BỘ ĐIỀU KHIỂN SẠC MẶT TRỜI ARDUINO PWM (V 2.02): 25 bước (có Hình ảnh)

2024 Tác giả: John Day | [email protected]. Sửa đổi lần cuối: 2024-01-30 13:31

Nếu định lắp đặt hệ thống năng lượng mặt trời không nối lưới với bộ pin dự phòng, bạn sẽ cần Bộ điều khiển sạc năng lượng mặt trời. Nó là một thiết bị được đặt giữa Bảng năng lượng mặt trời và Ngân hàng pin để kiểm soát lượng năng lượng điện được tạo ra từ các tấm pin Mặt trời đi vào pin. Chức năng chính là đảm bảo rằng pin được sạc đúng cách và được bảo vệ khỏi sạc quá mức. Khi điện áp đầu vào từ bảng điều khiển năng lượng mặt trời tăng lên, bộ điều khiển sạc sẽ điều chỉnh mức sạc cho pin để ngăn chặn mọi sự sạc quá mức và ngắt tải khi pin đã cạn.

Bạn có thể xem qua các dự án Năng lượng mặt trời của tôi trên trang web của tôi: www.opengreenenergy.com và Kênh YouTube: Open Green Energy

Các loại bộ điều khiển sạc năng lượng mặt trời

Hiện tại có hai loại bộ điều khiển điện tích thường được sử dụng trong hệ thống điện PV:

1. Bộ điều khiển điều chế độ rộng xung (PWM)

2. Bộ điều khiển theo dõi điểm nguồn tối đa (MPPT)

Trong phần Có thể hướng dẫn này, tôi sẽ giải thích cho bạn về Bộ điều khiển sạc năng lượng mặt trời PWM. Tôi cũng đã đăng một vài bài viết về bộ điều khiển phí PWM trước đó. Phiên bản trước của bộ điều khiển sạc năng lượng mặt trời của tôi khá phổ biến trên internet và hữu ích cho mọi người trên toàn cầu.

Bằng cách xem xét các nhận xét và câu hỏi từ các phiên bản trước của tôi, tôi đã sửa đổi Bộ điều khiển sạc PWM V2.0 hiện có của mình để tạo phiên bản mới 2.02.

Sau đây là những thay đổi trong V2.02 w.r.t V2.0:

1. Bộ điều chỉnh điện áp tuyến tính hiệu quả thấp được thay thế bằng bộ chuyển đổi buck MP2307 cho nguồn điện 5V.

2. Một cảm biến dòng điện bổ sung để theo dõi dòng điện đến từ bảng điều khiển năng lượng mặt trời.

3. MOSFET-IRF9540 được thay thế bằng IRF4905 để có hiệu suất tốt hơn.

4. Cảm biến nhiệt độ LM35 trên bo mạch được thay thế bằng đầu dò DS18B20 để theo dõi nhiệt độ pin chính xác.

5. Cổng USB để sạc các thiết bị thông minh.

6. Sử dụng cầu chì đơn thay vì hai cầu chì

7. Một đèn LED bổ sung để chỉ báo Trạng thái nguồn năng lượng mặt trời.

8. Thực hiện thuật toán tính phí 3 giai đoạn.

9. thực hiện bộ điều khiển PID trong thuật toán sạc

10. Tạo một PCB tùy chỉnh cho dự án

Sự chỉ rõ

1. bộ điều khiển sạc cũng như đồng hồ năng lượng

2. Lựa chọn điện áp pin tự động (6V / 12V)

3. thuật toán sạc PWM với điểm đặt tự động sạc theo điện áp pin

4. LED chỉ báo cho trạng thái sạc và trạng thái tải

5. Màn hình LCD 20x4 ký tự để hiển thị điện áp, dòng điện, công suất, năng lượng và nhiệt độ.

6. bảo vệ ánh sáng

7. bảo vệ dòng điện ngược dòng

8. Mạch ngắn và bảo vệ quá tải

9. Bù nhiệt độ khi sạc

10. Cổng USB để sạc Tiện ích

Quân nhu

Bạn có thể đặt mua PCB V2.02 từ 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. Cảm biến nhiệt độ - DS18B20 (Amazon / Banggood)

