Servo Sonnennachführung

Servo Sonnenfolger mit Mikrocontrollern gibt es im Internet wie Sand a Meer. Diese Servo Sonnennachführung hingegen ist diskret aufgebaut.

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Servo Signal Generator

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Anwendung

Erstaunt musste ich feststellen, dass es im Internet kaum Bauanleitungen für Servo Sonnennachführungen gibt, die ohne Mikrocontroller auskommen. Dabei ist dazu gar kein grosser Bauteilaufwand nötig. Die Schaltung kann zu Beispiel dazu verwendet werden, eine Solarzelle nach der Sonne auszurichten. Bei der Stromrechnung ist jedoch zu beachten, dass ein Modellbauservo gut und gerne 20mA Strom ziehen kann. Die zwei lichtempfindlichen Widerstände LDR 1 und LDR 2 werden auf der Solarzelle montiert. So, dass bei senkrechter Sonneneinstrahlung gleich viel Licht auf beide fällt. Zieht die Sonne weiter, verschiebt sich der Lichteinfall. Daraufhin dreht sich der Servo der Sonnennachführung, bis die Sonnenbestrahlung auf beide LDR’s wieder gleich gross ist.

led minion

Und so
funktionierts:

Die beiden lichtempfindlichen Widerstände LDR1 und LDR2 sind die „Augen“ der Servo Sonnennachführung. Sie bilden einen Spannungsteiler. Fällt auf beide gleich viel Licht, liegt in seiner Mitte die halbe Betriebsspannung. Ebenfalls die halbe Betriebsspannung liegt am Pin 3 von IC1 und durch die Gegenkopplung über den Kondensator auch an Pin 2. Da an beiden Anschlüssen von R1 die selbe Spannung liegt, fliesst kein Strom durch ihn hindurch. Verschiebt sich die Sonne, ändert sich die Spannung bei den LDR’s und es fliesst ein Strom durch R1, der den Kondensator C1 lädt. Somit ändert sich die Ausgangsspannung von IC1. Diese Spannung steuert den PWM-Generator, der aus den IC’s 2 und 3 besteht. Seine Funktion ist auf der Seite Servotesterschaltung beschrieben. Das PWM-Signal des Servos ändert sich und er ändert seinen Winkel. Fällt wieder gleich viel Licht auf beide LDR’s, fliesst kein Strom mehr durch R1 und die Spanungsänderung am Ausgang von IC1 hört wieder auf. Der Servo bleibt stehen.

IC1 funktioniert dank dem Kondensator in der Gegenkopplung als Integrator. Bei Servo Sonnennachführungen mit Mikrocontrollern ist an seiner Stelle eine Variable vorhanden, die je nach Sonneneinstrahlwinkel inkrementiert oder dekrementiert wird. Der Integrator ist notwendig, weil im Verlauf eines Sonnenzyklus die Spannung an den LDR’s immer fast gleich gross ist, das Servosignal für die Nachführung aber seinen ganzen PWM-Bereich durchlaufen muss. All die kleinen Signalausschläge während an den LDR’s werden im Integrator während des ganzen Zyklus der Nachführung im Kondensator zusammengezählt (der Fachmann sagt „aufintegriert“). Die Summe dieser gesammelten Abweichungen ergibt die Steuerspannung für den Servo.

R4 und D1 bilden eine Spannungsbegrenzung, damit der Servo nicht in den mechanischen Anschlag gerät. Die Servoe Sonnennachführung erzeugt Servoimpulse von 0.8ms bis 2.1ms.