ESO
4t
Descripció de l’activitat
Per obtenir el màxim rendiment, els panells solars han d’estar orientats perpendicularment a la recta que apunta a la posició del Sol. Des de la Terra, la posició del Sol es determina mitjançant els angles d’azimut i d’elevació. Aquests angles depenen del dia de l’any, de les coordenades geogràfiques del panell (latitud i longitud) i de l’hora solar. En l’activitat s’utilitza l’extensió Wappsto:bit per obtenir l’hora solar i per connectar-hi dos microservos que, conjuntament, faran que un accessori apunti cap al Sol. S’obté un prototip en el qual es podria acoblar un panell solar, perpendicularment a la direcció on apunti l’accessori.
Material necessari
- Placa programable micro:bit
- Placa d’extensió Wappsto:bit
- 2 microservos 9G amb accessoris
- Cinta adhesiva de doble cara
Orientacions pedagògiques
Es formen grups d’alumnes en funció del nombre de plaques micro:bit, extensions Wappsto:bit i microservos 9G disponibles.
El docent facilita als grups la clau wifi.
Cada alumne programa amb MakeCode el prototip segons les instruccions de l’apartat “Pas a pas”.
Per facilitar la programació (les fórmules en format de blocs són llargues) el docent pot distribuir tot o part del codi en JavaScript o Python.
Quan un alumne acaba el programa, comprova que el prototip funciona correctament amb el material del seu grup.
Elements de programació
Eix | Àrea | Matèria
SEC – Física i Química | | SEC- Tecnologia | | SEC- Matemàtiques
Competències específiques
FIQ-CE04 – Utilitzar de forma crítica i eficient plataformes tecnològiques i recursos variats, tant per al treball individual com en equip, per a la cerca d’informació, la creació de materials i la comunicació fonamentada en coneixements de la física i la química, entorn de fenòmens i qüestions ecosocialment rellevants. | | TEC- CE04 – Desenvolupar solucions sostenibles a problemes plantejats que incorporin l’automatització i les tecnologies emergents, per dissenyar i construir sistemes de control programables i robòtics | | MAT- CE04 Utilitzar el pensament computacional, organitzant dades, descomponent en parts, reconeixement patrons, interpretant, modificant, generalitzant i creant algoritmes per modelitzar situacions i resoldre problemes de forma eficient.
Sabers
Ús de diversos entorns i recursos d’aprenentatge científic, com ara el laboratori o els entorns virtuals, utilitzant de forma correcta els materials, els productes i les eines tecnològiques i atenent les normes d’ús de cada espai per assegurar la conservació de la salut pròpia i comunitària, la seguretat en xarxes i el respecte al medi ambient.
1. Creeu un projecte nou a MakeCode:
2. Afegiu l’extensió Wappsto:bit al projecte:
3. En iniciar, connecteu la Wappsto:bit a Internet, definiu el valor de PI i assigneu els valors de latitud i longitud, en graus, de la vostra localitat. Les funcions trigonomètriques de la micro:bit treballen en radians en comptes de graus, el factor de conversió per passar de graus a radians és PI/180. Per tant, a totes les variables d’angle, per simplificar les fórmules, assigneu valors en radians:
4. Hi haurà dos bucles “per sempre”, un per orientar el prototip en direcció al nord i un per orientar els microservos apuntant al Sol. En el “per sempre” d’orientació del prototip la pantalla de la micro:bit mostrarà l’angle d’orientació i quan estigui ben orientada al nord una “N”. És convenient treballar amb intervals d’angle per tal que els valors mostrats no canviïn contínuament (considereu que la brúixola està orientada al nord si els valors es mantenen entre 350º i 10º, una tolerància de 10º per sobre i per sota de 0º):
5. En el “per sempre” d’orientació dels microservos s’utilitza el bloc per obtenir la marca de temps en format UNIX (nombre de segons transcorreguts des de l’1 de gener de 1970 fins al moment actual). La marca de temps s’utilitzarà més endavant per calcular el dia, hora, minut i segon actuals.
6. Cada 20 segons o més, el prototip obtindrà l’hora i orientarà els servomotors, cal fer els càlculs per obtenir els valors del dia de l’any i l’hora solar. Definiu una funció que retorni si un cert any és de traspàs i una que retorni el nombre de dies de l’any. Tingueu present que hi ha un any de traspàs cada 4 anys (llevat dels que acaben en “00”) i cada 400 anys (un any de traspàs té 366 dies en comptes de 365).
7. Els valors que determinen la posició del Sol no depenen de l’any actual, només del dia, hora, minut i segon de l’any actual. Per calcular els dies que han passat des de l’1 de gener de l’any actual heu d’utilitzar les funcions definides al pas anterior, i tenir present que en cada dia hi ha 86.400 segons:
8. Amb les funcions anteriors i el valor de les coordenades geogràfiques es calculen altres paràmetres necessaris per determinar la posició del Sol:
– Declinació solar: declinació = 23,45 * PI/180 * sin (360/365 * (284 + dia) * PI/180)
– Hora solar local: LST = hora + longitud/15 * 180/PI
– Angle horari: H = (LST-12)/15 * PI/180
– Elevació: elevació = arcsin(sin(latitud) * sin(declinacio) + cos(latitud) * cos(declinacio) * cos(H))
– Azimut: azimut = arccos((sin(declinacio) – sin(elevacio) * sin(latitud)) / (cos(elevacio) * cos(latitud)))
9. Assigneu l’orientació dels microservos en funció dels valors obtinguts en el pas anterior. Si algun valor és negatiu, cal sumar-li 360º per convertir-lo en positiu. De la mateixa forma, si el valor supera els 360º, cal restar-li 360º. Un cop fetes aquestes adaptacions, cal tenir en compte que cada microservo es pot orientar entre 0 i 180 graus. Si se superen per sobre o per sota aquests valors convé utilitzar els valors extrems (i ser conscients de la limitació imposada per la utilització dels microservos). Afegiu al final un temps entre mesures de 20 segons (mínim recomanat per Wappsto), un cop comprovat que el prototip funciona correctament es pot canviar a, per exemple, 30 minuts:
10. Transferiu el programa a la micro:bit.
11. Calibreu la brúixola de la micro:bit:.
12. Encaixeu la micro:bit en la placa Wappsto:bit:
13. Connecteu els microservos 9G a la placa Wappsto:bit:
14. Munteu, amb l’ajut de cinta adhesiva de doble cara i els accessoris necessaris un microservo sobre l’altre i l’altre sobre la placa Wappsto:bit:
15. Feu un petit programa auxiliar per posicionar els microservos a 0. Amb aquest valor, l’accessori del microservo de l’azimut ha d’apuntar a l’est i el d’elevació ha d’estar horitzontal.
16. Alimenteu la placa Wappsto:bit amb el cable microUSB. Si es pot connectar a Internet el led pilot s’encendrà en color verd:
17. Orienteu el prototip cap al nord, comprovant que la pantalla de leds mostri la lletra “N”.
18. Comproveu que l’accessori d’un dels microservos apunta cap al Sol. Tingueu en compte que els microservos 9G són de 180 graus i que el recorregut angular del Sol és superior. Per aquest motiu, el prototip no funcionarà bé en hores extremes, però sí en les hores centrals del dia (quan incidiria més llum en les plaques solars).