ARDUINO PWM SOLAR CHARGE CONTROLLER (V 2.02): 25 Hakbang (na may Mga Larawan)

2024 May -akda: John Day | [email protected]. Huling binago: 2024-01-30 13:11

Kung nagpaplano kang mag-install ng isang off-grid solar system na may isang bangko ng baterya, kakailanganin mo ng isang Solar Charge Controller. Ito ay isang aparato na inilalagay sa pagitan ng Solar Panel at ng Bangko ng Baterya upang makontrol ang dami ng enerhiya na elektrisidad na ginawa ng mga Solar panel na papasok sa mga baterya. Ang pangunahing pagpapaandar ay upang matiyak na ang baterya ay maayos na nasingil at protektado mula sa labis na pagsingil. Tulad ng pagtaas ng boltahe ng pag-input mula sa solar panel, kinokontrol ng tagakontrol ng pagsingil ang singil sa mga baterya na pumipigil sa anumang labis na pagkarga at idiskonekta ang pagkarga kapag natanggal ang baterya.

Maaari kang dumaan sa aking mga proyekto sa Solar sa aking website: www.opengreenenergy.com at YouTube Channel: Buksan ang Green Energy

Mga uri ng mga solar charge control

Mayroong kasalukuyang dalawang uri ng mga tagakontrol ng pagsingil na karaniwang ginagamit sa mga sistema ng kuryente ng PV:

1. Controller ng Pulse Width Modulation (PWM)

2. Controller ng Maximum Power Point Tracking (MPPT)

Sa Instructable na ito, ipapaliwanag ko sa iyo ang tungkol sa PWM Solar Charge Controller. Nag-post ako ng ilang mga artikulo sa mga tagakontrol ng pagsingil ng PWM nang mas maaga din. Ang naunang bersyon ng aking mga solar charge Controller ay popular sa internet at kapaki-pakinabang para sa mga tao sa buong mundo.

Sa pamamagitan ng pagsasaalang-alang sa mga komento at katanungan mula sa aking naunang mga bersyon, binago ko ang aking mayroon nang V2.0 PWM Charge Controller upang gawin ang bagong bersyon 2.02.

Ang mga sumusunod ay ang mga pagbabago sa V2.02 w.r.t V2.0:

1. Ang mababang mahusay na linear voltage regulator ay pinalitan ng buck converter MP2307 para sa 5V power supply.

2. Isang karagdagang kasalukuyang sensor upang subaybayan ang kasalukuyang nagmumula sa solar panel.

3. Ang MOSFET-IRF9540 ay pinalitan ng IRF4905 para sa mas mahusay na pagganap.

4. Onboard LM35 temp-sensor ay pinalitan ng isang DS18B20 probe para sa tumpak na pagsubaybay sa temperatura ng baterya.

5. USB port para sa pagsingil ng mga smart device.

6. Paggamit ng solong piyus sa halip na dalawa

7. Isang karagdagang LED upang ipahiwatig ang Katayuan ng Solar Power.

8. Pagpapatupad ng 3 yugto ng pagsingil ng algorithm.

9. Pagpapatupad ng PID controller sa pagsingil ng algorithm

10. Gumawa ng isang pasadyang PCB para sa proyekto

Pagtutukoy

1. Charge controller pati na rin ang metro ng enerhiya

2. Pagpili ng Awtomatikong Boltahe ng Baterya (6V / 12V)

3. Ang algorithm ng pagsingil ng PWM na may setpoint ng awtomatikong pagsingil ayon sa boltahe ng baterya

4. LED na pahiwatig para sa estado ng pagsingil at katayuan ng pagkarga

5. 20x4 character LCD display para sa pagpapakita ng mga voltages, kasalukuyang, lakas, enerhiya, at temperatura.

6. Proteksyon sa kidlat

7. Balikan ang kasalukuyang proteksyon sa daloy

8. Proteksyon ng Short Circuit at Overload

9. Pagbabayad sa Temperatura para sa Pagsingil

10. USB port para sa Mga Charging Gadget

Mga gamit

Maaari kang mag-order ng PCB V2.02 mula sa PCBWay

1. Arduino Nano (Amazon / Banggood)

2. P-MOSFET - IRF4905 (Amazon / Banggood)

3. Power diode -MBR2045 (Amazon / Aliexpress)

4. Buck Converter-MP2307 (Amazon / Banggood)

5. Sensor ng Temperatura - DS18B20 (Amazon / Banggood)

6. Kasalukuyang Sensor - ACS712 (Amazon / Banggood)

7. TVS diode- P6KE36CA (Amazon / Aliexpress)

8. Mga Transistor - 2N3904 (Amazon / Banggood)

9. Mga Resistor (100k x 2, 20k x 2, 10k x 2, 1k x 2, 330ohm x 7) (Amazon / Banggood)

10. Mga Ceramic Capacitor (0.1uF x 2) (Amazon / Banggood)

11. 20x4 I2C LCD (Amazon / Banggood)

