algorithm is a simplification of available sun tracking algorithms, but even so appears to be pretty complex for the layman such as myself. I was able to test my ported algorithm output against other web calculators with good results so my confidence in the use of this algorithm are high. Insert more URLs
Once the sun position calculation is complete, the system checks to see what the current elevation and azimuth of the solar panel is, calculates the offset between the required sun angles and the panel position, and uses these offsets as inputs to the motor objects to drive this error to zero. This piece of measurement magic is accomplished using an LSM303 breakout board. This device consists of a 3-axis accelerometer and magnetometer in the same package. The implementation is a tilt compensated compass. This allows the use of a single chip to provide heading and tilt information of the panel. Since the PCB is attached to the panel to measure inclination of the panel, the magnetic heading needs to be compensated for tilt. The algorithm is an implementation of an ST Application note that you can find here: http://www.st.com/web/en/resource/technical/document/application_note/CD00269797.pdf

The algorithm works well for tilt angle 45 and lower so the circuit board was mounted at a roughly 45 degree angle to the panel so that when the panel is at the elevation extremes of 90 and 0, the tilt measured by the accelerometer is in the +/- 45 degree range.
If we consider that the power available from the solar panel will vary as a function of the cosine of the angle of incidence of the sun's rays, we can tolerate a reasonable offset between the ideal azimuth and ideal zenith of the panel and the actual angles of the panel. For example at 5 degrees off azimuth from ideal, the available power is 99.6% of maximum. Given that the tilt compensated compass is only accurate to about 2 degrees, this is important to show that it should be easily possible to have high efficiency gains even with inaccurate sensing.

This also means that we can also significantly reduce the power needed for the tracking circuit by keeping the microprocessor and motor drive circuits in sleep mode for long periods of time. Given that the sun angle changes in azimuth at a rate of 15 degrees per hour, we can maintain a 5 degree worst case error at the end of our error adjustment time period (2 degrees due to magnetic compass inherent inaccuracy assuming additive, plus 3 degrees due to sun movement) by waking up every 12 minutes and adjusting the error offsets to zero.

The code is attached for your use.

Step 13: Configuring the Electric Imp for HTTP Communication

In order for you to connect to the Imp through HTTP, you need to configure an HTTP IN node. From the Add Node button on the Planner, click Add to add an HTTP In node. This is the node that will receive messages from the smartphone. The smartphone in this application connects to a webserver. That webserver then sends messages via HTTP Post to the URL specified in the planner. Each node will have a specific URL.

The Imp also logs the solar data to a SQL Server database. The Smartphone periodically queries the database to receive updates on status. This query is also done via a aspx page on the Web Server because the database is only accesible to pages served by the server for security purposes. To add a node for HTTP Request, click the Add button next to HTTP Request. Add the URL that will receive the data from your Imp firmware through it's output port.

The Firmware connects to these HTTP In and HTTP Request nodes through input and output ports defined in the firmware. For the Solar Tracker, we use

imp.configure("CompassAccelSolar", [HtmlCommands], [compassPort,headingPort,rollPort,pitchPort,sunAzimuthPort,sunZenithPort]);

HtmlCommands - This is the Input port that receives commands via HTTP
compassPort - this is the output port used to log data to sql server.

The remainder of the output ports are for logging to COSM/Xitely which I haven't hooked up yet... maybe next design iteration.

Reading the code presented in the previous step will help with understanding. This topic on it's own is worthy of a Instructable! Electric Imp is also about to change the way that HTTP communication with your target device is done in future with the use of Agents, so this interface as described here will then become legacy. Just FYI.

Step 14: Web App and Smartphone Interface

The ability to control and monitor the status of the solar panel was a key design goal. To be clear, you do not need this functionality for the tracker to work . It is additional functionality that allows you to monitor the status of the tracker remotely.