6. Cảm biến dòng điện - ACS712 (Amazon / Banggood)

7. Diode TVS- P6KE36CA (Amazon / Aliexpress)

8. Transistors - 2N3904 (Amazon / Banggood)

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

10. Tụ điện bằng gốm (0,1uF x 2) (Amazon / Banggood)

11. 20x4 I2C LCD (Amazon / Banggood)

12. RGB LED (Amazon / Banggood)

13. Bi-Color LED (Amazon)

15. Dây điện / Dây điện (Amazon / Banggood)

16. Ghim đầu (Amazon / Banggood)

17. Heat Sinks (Amazon / Aliexpress)

18. Fuse Holder và cầu chì (Amazon)

19. Nút nhấn (Amazon / Banggood)

22. thiết bị đầu cuối vít 1x6 pin (Aliexpress)

23. PCB Standoffs (Banggood)

24. Ổ cắm USB (Amazon / Banggood)

Công cụ:

1. Sắt đặt hàng (Amazon)

2. Bơm khử mùi (Amazon)

2. Wire Cutter và Stripper (Amazon)

3. trình điều khiển vít (Amazon)

Bước 1: Nguyên tắc làm việc của bộ điều khiển phí PWM

PWM là viết tắt của Pulse Width Modulation, là viết tắt của phương pháp nó sử dụng để điều chỉnh điện tích. Chức năng của nó là giảm điện áp của bảng điều khiển năng lượng mặt trời xuống gần điện áp của pin để đảm bảo rằng pin được sạc đúng cách. Nói cách khác, họ khóa điện áp của bảng điều khiển năng lượng mặt trời với điện áp của pin bằng cách kéo Vmp của bảng điều khiển năng lượng mặt trời xuống điện áp của hệ thống pin mà dòng điện không thay đổi.

Nó sử dụng một công tắc điện tử (MOSFET) để kết nối và ngắt kết nối bảng điều khiển năng lượng mặt trời với pin. Bằng cách chuyển MOSFET ở tần số cao với nhiều độ rộng xung khác nhau, có thể duy trì điện áp không đổi. Bộ điều khiển PWM tự điều chỉnh bằng cách thay đổi độ rộng (độ dài) và tần số của các xung được gửi đến pin.

Khi chiều rộng ở mức 100%, MOSFET ở trạng thái BẬT hoàn toàn, cho phép bảng điều khiển năng lượng mặt trời sạc pin hàng loạt. Khi độ rộng ở mức 0%, bóng bán dẫn TẮT mở xung quanh bảng điều khiển Mặt trời ngăn bất kỳ dòng điện nào chạy đến pin khi pin đã được sạc đầy.

Bước 2: Cách thức hoạt động của mạch?

Trái tim của bộ điều khiển sạc là một bo mạch Arduino Nano. Arduino cảm nhận điện áp của bảng điều khiển năng lượng mặt trời và pin bằng cách sử dụng hai mạch chia điện áp. Theo các mức điện áp này, nó quyết định cách sạc pin và điều khiển tải.

Lưu ý: Trong hình trên, có lỗi đánh máy trong nguồn và tín hiệu điều khiển. Đường màu đỏ là nguồn và đường màu vàng là tín hiệu điều khiển.

Toàn bộ sơ đồ được chia thành các mạch sau:

1. Mạch phân phối điện:

Nguồn từ pin (B + & B-) được giảm xuống 5V bởi bộ chuyển đổi buck X1 (MP2307). Đầu ra từ bộ chuyển đổi buck được phân phối cho

1. Bảng Arduino

2. Đèn LED để chỉ báo

3. Màn hình LCD

4. Cổng USB để sạc các tiện ích.

2. Cảm biến đầu vào:

Điện áp của tấm pin mặt trời và pin được cảm nhận bằng cách sử dụng hai mạch phân áp gồm các điện trở R1-R2 & R3- R4. C1 và C2 là tụ lọc để lọc ra các tín hiệu nhiễu không mong muốn. Đầu ra từ các bộ chia điện áp được kết nối với các chân tương tự Arduino A0 và A1 tương ứng.

Bảng điều khiển năng lượng mặt trời và dòng tải được cảm nhận bằng cách sử dụng hai mô-đun ACS712. Đầu ra từ các cảm biến hiện tại được kết nối tương ứng với chân analog A3 và A2 của Arduino.