12. LED RGB (Amazon / Banggood)

13. Bi-Color LED (Amazon)

15. Jumper Wires / Wires (Amazon / Banggood)

16. Mga Punong Pamuno (Amazon / Banggood)

17. Mga heat sink (Amazon / Aliexpress)

18. Fuse Holder at piyus (Amazon)

19. Button ng Push (Amazon / Banggood)

22. Mga screw terminal 1x6 pin (Aliexpress)

23. Mga Standoff ng PCB (Banggood)

24. USB Socket (Amazon / Banggood)

Mga tool:

1. Solding Iron (Amazon)

2. Desoldering Pump (Amazon)

2. Wire Cutter at Stripper (Amazon)

3. Scrrew Driver (Amazon)

Hakbang 1: Prinsipyo sa Paggawa ng isang PWM Charge Controller

Ang PWM ay nangangahulugang Pulse Width Modulation, na nangangahulugang para sa pamamaraang ginagamit nito upang makontrol ang singil. Ang pagpapaandar nito ay upang hilahin ang boltahe ng solar panel hanggang sa malapit sa baterya upang matiyak na maayos na nasingil ang baterya. Sa madaling salita, ikinandado nila ang boltahe ng solar panel sa boltahe ng baterya sa pamamagitan ng pag-drag sa Solar panel Vmp pababa sa boltahe ng system ng baterya na walang pagbabago sa kasalukuyang.

Gumagamit ito ng isang electronics switch (MOSFET) upang kumonekta at idiskonekta ang solar panel gamit ang baterya. Sa pamamagitan ng paglipat ng MOSFET sa mataas na dalas na may iba't ibang mga lapad ng pulso, maaaring mapanatili ang isang pare-pareho na boltahe. Ang self-adjust ng PWM controller sa pamamagitan ng pag-iiba-iba ng mga lapad (haba) at dalas ng mga pulso na ipinadala sa baterya.

Kapag ang lapad ay nasa 100%, ang MOSFET ay nasa buong ON, na pinapayagan ang solar panel na masingil ang baterya. Kapag ang lapad ay nasa 0% ang transistor ay OFF na bukas na pag-ikot ng Solar panel na pumipigil sa anumang kasalukuyang daloy sa baterya kapag ang baterya ay ganap na nasingil.

Hakbang 2: Paano Gumagana ang Circuit?

Ang puso ng tagakontrol ng singil ay isang Arduino Nano board. Nararamdaman ng Arduino ang solar panel at mga voltages ng baterya sa pamamagitan ng paggamit ng dalawang boltahe na mga divider na circuit. Ayon sa mga antas ng boltahe, nagpapasya ito kung paano singilin ang baterya at makontrol ang pag-load.

Tandaan: Sa larawan sa itaas, mayroong error sa typographic sa signal ng power at control. Ang redline ay para sa lakas at ang dilaw na linya ay para sa control signal.

Ang buong eskematiko ay nahahati sa mga sumusunod na circuit:

1. Circuit ng Pamamahagi ng Lakas:

Ang lakas mula sa baterya (B + & B-) ay bababa sa 5V ng X1 (MP2307) buck converter. Ang output mula sa buck converter ay ipinamamahagi sa

1. Lupon ng Arduino

2. Mga LED para sa indikasyon

3. LCD display

4. USB port upang singilin ang mga gadget.

2. Mga Input Sensor:

Ang solar panel at boltahe ng baterya ay nadama sa pamamagitan ng paggamit ng dalawang boltahe na divider circuit na binubuo ng mga resistors R1-R2 & R3- R4. Ang C1 at C2 ay mga filter capacitor upang ma-filter ang mga hindi nais na signal ng ingay. Ang output mula sa mga divider ng boltahe ay konektado sa Arduino analog pin na A0 at A1 ayon sa pagkakabanggit.

Ang solar panel at mga daloy ng pag-load ay nadarama sa pamamagitan ng paggamit ng dalawang mga module ng ACS712. Ang output mula sa kasalukuyang mga sensor ay konektado sa Arduino analog pin A3 at A2 ayon sa pagkakabanggit.

Ang temperatura ng baterya ay sinusukat sa pamamagitan ng paggamit ng isang sensor ng temperatura ng DS18B20. Ang R16 (4.7K) ay isang pull-up risistor. Ang output ng sensor ng temperatura ay konektado sa Arduino Digital pin D12.

3. Control Circuits:

Ang mga control circuit ay karaniwang nabuo ng dalawang p-MOSFETs Q1 at Q2. Ginagamit ang MOSFET Q1 upang maipadala ang singilin na pulso sa baterya at ang MOSFET Q2 ay ginagamit upang himukin ang pagkarga. Ang dalawang MOSFET driver circuit ay binubuo ng dalawang transistors T1 at T2 na may pull-up resistors na R6 at R8. Ang batayang kasalukuyang ng mga transistors ay kinokontrol ng resistors R5 at R7.