To use the code, you will need a Web Server set up running IIS Version 7 or later. You can run the WebServer on your own PC or use an external hosting service like http://1and1.com (I use 1and1). If you use your own web server hosted at home, you will need to register with a Dynamic DNS service so that your PC is locatable from the Imp server.
The interface to the panel is created by Index.html. This web page uses JQuery Mobile http://jquerymobile.com/ to create the look and feel of a native iPhone app. The only limitation with JQuery Mobile is that you can't access smartphone specific hardware such as the accelerometer and GPS. There are 3rd party platforms that will allow you to bridge this gap such as Phonegap http://phonegap.com/
The nice thing about Phonegap is that you can have your code compiled for iOS and Android platforms. If you avoid dependencies on phone hardware such as I have done for this app, you don't need thse 3rd party platforms and your code will run on ANY Smartphone, Tablet or PC with a suitably up to date browser. Brower must support HTML5.
The Solar Tracker application doesn't need phone hardware, so JQuery Mobile is the only dependency.

Wie funktioniert es
The Index.html file has two main internal “pages” Status monitoring page – periodically queries the current hardware values from the SQL database so that you can see the system status. Motion control page – allows you to drive the panel motors to a specific elevation and azimuth. You could for example send the panel to a storm-safe position. Settings page - this was not implemented but in future will contain specific parameters that can be stored in the Imp like Lat and Lon. The status monitoring page periodically (once every 2 seconds for development – will be slowed down later) queries the Web Server for data which is displayed in a grid-like fashion. This data is provided from the SQL Server (also hosted by 1and1.com). The interface is through web page TrackerStatus.aspx which queries the data from the SQL Server database and returns the response to the AJAX query made by Index.html running on the Smartphone. Index.html then updates the display of with the latest values.

To control the motion of the panel manually, the Motion control page makes an AJAX call to the Services.Aspx page. This page interprets the call and passes a JSON object to the Electric Imp “HTTP In” node hosted by the Electric Imp Server. The “HTTP In” node connects to the firmware through an Input Port called HTMLCommands. The Squirrel code supporting this port extracts the target angle information and uses Tracker objects in the firmware to drive the motors to the required manual position.

The firmware is able to update the SQL Server database by sending data to the HTTP Request Node. This node is configured to pass the data to DatabaseUpdater.aspx which writes the information into the database. All the status information is written to SQL using DatabaseUpdater.aspx .

You can copy the supplied files to your web site target directory. Zusammenfassen:
Index.html – file loaded by the smartphone browser. Provides the UI for the tracking system and the UI for manual control of the tracking angles if needed Services.apsx – ASP.Net file that receives manual tracking angles from Index.html. Provides these angles to the Imp HTTP In node, which routes them to the firmware via HTTP. This file may seem redundant but it avoids problems with Cross Origin Resource Sharing. Browsers are in general not happy making AJAX calls to a domain other than the domain that served up the page they are currently using. For example, MyWebServ.com served up the index.html file. Index.html is using AJAX to make a request to electricimp.com…. browser freaks out. Call sometimes gets made but an error is returned. Making all the calls into the same web server avoids this. I'm sure there are other ways but I don't know them! TrackerStatus.aspx – ASP.Net file that interrogates the database on request for the latest status data from the Imp. Data is requested by index.html AJAX call. TrackerStatus.aspx queries the database, packages the result as a JSON string and returns the response to index.html DatabaseUpdater.aspx – Peridodically the firmware writes to it's output port (CompassPort). The Imp planner is configured with an HTTP Request node that connects to CompassPort. When a data packet is received, the HTTP Request node will make a request to the target page with which it was configured. This page is DatabaseUpdater.aspx which writes the current status values into the database via a SQL UPDATE query. You will need to configure your database connection string as well as your electric imp URL specifics. The attached file WebFiles.PDF contains all the source code for the web services. Rename the file to .pdf file to .zip and unzip.

Schritt 15: Fazit

There are more tweaks and ideas that flooded in during the development of the system that I need to work on. Initially the base was built as a test platform for the electronics. A more robust base for harsh environment outdoor use is currently occupying some of my free thinking time. Laying out a PCB, waterproofing an enclosure and incorporating the solar charge controller into a single unit are also in the future plans.
Here's a video of the controller in action with manual control from an iPhone.

[youtube]35TH7j0ppCQ[/youtube]

And a repeat of the gear being cut just in case you skipped to the end without seeing the gear making step

[youtube]Bisc0YXSj9Q[/youtube]
This was a blast to build and stretched my brain. I hope this Instructable motivates you to build one of your own!