Nhiệt độ pin được đo bằng cách sử dụng cảm biến nhiệt độ DS18B20. R16 (4,7K) là một điện trở kéo lên. Đầu ra của cảm biến nhiệt độ được kết nối với chân D12 của Arduino Digital.

3. Mạch điều khiển:

Các mạch điều khiển về cơ bản được hình thành bởi hai p-MOSFET Q1 và Q2. MOSFET Q1 được sử dụng để gửi xung sạc đến pin và MOSFET Q2 được sử dụng để truyền tải. Hai mạch điều khiển MOSFET gồm hai bóng bán dẫn T1 và T2 với các điện trở kéo lên R6 và R8. Dòng điện cơ bản của bóng bán dẫn được điều khiển bởi điện trở R5 và R7.

4. Mạch bảo vệ:

Quá áp đầu vào từ phía bảng điều khiển năng lượng mặt trời được bảo vệ bằng cách sử dụng một diode TVS D1. Dòng điện ngược từ pin đến bảng điều khiển năng lượng mặt trời được bảo vệ bởi một diode D2 của Schottky. Quá dòng được bảo vệ bằng cầu chì F1.

5. Chỉ thị LED:

LED1, LED2 và LED3 được sử dụng để chỉ báo trạng thái năng lượng mặt trời, pin và tải tương ứng. Điện trở R9 đến R15 là điện trở hạn chế dòng điện.

7. Màn hình LCD:

Màn hình LCD I2C được sử dụng để hiển thị các thông số khác nhau.

8. Sạc USB:

Ổ cắm USB được nối với đầu ra 5V từ Bộ chuyển đổi Buck.

9. Đặt lại hệ thống:

SW1 là một nút nhấn để thiết lập lại Arduino.

Bạn có thể tải xuống giản đồ ở định dạng PDF đính kèm bên dưới.

Bước 3: Chức năng chính của Bộ điều khiển sạc năng lượng mặt trời

Bộ điều khiển phí được thiết kế bằng cách lưu ý đến các điểm sau.

1. Ngăn chặn quá tải pin: Để hạn chế năng lượng được cung cấp cho pin bởi bảng điều khiển năng lượng mặt trời khi pin được sạc đầy. Điều này được triển khai trong charge_cycle () trong mã của tôi.

2. Ngăn ắc quy xả quá mức: Để ngắt kết nối ắc quy khỏi các tải điện khi ắc quy ở trạng thái sạc thấp. Điều này được triển khai trong load_control () của mã của tôi.

3. Cung cấp các chức năng điều khiển tải: Để tự động kết nối và ngắt tải điện tại một thời điểm xác định. Tải sẽ BẬT khi mặt trời lặn và TẮT khi mặt trời mọc. Điều này được triển khai trong load_control () của mã của tôi. 4. Theo dõi Công suất và Năng lượng: Để theo dõi công suất và năng lượng tải và hiển thị nó.

5. Bảo vệ khỏi tình trạng bất thường: Để bảo vệ mạch khỏi các tình huống bất thường khác nhau như sét, quá áp, quá dòng và ngắn mạch, v.v.

6. chỉ định và hiển thị: Để chỉ ra và hiển thị các thông số khác nhau

7. Giao tiếp trên không: Để in các thông số khác nhau trong màn hình nối tiếp

8. Sạc USB: Để sạc các thiết bị thông minh

Bước 4: Đo điện áp

Các cảm biến điện áp được sử dụng để cảm nhận điện áp của bảng điều khiển năng lượng mặt trời và pin. Nó được thực hiện bằng cách sử dụng hai mạch phân áp. Nó bao gồm hai điện trở R1 = 100k và R2 = 20k để cảm nhận điện áp của tấm pin mặt trời và tương tự R3 = 100k và R4 = 20k cho điện áp của pin. Đầu ra từ R1 và R2 được kết nối với chân A0 tương tự của Arduino và đầu ra từ R3 và R4 được kết nối với chân tương tự A1 của Arduino.