4. Mga Circuits ng Proteksyon:

Ang input overvoltage mula sa panig ng solar panel ay protektado ng paggamit ng isang TVS diode D1. Ang reverse current mula sa baterya patungo sa solar panel ay protektado ng isang Schottky diode D2. Ang sobrang daloy ay protektado ng isang piyus F1.

5. LED Indication:

Ginagamit ang LED1, LED2, at LED3 upang ipahiwatig ang katayuang solar, baterya at pagkarga ayon sa pagkakabanggit. Ang mga resistor R9 hanggang R15 ay kasalukuyang naglilimita sa mga resistors.

7. LCD Display:

Ginagamit ang isang I2C LCD display upang maipakita ang iba't ibang mga parameter.

8. USB Charging:

Ang USB socket ay naka-hook hanggang sa 5V output mula sa Buck Converter.

9. I-reset ang System:

Ang SW1 ay isang push button upang i-reset ang Arduino.

Maaari mong i-download ang eskematiko sa format na PDF na naka-attach sa ibaba.

Hakbang 3: Pangunahing Mga Pag-andar ng Solar Charge Controller

Ang tagakontrol ng singil ay dinisenyo sa pamamagitan ng pag-aalaga ng mga sumusunod na puntos.

1. Pigilan ang Pag-overcharge ng Baterya: Upang limitahan ang enerhiya na ibinibigay sa baterya ng solar panel kapag ang baterya ay ganap na nasingil. Ito ay ipinatupad bilang charge_cycle () ng aking code.

2. Pigilan ang Over-debit ng Baterya: Upang idiskonekta ang baterya mula sa mga de-koryenteng pag-load kapag ang baterya ay umabot sa mababang estado ng pagsingil. Ipinatupad ito sa load_control () ng aking code.

3. Magbigay ng Mga Pag-andar ng Pag-load ng Load: Upang awtomatikong kumonekta at magdiskonekta ng isang de-koryenteng pagkarga sa isang tinukoy na oras. MAG-ON ang karga kapag ang paglubog ng araw at OFF kapag pagsikat ng araw. Ipinatupad ito sa load_control () ng aking code. 4. Monitoring Power at Energy: Upang subaybayan ang lakas ng pag-load at lakas at ipakita ito.

5. Protektahan mula sa hindi normal na Kalagayan: Upang maprotektahan ang circuit mula sa iba't ibang mga hindi pangkaraniwang sitwasyon tulad ng kidlat, sobrang lakas, overcurrent, at maikling circuit, atbp.

6. Pagpapahiwatig at Pagpapakita: Upang ipahiwatig at ipakita ang iba't ibang mga parameter

7. Komunikasyon sa Langit: Upang mai-print ang iba't ibang mga parameter sa serial monitor

8. USB Charging: Upang singilin ang mga smart device

Hakbang 4: Pagsukat ng Boltahe

Ginagamit ang mga sensor ng boltahe upang maunawaan ang boltahe ng solar panel at baterya. Ito ay ipinatupad sa pamamagitan ng paggamit ng dalawang mga circuit ng divider ng boltahe. Binubuo ito ng dalawang resistors R1 = 100k at R2 = 20k para sa sensing ng solar panel voltage at katulad na R3 = 100k at R4 = 20k para sa boltahe ng baterya. Ang output mula sa R1and R2 ay konektado sa Arduino analog pin A0 at ang output mula sa R3 at R4 ay konektado sa Arduino analog pin A1.

Pagsukat ng Boltahe: Ang mga analog input ng Arduino ay maaaring magamit upang masukat ang boltahe ng DC sa pagitan ng 0 at 5V (kapag ginagamit ang karaniwang 5V analog na sanggunian na boltahe) at ang saklaw na ito ay maaaring madagdagan sa pamamagitan ng paggamit ng isang boltahe na divider network. Ang voltider divider ay bumababa ng boltahe na sinusukat sa loob ng saklaw ng mga input ng analog na Arduino.

Para sa isang boltahe divider circuit Vout = R2 / (R1 + R2) x Vin

Vin = (R1 + R2) / R2 x Vout

Binabasa ng pagpapaandar ng analogRead () ang boltahe at binago ito sa isang numero sa pagitan ng 0 at 1023

Pagkakalibrate: Babasahin namin ang halaga ng output sa isa sa mga analog na input ng Arduino at ang paggana ng analogRead (). Ang pagpapaandar na iyon ay naglalabas ng isang halaga sa pagitan ng 0 at 1023 na 0.00488V para sa bawat pagtaas (Bilang 5/1024 = 0.00488V)

Vin = Vout * (R1 + R2) / R2; R1 = 100k at R2 = 20k

Vin = bilang ng ADC * 0.00488 * (120/20) Bolta // Ang naka-highlight na bahagi ay kadahilanan ng Kaliskis

