• Autor: Pleșa Marian-Cosmin
• Grupa: 331CA
• GitHub: cmplesa/Proiect-PM

Smart Solar Tracker & IoT Monitor este un sistem avansat de eficientizare a captării energiei regenerabile, bazat pe microcontrolerul ESP32. Sistemul este conceput pentru a orienta automat un panou fotovoltaic pe două axe, menținându-l perpendicular pe sursa maximă de intensitate luminoasă, monitorizând în același timp parametrii electrici produși.

Scopul proiectului este de a demonstra avantajele sistemelor de urmărire solară activă față de panourile fixe, integrând conceptul de IoT (Internet of Things) pentru supravegherea datelor de la distanță. Sistemul nu doar că optimizează poziția panoului, dar raportează randamentul energetic către o interfață web accesibilă prin WiFi.

Ideea de pornire a venit din necesitatea de a maximiza conversia fotovoltaică în condiții de lumină variabilă. Panourile solare fixe își pierd randamentul pe măsură ce unghiul soarelui se schimbă. Soluția propusă folosește senzori de lumină pentru a menține panoul în poziție optimă, asigurând o producție constantă de energie.

Ipoteză:

Consider că implementarea unui sistem de urmărire dual-axis, susținut de procesarea dual-core a ESP32, va crește semnificativ randamentul energetic comparativ cu o instalare fixă. Mai mult, utilizarea unui server web integrat va facilita analiza performanței celulelor fotovoltaice în timp real prin telemetrie directă. De ce este util? Sistemul rezolvă această problemă folosind autentificare RFID (prin apropierea unui breloc/card) pentru descuierea unui mecanism acționat de un servomotor. Sistemul este dotat cu feedback vizual (semafor LED), feedback acustic (buzzer) și, cel mai important, un sistem de alarmă activat de un senzor de vibrații în cazul tentativelor de furt.

Arhitectura proiectului se face în jurul microcontrolerului ESP32 (pe placă DevKitC). Sistemul este gândit sub forma unui automat de stări (Searching, Active Tracking, Power Saving, Manual Mode).

• Senzorii LDR (4 Fotoresistențe): Grupați în perechi pentru axa X și axa Y, aceștia sunt conectați la pinii ADC1 (GPIO 32, 33, 34, 35). Diferențele de tensiune între acești senzori sunt procesate pentru a determina direcția optimă de mișcare pe ambele planuri.
• Cele 2 Servomotoare (SG90): Reprezintă actuatoarele pentru mișcarea de azimut și elevare. Sunt controlate prin semnale PWM independente, permițând o mișcare fluidă și precisă a structurii de susținere a panourilor.
• Sistemul de Măsurare Energie: Folosește pini ADC dedicați pentru eșantionarea datelor electrice:
  • Tensiunea ($V$): Citită printr-un divizor de tensiune rezistiv pe pinul 36 (VP) pentru scalarea la 3.3V.
  • Intensitatea ($I$): Măsurată via rezistență de șunt pe pinul 39 (VN) folosind tehnica Low-side sensing.
  • Puterea ($P$): Calculată instantaneu în cod prin formula $P = U \cdot I$.
• Indicatorii LED (Sarcina): Înlocuiesc consumatorii mecanici mari, intensitatea lor fiind modulată prin PWM via tranzistorul TIP31 în funcție de puterea generată de panouri.
• Butonul de Mod (Tactil): Este conectat la un pin setat să genereze o întrerupere externă. Permite utilizatorului să comute între stările sistemului (Auto/Manual) sau să reseteze poziția mecanică.
• Serverul Web IoT: ESP32 găzduiește un server web accesibil prin WiFi. Acesta preia telemetria din sistem și o afișează dinamic pe o pagină HTML, oferind monitorizarea curentului, tensiunii și puterii în timp real.

Schema Bloc:

Unitatea de procesare și alimentare

Sistemul este construit în jurul plăcii ESP32-WROOM, aleasă pentru numărul mare de pini ADC (necesari celor 4 senzori LDR plus măsurătorile de tensiune și curent), ieșirile PWM hardware pentru servomotoare și capabilitățile WiFi integrate pentru serverul web IoT.

Modulul de alimentare MB102 alimenteaza ESP32 si servomotoarele.

Subsistemul de detecție a luminii

Fiecare LDR formează un divizor de tensiune cu o rezistență fixă de 10 kΩ, ieșirea fiind conectată la pinii ADC1 ai ESP32 (GPIO 32, 33, 34, 35). Software-ul compară perechile stânga/dreapta și sus/jos pentru a determina direcția de corecție pe cele două axe.

Acționarea mecanică

Mișcarea panoului este asigurată de două servomotoare Tower Pro SG90, unul pentru azimut și celălalt pentru elevare, controlate prin semnale PWM independente generate de ESP32. Servomotoarele sunt alimentate direct din șina de 5V a modulului MB102.