Đo điện áp: Đầu vào tương tự của Arduino có thể được sử dụng để đo điện áp một chiều từ 0 đến 5V (khi sử dụng điện áp tham chiếu tương tự 5V tiêu chuẩn) và phạm vi này có thể được tăng lên bằng cách sử dụng mạng chia điện áp. Bộ chia điện áp giảm điện áp được đo trong phạm vi của các đầu vào tương tự Arduino.

Đối với mạch phân áp Vout = R2 / (R1 + R2) x Vin

Vin = (R1 + R2) / R2 x Vout

Hàm analogRead () đọc điện áp và chuyển đổi nó thành một số từ 0 đến 1023

Hiệu chuẩn: Chúng tôi sẽ đọc giá trị đầu ra bằng một trong các đầu vào tương tự của Arduino và hàm analogRead () của nó. Hàm đó xuất ra một giá trị từ 0 đến 1023 là 0,00488V cho mỗi lần tăng (Như 5/1024 = 0,00488V)

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

Vin = Số lượng ADC * 0,00488 * (120/20) Volt // Phần được đánh dấu là Hệ số tỷ lệ

Lưu ý: Điều này khiến chúng tôi tin rằng số đọc 1023 tương ứng với điện áp đầu vào chính xác là 5,0 vôn. Trong thực tế, bạn có thể không phải lúc nào cũng nhận được 5V từ chân 5V của Arduino. Vì vậy, trong quá trình hiệu chuẩn, đầu tiên hãy đo điện áp giữa các chân 5v và GND của Arduino bằng cách sử dụng đồng hồ vạn năng và sử dụng hệ số tỷ lệ bằng cách sử dụng công thức dưới đây:

Hệ số thang đo = điện áp đo được / 1024

Bước 5: Đo lường hiện tại

Để đo dòng điện, tôi đã sử dụng biến thể cảm biến dòng điện hiệu ứng Hall ACS 712 -5A. Có ba biến thể của Cảm biến ACS712 dựa trên phạm vi cảm biến hiện tại của nó. Cảm biến ACS712 đọc giá trị hiện tại và chuyển nó thành giá trị điện áp liên quan, Giá trị liên kết hai phép đo là Độ nhạy. Độ nhạy đầu ra cho tất cả các biến thể như sau:

Mẫu ACS712 -> Dải hiện tại-> Độ nhạy

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

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

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

Trong dự án này, tôi đã sử dụng biến thể 5A, cho độ nhạy là 185mV / A và điện áp cảm biến giữa là 2,5V khi không có dòng điện.

Sự định cỡ:

giá trị đọc tương tự = analogRead (Pin);

Giá trị = (5/1024) * giá trị đọc tương tự // Nếu bạn không nhận được 5V từ chân 5V của Arduino thì, Dòng điện trong amp = (Giá trị - điện áp bù) / độ nhạy

Nhưng theo bảng dữ liệu, điện áp bù là 2,5V và độ nhạy là 185mV / A

Dòng điện trong amp = (Giá trị-2,5) /0,185

Bước 6: Đo nhiệt độ

Tại sao cần theo dõi nhiệt độ?

Các phản ứng hóa học của pin thay đổi theo nhiệt độ. Khi pin nóng hơn, lượng khí tăng lên. Khi pin trở nên lạnh hơn, nó sẽ trở nên kém khả năng sạc hơn. Tùy thuộc vào nhiệt độ pin thay đổi bao nhiêu, điều quan trọng là phải điều chỉnh sạc để thay đổi nhiệt độ. Vì vậy, điều quan trọng là phải điều chỉnh sạc để tính đến ảnh hưởng của nhiệt độ. Cảm biến nhiệt độ sẽ đo nhiệt độ pin và Bộ điều khiển sạc năng lượng mặt trời sử dụng đầu vào này để điều chỉnh điểm đặt sạc theo yêu cầu. Giá trị bù là - 5mv / degC / cell đối với pin loại axit-chì. (–30mV / ºC đối với 12V và 15mV / ºC đối với pin 6V). Dấu hiệu âm của việc bù nhiệt độ cho biết sự gia tăng nhiệt độ yêu cầu giảm điểm đặt điện tích. Để biết thêm chi tiết, bạn có thể theo dõi bài viết này.

Đo nhiệt độ bằng DS18B20

Tôi đã sử dụng một đầu dò DS18B20 bên ngoài để đo nhiệt độ pin. Nó sử dụng giao thức một dây để giao tiếp với bộ vi điều khiển. Nó có thể được nối vào cổng-J4 trên bảng.