Tandaan: Ito ay hahantong sa amin upang maniwala na ang pagbabasa ng 1023 ay tumutugma sa isang boltahe ng pag-input na eksaktong 5.0 volts. Sa praktikal na hindi ka maaaring makakuha ng 5V palagi mula sa Arduino pin 5V. Kaya sa panahon ng pagkakalibrate unang sukatin ang boltahe sa pagitan ng 5v at GND na mga pin ng Arduino sa pamamagitan ng paggamit ng isang multimeter, at gamitin ang scale factor sa pamamagitan ng paggamit ng formula sa ibaba:

Kadahilanan ng scale = sinusukat boltahe / 1024

Hakbang 5: Kasalukuyang Pagsukat

Para sa kasalukuyang pagsukat, gumamit ako ng isang Hall Effect kasalukuyang sensor ACS 712 -5A na variant. Mayroong tatlong mga pagkakaiba-iba ng ACS712 Sensor batay sa saklaw ng kasalukuyang sensing nito. Binabasa ng sensor ng ACS712 ang kasalukuyang halaga at pinapalitan ito sa isang nauugnay na halaga ng boltahe, Ang halagang nag-uugnay sa dalawang sukat ay ang Sensitivity. Ang pagiging sensitibo sa output para sa lahat ng variant ay ang mga sumusunod:

Modelo ng ACS712 -> Kasalukuyang Saklaw-> Sensitivity

ACS712 ELC-05 -> +/- 5A -> 185 mV / A

ACS712 ELC-20 -> +/- 20A -> 100 mV / A

ACS712 ELC-30 -> +/- 30A -> 66 mV / A

Sa proyektong ito, ginamit ko ang variant na 5A, kung saan ang pagiging sensitibo ay 185mV / A at ang gitnang boltahe ng sensing ay 2.5V kapag walang kasalukuyang.

Pagkakalibrate:

halaga ng pagbasa ng analog = analogRead (Pin);

Halaga = (5/1024) * analog read na halaga // Kung hindi ka nakakakuha ng 5V mula sa Arduino 5V pin pagkatapos, Kasalukuyang nasa amp = (Halaga - offsetVoltage) / pagkasensitibo

Ngunit bilang bawat data sheet offset boltahe ay 2.5V at ang pagiging sensitibo ay 185mV / A

Kasalukuyan sa amp = (Halaga-2.5) /0.185

Hakbang 6: Pagsukat ng Temperatura

Bakit Kinakailangan ang pagsubaybay sa temperatura?

Ang mga reaksyong kemikal ng baterya ay nagbabago sa temperatura. Habang umiinit ang baterya, tumataas ang gassing. Habang nagiging malamig ang baterya, nagiging mas lumalaban ito sa pag-charge. Nakasalalay sa kung magkano ang pagkakaiba-iba ng temperatura ng baterya, mahalagang ayusin ang singilin para sa mga pagbabago sa temperatura. Kaya't mahalaga na ayusin ang singilin sa account para sa mga epekto sa temperatura. Susukat ng sensor ng temperatura ang temperatura ng baterya, at ginagamit ng Solar Charge Controller ang pag-input na ito upang ayusin ang itinakdang punto ng pag-charge kung kinakailangan. Ang halaga ng kabayaran ay - 5mv / degC / cell para sa mga baterya na uri ng lead-acid. (–30mV / ºC para sa 12V at 15mV / ºC para sa 6V na baterya). Ang negatibong pag-sign ng kompensasyon sa temperatura ay nagpapahiwatig ng pagtaas ng temperatura ay nangangailangan ng pagbawas sa setpoint ng singil. Para sa karagdagang detalye, maaari mong sundin ang artikulong ito.

Pagsukat ng Temperatura ng DS18B20

Gumamit ako ng isang panlabas na probe ng DS18B20 para sa pagsukat ng temperatura ng baterya. Gumagamit ito ng isang one-wire protocol upang makipag-usap sa microcontroller. Maaari itong mai-hook sa port-J4 sa pisara.

Upang maiugnay sa sensor ng temperatura ng DS18B20, kailangan mong i-install ang library ng One Wire at ang library ng Temperatura ng Dallas.

Maaari mong basahin ang artikulong ito para sa higit pang mga detalye sa sensor ng DS18B20.

Hakbang 7: USB Charging Circuit

Ang buck converter MP2307 na ginamit para sa power supply ay maaaring maghatid ng kasalukuyang hanggang sa 3A. Kaya't mayroon itong sapat na margin para sa singilin ang mga USB gadget. Ang USB socket VCC ay konektado sa 5V at ang GND ay konektado sa GND. Maaari kang mag-refer sa eskematiko sa itaas.

Tandaan: Ang boltahe ng output ng USB ay hindi pinananatili sa 5V kapag ang kasalukuyang karga ay lumampas sa 1A. Kaya inirerekumenda kong limitahan ang pag-load ng USB sa ibaba 1A.

Hakbang 8: Pagsingil sa Algorithm

Kapag ang konektor ay konektado sa baterya, sisimulan ng programa ang operasyon. Sa una, sinusuri nito kung ang boltahe ng panel ay sapat para sa pagsingil ng baterya. Kung oo, pagkatapos ay papasok ito sa cycle ng pagsingil. Ang Charge Cycle ay binubuo ng 3 yugto.

Stage 1 Maramihang pagsingil:

Ikokonekta ni Arduino ang Solar Panel sa baterya nang direkta (99% na cycle ng tungkulin). Ang boltahe ng baterya ay tataas nang dahan-dahan. Kapag ang boltahe ng baterya ay umabot sa 14.4V, magsisimula ang yugto 2.

Sa yugtong ito, ang kasalukuyang ay halos pare-pareho.

Pagsingil sa Stage 2 Pagsipsip:

Sa yugtong ito, kikontrolin ng Arduino ang kasalukuyang singilin sa pamamagitan ng pagpapanatili ng antas ng boltahe sa 14.4 para sa isang oras. Ang boltahe ay pinananatiling pare-pareho sa pamamagitan ng pag-aayos ng cycle ng tungkulin.

Singil sa Stage 3 Float:

Bumubuo ang controller ng patak ng singil upang mapanatili ang antas ng boltahe sa 13.5V. Ang yugto na ito ay pinapanatili ang baterya upang ganap na masingil. Kung ang boltahe ng baterya ay mas mababa sa 13.2V para sa 10mins.

Ang pag-ikot ng singil ay mauulit.

Hakbang 9: Pagkontrol sa Load

Upang awtomatikong ikonekta at idiskonekta ang pagkarga sa pamamagitan ng pagsubaybay sa takipsilim / bukang-liwayway at boltahe ng baterya, ginagamit ang pagkontrol sa pag-load.

Ang pangunahing layunin ng pagkontrol sa pag-load ay upang idiskonekta ang pagkarga mula sa baterya upang maprotektahan ito mula sa malalim na paglabas. Ang malalim na paglabas ay maaaring makapinsala sa baterya.

Ang terminal ng pag-load ng DC ay idinisenyo para sa mababang pag-load ng DC tulad ng ilaw sa kalye.

Ang panel ng PV mismo ay ginagamit bilang light sensor.

Ipagpalagay na boltahe ng solar panel> 5V ay nangangahulugang bukang-liwayway at kailan <5V dapit-hapon.

SA Kundisyon: Sa gabi, kapag ang antas ng boltahe ng PV ay bumaba sa ibaba 5V at ang boltahe ng baterya ay mas mataas kaysa sa setting ng LVD, bubuksan ng controller ang pagkarga at ang berdeng luwan na pinamunuan ay mamula.

OFF Condition: Ang pag-load ay mapuputol sa mga sumusunod na dalawang kundisyon.

1. Sa umaga kapag ang boltahe ng PV ay mas malaki sa 5v, 2. Kapag ang boltahe ng baterya ay mas mababa kaysa sa setting ng LVD Ang pulang pag-load na humantong SA ay nagpapahiwatig na ang pagkarga ay naputol.

Ang LVD ay tinukoy bilang Mababang Boltahe Idiskonekta

Hakbang 10: Lakas at Enerhiya

Lakas: Ang lakas ay ang produkto ng boltahe (volt) at kasalukuyang (Amp)

P = VxI Ang yunit ng kapangyarihan ay Watt o KW

Enerhiya: Ang enerhiya ay produkto ng lakas (watt) at oras (Oras)

E = Ang Unit ng Enerhiya ng Pxt ay Watt Hour o Kilowatt Hour (kWh)

Upang subaybayan ang lakas at enerhiya sa itaas ng lohika ay ipinatupad sa software at ang mga parameter ay ipinapakita sa isang 20x4 char LCD.

Kredito sa imahe: imgoat

Hakbang 11: Mga Proteksyon

1. Labihan ang polarity at baligtarin ang kasalukuyang proteksyon para sa solar panel

Para sa baligtad na polarity at baligtarin ang kasalukuyang proteksyon ng daloy isang Schottky diode (MBR2045) ang ginagamit.

2. Proteksyon ng labis na bayad & Malalim na paglabas

Ang sobrang pagsingil at proteksyon ng malalim na paglabas ay ipinatupad ng software.

3. Maikling circuit at proteksyon ng labis na karga

Ang maikling circuit at proteksyon ng labis na karga ay napagtanto ng isang piyus F1.

4. Proteksyon ng labis na boltahe sa pag-input ng solar panel

Ang mga pansamantalang overvoltage ay nagaganap sa mga system ng kuryente dahil sa iba't ibang mga kadahilanan, ngunit ang kidlat ay sanhi ng pinakamasamang overvoltages. Partikular na totoo ito sa mga system ng PV dahil sa mga nakalantad na lokasyon at mga cable na kumukonekta sa system. Sa bagong disenyo na ito, gumamit ako ng isang 600-watt bidirectional TVS diode (P6KE36CA) upang sugpuin ang kidlat at sobrang lakas ng lakas sa mga terminal ng PV.

credit ng imahe: mga freeimage

Hakbang 12: Mga Pahiwatig ng LED

1. LED ng Solar: LED1 Ang isang bi-kulay (pula / berde) na pinangunahan ay ginagamit para sa pagpapahiwatig ng solar power staus ibig sabihin ay dapit-hapon o madaling araw.