Để giao tiếp với cảm biến nhiệt độ DS18B20, bạn cần cài đặt thư viện One Wire và thư viện Nhiệt độ Dallas.

Bạn có thể đọc bài viết này để biết thêm chi tiết về cảm biến DS18B20.

Bước 7: Mạch sạc USB

Bộ chuyển đổi buck MP2307 được sử dụng để cung cấp điện có thể cung cấp dòng điện lên đến 3A. Vì vậy, nó có đủ lợi nhuận để sạc các thiết bị USB. Ổ cắm USB VCC được kết nối với 5V và GND được kết nối với GND. Bạn có thể tham khảo sơ đồ trên.

Lưu ý: Điện áp đầu ra USB không được duy trì ở mức 5V khi dòng tải vượt quá 1A. Vì vậy, tôi khuyên bạn nên hạn chế tải USB dưới 1A.

Bước 8: Thuật toán tính phí

Khi bộ điều khiển được kết nối với pin, chương trình sẽ bắt đầu hoạt động. Ban đầu, nó kiểm tra xem điện áp của bảng điều khiển có đủ để sạc pin hay không. Nếu có, thì nó sẽ đi vào chu kỳ tính phí. Chu kỳ sạc bao gồm 3 giai đoạn.

Giai đoạn 1 Phí số lượng lớn:

Arduino sẽ kết nối trực tiếp Bảng điều khiển năng lượng mặt trời với pin (chu kỳ nhiệm vụ 99%). Điện áp của pin sẽ tăng dần. Khi điện áp của pin đạt 14,4V, giai đoạn 2 sẽ bắt đầu.

Trong giai đoạn này, dòng điện gần như không đổi.

Giai đoạn 2 Phí hấp thụ:

Trong giai đoạn này, Arduino sẽ điều chỉnh dòng sạc bằng cách duy trì mức điện áp ở mức 14,4 trong một giờ. Điện áp được giữ không đổi bằng cách điều chỉnh chu kỳ làm việc.

Giai đoạn 3 Phí nổi:

Bộ điều khiển tạo ra điện tích nhỏ giọt để duy trì mức điện áp ở 13,5V. Giai đoạn này giữ cho pin được sạc đầy. Nếu điện áp pin nhỏ hơn 13,2V trong 10 phút.

Chu kỳ sạc sẽ được lặp lại.

Bước 9: Kiểm soát tải

Để tự động kết nối và ngắt tải bằng cách theo dõi hoàng hôn / bình minh và điện áp pin, điều khiển tải được sử dụng.

Mục đích chính của điều khiển tải là ngắt tải khỏi pin để bảo vệ nó khỏi phóng điện sâu. Phóng điện sâu có thể làm hỏng pin.

Đầu cuối tải DC được thiết kế cho tải DC công suất thấp như đèn đường.

Bản thân bảng PV được sử dụng làm cảm biến ánh sáng.

Giả sử điện áp bảng điều khiển năng lượng mặt trời> 5V có nghĩa là bình minh và khi <5V chạng vạng.

Điều kiện BẬT: Vào buổi tối, khi mức điện áp PV giảm xuống dưới 5V và điện áp pin cao hơn cài đặt LVD, bộ điều khiển sẽ bật tải và đèn led màu xanh lá cây của tải sẽ phát sáng.

Điều kiện TẮT: Tải sẽ cắt trong hai điều kiện sau.

1. Vào buổi sáng khi điện áp PV lớn hơn 5v, 2. Khi điện áp pin thấp hơn cài đặt LVD Đèn LED màu đỏ của tải ON cho biết tải đã bị cắt.

LVD được gọi là Ngắt kết nối điện áp thấp

Bước 10: Nguồn và Năng lượng

Công suất: Công suất là tích số của điện áp (vôn) và dòng điện (Amp)

P = VxI Đơn vị công suất là Watt hoặc KW

Năng lượng: Năng lượng là sản phẩm của công suất (watt) và thời gian (Giờ)

E = Pxt Đơn vị năng lượng là Watt giờ hoặc Kilowatt giờ (kWh)

Để theo dõi công suất và năng lượng, logic trên được thực hiện trong phần mềm và các thông số được hiển thị trên màn hình LCD 20x4 char.