Solar LED ------------------- Katayuan ng Solar

GREEN ----------------- Day

PULA ----------------- Gabi

2. Battery State Of Charge (SOC) LED: LED2

Ang isang mahalagang parameter na tumutukoy sa nilalaman ng enerhiya ng baterya ay ang State of Charge (SOC). Ipinapahiwatig ng parameter na ito kung magkano ang singil na magagamit sa baterya. Ginagamit ang RGB LED upang ipahiwatig ang estado ng pagsingil ng baterya. Para sa koneksyon sumangguni sa eskematiko sa itaas.

LED ng baterya ---------- Katayuan ng Baterya

PULA ----------------- Mababa ang Boltahe

GREEN ----------------- Malusog ang Boltahe

BLUE ------------------ Fully Charged

2. Load LED: LED3

Ang isang bi-color (pula / berde) na pinangunahan ay ginagamit para sa pahiwatig ng katayuan ng pag-load. Sumangguni sa eskematiko sa itaas para sa koneksyon.

I-load ang LED ------------------- Katayuan ng Pag-load

GREEN ----------------- Nakakonekta (ON)

PULA ----------------- Nakakonekta (OFF)

Hakbang 13: LCD Display

Ang isang 20X4 char LCD ay ginagamit para sa pagsubaybay sa mga solar panel, baterya at mga parameter ng pag-load.

Para sa pagiging simple, isang I2C LCD display ang napili para sa proyektong ito. Kailangan lamang nito ng 4 na mga wire upang mag-interface sa Arduino.

Ang koneksyon ay nasa ibaba:

LCD Arduino

VCC 5V, GNDGND, SDAA4, SCLA5

Hilera-1: Boltahe ng solar panel, Kasalukuyang at Lakas

Hilera-2: Boltahe ng Baterya, Temperatura, at katayuan ng Charger (Charging / Not Charging)

Hilera-3: Katayuan sa kasalukuyang pag-load, lakas, at pag-load

Row-4: Input Energy mula sa Solar panel at Energy na natupok ng load.

Kailangan mong i-download ang library mula sa LiquidCrystal_I2C.

Hakbang 14: Prototyping at Pagsubok

1. Breadboard:

Una, gumawa ako ng circuit sa isang Breadboard. Ang pangunahing bentahe ng isang solderless breadboard ay ito, walang solder. Sa gayon madali mong mababago ang disenyo sa pamamagitan lamang ng pag-aalis ng mga sangkap at mga lead hangga't kailangan mo.

2. Perforated Board:

Matapos gawin ang pagsubok sa breadboard, gumawa ako ng circuit sa isang Butas na Butas. Upang masundan ito ng tagubilin sa ibaba

i) Ipasok muna ang lahat ng mga bahagi sa butas ng Perforated-Board.

ii) Paghinang ng lahat ng mga bahagi ng pad at i-trim ang labis na mga binti sa pamamagitan ng isang nipper.

iii) Ikonekta ang mga pad na panghinang sa pamamagitan ng paggamit ng mga wire alinsunod sa eskematiko.

iv) Gumamit ng standoff upang ihiwalay ang circuit mula sa lupa.

Ang butas na board circuit ay talagang malakas at maaaring ideploy sa isang proyekto nang permanente. Matapos masubukan ang prototype, kung ang lahat ay ganap na gumagana maaari tayong lumipat sa disenyo ng huling PCB.

Hakbang 15: Disenyo ng PCB

Inilabas ko ang iskema sa pamamagitan ng paggamit ng EasyEDA online software pagkatapos na lumipat sa layout ng PCB.

Ang lahat ng mga sangkap na idinagdag mo sa eskematiko ay dapat naroroon, nakasalansan sa isa't isa, handa nang mailagay at iruruta. I-drag ang mga sangkap sa pamamagitan ng pagkuha sa pads nito. Pagkatapos ay ilagay ito sa loob ng parihabang borderline.

Ayusin ang lahat ng mga bahagi sa isang paraan na ang board ay sumasakop sa minimum na puwang. Mas maliit ang laki ng board, mas mura ang gastos sa pagmamanupaktura ng PCB. Magiging kapaki-pakinabang kung ang board na ito ay may ilang mga mounting hole dito upang maaari itong mai-mount sa isang enclosure.

Ngayon kailangan mong mag-ruta. Ang pagruta ay ang pinaka nakakatuwang bahagi ng buong prosesong ito. Ito ay tulad ng paglutas ng isang palaisipan! Gamit ang tool sa pagsubaybay kailangan namin upang ikonekta ang lahat ng mga bahagi. Maaari mong gamitin ang parehong tuktok at ilalim na layer para maiwasan ang pag-overlap sa pagitan ng dalawang magkakaibang mga track at gawing mas maikli ang mga track.

Maaari mong gamitin ang layer ng Silk upang magdagdag ng teksto sa pisara. Gayundin, nakakapasok kami ng isang file ng imahe, kaya nagdaragdag ako ng isang imahe ng aking logo ng website upang mai-print sa pisara. Sa huli, gamit ang tool na lugar ng tanso, kailangan naming lumikha ng ground area ng PCB.

Ngayon ang PCB ay handa na para sa pagmamanupaktura.

Hakbang 16: I-download ang Gerber Files

Matapos gawin ang PCB, kailangan nating makabuo ng mga file na maaaring maipadala sa isang kumpanya ng paggawa ng PCB na sa takdang panahon ay ibabalik sa amin ang ilang totoong PCB.

Sa EasyEDA Maaari mong i-output ang Fabrication Files (Gerber file) sa pamamagitan ng Dokumento> Bumuo ng Gerber, o sa pamamagitan ng pag-click sa button na Bumuo ng Gerber mula sa toolbar. Ang nabuong Gerber file ay isang naka-compress na package. Pagkatapos ng decompression, maaari mong makita ang sumusunod na 8 mga file:

1. Bottom Copper:.gbl

2. Nangungunang Copper:.gtl

3. Mga Maskara sa Paghihinang sa Ibaba:.gbs

4. Top Top Soldering Masks:.gts

5. Bottom Silk Screen:.gbo

6. Nangungunang Silk Screen:.gto

7. Drill:.drl

8. Outline:.outline

Maaari mong i-download ang mga Gerber file mula sa PCBWay

Kapag nag-order ka mula sa PCBWay, makakakuha ako ng 10% na donasyon mula sa PCBWay para sa isang kontribusyon sa aking trabaho. Ang iyong munting tulong ay maaaring hikayatin akong gumawa ng mas kahanga-hangang gawain sa hinaharap. Salamat sa iyong pakikiisa.

Hakbang 17: Paggawa ng PCB

Ngayon ay oras na upang malaman ang isang tagagawa ng PCB na maaaring buksan ang aming mga file ng Gerber sa isang tunay na PCB. Ipinadala ko ang aking mga Gerber file sa JLCPCB para sa pagmamanupaktura ng aking PCB. Ang kanilang serbisyo ay napakahusay. Natanggap ko ang aking PCB sa India sa loob ng 10 araw.

Ang BOM para sa proyekto ay nakakabit sa ibaba.

Hakbang 18: Paghihinang sa Mga Bahagi

Matapos matanggap ang board mula sa PCB fab house, kailangan mong maghinang ng mga sangkap.

Para sa Paghinang, kakailanganin mo ng disenteng Soldering Iron, Solder, Nipper, Desoldering Wicks o Pump at isang multimeter.

Mahusay na kasanayan na maghinang ng mga sangkap ayon sa kanilang taas. Paghinang muna ang mga mas maliit na sangkap ng taas.

Maaari mong sundin ang mga sumusunod na hakbang upang maghinang ng mga bahagi:

1. Itulak ang mga bahagi ng binti sa kanilang mga butas, at i-on ang PCB sa likuran nito.

2. Hawakan ang dulo ng soldering iron sa kantong ng pad at ang binti ng sangkap.

3. Feed solder sa magkasanib upang ito ay dumadaloy sa buong paligid ng tingga at takpan ang pad. Kapag ito ay dumaloy sa paligid, ilipat ang tip.

4. Putulin ang sobrang mga binti sa pamamagitan ng paggamit ng isang Nipper.

Sundin ang mga patakaran sa itaas para sa paghihinang ng lahat ng mga bahagi.

Hakbang 19: Pag-mount sa Kasalukuyang Sensor ng ACS712

Ang kasalukuyang sensor na natanggap ko sa ACS712 ay may paunang solder na terminal ng tornilyo para sa koneksyon. Upang direktang maghinang ang module sa PCB board, kailangan mo munang sirain ang terminal ng tornilyo.

Nawasak ako sa terminal ng tornilyo sa tulong ng isang namamalaging bomba tulad ng ipinakita sa itaas.

Pagkatapos ay hinihinang ko ang module ng ACS712 nang nakabaligtad.

Upang ikonekta ang Ip + at Ip- terminal sa PCB, ginamit ko ang mga binti ng terminal ng diode.

Hakbang 20: Pagdaragdag ng Buck Converter

Upang maghinang ang module ng Buck Converter, kailangan mong maghanda ng 4 na tuwid na mga header pin tulad ng ipinakita sa itaas.

Ang panghinang na 4 na header pin sa X1, 2 ay para sa output at ang natitirang dalawa ay para sa mga input.

Hakbang 21: Pagdaragdag ng Arduino Nano

Kapag bumili ka ng mga tuwid na header, masyadong mahaba ang mga ito para sa Arduino Nano. Kakailanganin mong i-trim ang mga ito sa isang naaangkop na haba. Nangangahulugan ito ng 15 pin bawat isa.

Ang pinakamahusay na paraan upang ma-trim ang mga babaeng piraso ng header ay upang mabilang ang 15 mga pin, hilahin ang ika-16 na pin, pagkatapos ay gumamit ng isang nipper upang putulin ang puwang sa pagitan ng ika-15 at ika-17 na pin.

Ngayon kailangan naming i-install ang mga babaeng header sa PCB. Dalhin ang iyong mga babaeng header at ilagay ito sa mga header ng lalaki sa Arduino Nano board.

Pagkatapos ay paghihinang ang mga babaeng pin ng header sa Charge Controller PCB.

Hakbang 22: Paghahanda ng mga MOSFET

Bago maghinang ang MOSFETs Q1 Q2 at i-diode ang D1 sa PCB, mas mahusay na ilakip muna ang mga heatsink sa kanila. Ginagamit ang mga heat sink upang malayo ang init mula sa aparato upang mapanatili ang isang mas mababang temperatura ng aparato.

Mag-apply ng isang layer ng heatsink compound sa MOSFET metal base plate. Pagkatapos ay ilagay ang thermally conductive pad sa pagitan ng MOSFET at heat sink at higpitan ang tornilyo. Maaari mong basahin ang artikulong ito tungkol sa kung bakit mahalaga ang heat sink.

Sa wakas, solder ang mga ito sa PCB ng charge controller.

Hakbang 23: Pag-mount ng Standoffs

Matapos ang paghihinang ng lahat ng mga bahagi, i-mount ang mga standoff sa 4 na sulok. Gumamit ako ng M3 Brass Hex Standoffs.

Ang paggamit ng mga standoff ay magbibigay ng sapat na clearance sa mga soldering joint at wires mula sa lupa.

Hakbang 24: Software at Mga Aklatan

Una, i-download ang nakalakip na Arduino Code. Pagkatapos i-download ang mga sumusunod na aklatan at i-install ang mga ito.

1. Isang Wire

2. DallasTemperature

3. LiquidCrystal_I2C

4. PID Library

Ang buong code ay nasira sa maliit na pag-andar para sa kakayahang umangkop. Ipagpalagay na ang gumagamit ay hindi interesado na gumamit ng isang LCD display at masaya sa pinangunahan na pahiwatig. Pagkatapos huwag paganahin lamang ang lcd_display () mula sa void loop (). Yun lang Katulad nito, ayon sa kinakailangan ng gumagamit, maaari niyang paganahin at huwag paganahin ang iba't ibang mga pag-andar.

Matapos mai-install ang lahat ng mga library sa itaas, i-upload ang Arduino Code.

Tandaan: Nagtatrabaho ako ngayon sa software para sa pagpapatupad ng isang mas mahusay na pagsingil ng algorithm. Mangyaring makipag-ugnay upang makuha ang pinakabagong bersyon.

Mag-update sa 02.04.2020

Nag-upload ng isang bagong software na may isang pinabuting algorithm ng pagsingil at pagpapatupad ng PID controller dito.

Hakbang 25: Pangwakas na Pagsubok

Ikonekta ang mga terminal ng baterya ng Charge Controller (BAT) sa isang 12V na baterya. Tiyaking tama ang polarity. Pagkatapos ng koneksyon, ang LED at LCD ay magsisimulang gumana kaagad. Mapapansin mo rin ang boltahe ng baterya at temperatura sa ika-2 hilera ng LCD display.

Pagkatapos ay ikonekta ang isang Solar Panel sa solar terminal (SOL), maaari mong makita ang solar boltahe, kasalukuyang, at lakas sa unang hilera ng LCD display. Gumamit ako ng isang supply ng Lab Power upang gayahin ang Solar Panel. Ginamit ko ang aking Mga Power Meter upang ihambing ang mga halaga ng Boltahe, Kasalukuyan at Lakas sa pagpapakita ng LCD.

Ang pamamaraan ng pagsubok ay ipinapakita sa demo na video na ito

Sa hinaharap, magdidisenyo ako ng isang 3D na naka-print na enclosure para sa proyektong ito. Makipag-ugnay

Ang proyektong ito ay isang entry sa PCB Contest, mangyaring bumoto para sa akin. Ang iyong mga boto ay isang tunay na inspirasyon para sa akin na gumawa ng higit na pagsusumikap upang sumulat ng mas maraming kapaki-pakinabang na mga proyekto tulad nito.

Salamat sa pagbabasa ng aking Instructable. Kung nais mo ang aking proyekto, huwag kalimutang ibahagi ito.

Ang mga komento at puna ay palaging malugod na tinatanggap.

Runner Up sa Hamon sa Disenyo ng PCB