Tín dụng hình ảnh: imgoat

Bước 11: Bảo vệ

1. phân cực ngược và bảo vệ dòng ngược cho bảng điều khiển năng lượng mặt trời

Để bảo vệ phân cực ngược và bảo vệ dòng ngược, một diode Schottky (MBR2045) được sử dụng.

2. Bảo vệ xả quá mức & xả sâu

Phần mềm thực hiện bảo vệ quá tải và phóng điện sâu.

3. Bảo vệ ngắn mạch và quá tải

Bảo vệ ngắn mạch và quá tải được thực hiện bằng cầu chì F1.

4. bảo vệ quá áp ở đầu vào bảng điều khiển năng lượng mặt trời

Quá áp tạm thời xảy ra trong hệ thống điện vì nhiều lý do, nhưng sét gây ra quá áp nghiêm trọng nhất. Điều này đặc biệt đúng với các hệ thống PV do các vị trí tiếp xúc và cáp kết nối hệ thống. Trong thiết kế mới này, tôi đã sử dụng một diode TVS hai chiều 600 watt (P6KE36CA) để ngăn chặn sét và quá áp ở các đầu cuối PV.

tín dụng hình ảnh: freeimages

Bước 12: Chỉ báo LED

1. Đèn LED năng lượng mặt trời: LED1 Một đèn LED hai màu (đỏ / xanh lá cây) được sử dụng để chỉ thị thời điểm năng lượng mặt trời tức là hoàng hôn hoặc bình minh.

Đèn LED năng lượng mặt trời ------------------- Trạng thái năng lượng mặt trời

Ngày xanh

Đêm đỏ

2. Đèn LED trạng thái sạc pin (SOC): LED2

Một thông số quan trọng xác định nội dung năng lượng của pin là Trạng thái sạc (SOC). Thông số này cho biết pin còn bao nhiêu lần sạc. Đèn LED RGB được sử dụng để cho biết trạng thái sạc của pin. Để kết nối, hãy tham khảo sơ đồ trên.

Đèn LED pin ---------- Trạng thái pin

RED ------------------ Điện áp THẤP

GREEN ------------------ Điện áp khỏe

BLUE ------------------ Đã sạc đầy

2. Tải LED: LED3

Đèn LED hai màu (đỏ / xanh lá cây) được sử dụng để chỉ báo trạng thái tải. Tham khảo sơ đồ trên để kết nối.

Tải LED ------------------- Trạng thái tải

GREEN ----------------------- Đã kết nối (BẬT)

ĐỎ ------------------------- Đã ngắt kết nối (TẮT)

Bước 13: Màn hình LCD

Một màn hình LCD 20X4 được sử dụng để theo dõi bảng điều khiển năng lượng mặt trời, pin và các thông số tải.

Để đơn giản, một màn hình LCD I2C được chọn cho dự án này. Nó chỉ cần 4 dây để giao tiếp với Arduino.

Kết nối bên dưới:

LCD Arduino

VCC 5V, GNDGND, SDAA4, SCLA5

Hàng-1: Điện áp bảng điều khiển năng lượng mặt trời, Dòng điện và Công suất

Hàng-2: Điện áp pin, nhiệt độ và trạng thái bộ sạc (Sạc / Không sạc)

Hàng-3: Dòng tải, nguồn và trạng thái tải

Hàng-4: Năng lượng đầu vào từ bảng điều khiển Mặt trời và Năng lượng do tải tiêu thụ.

Bạn phải tải xuống thư viện từ LiquidCrystal_I2C.

Bước 14: Tạo mẫu và thử nghiệm

1. Breadboard:

Đầu tiên, tôi tạo mạch trên Breadboard. Ưu điểm chính của bảng mạch không hàn là nó không hàn. Vì vậy, bạn có thể dễ dàng thay đổi thiết kế chỉ bằng cách rút các thành phần và dây dẫn khi bạn cần.

2. Bảng đục lỗ:

Sau khi thực hiện kiểm tra breadboard, tôi đã tạo mạch trên Bảng đục lỗ. Để thực hiện nó, hãy làm theo hướng dẫn bên dưới

i) Đầu tiên, chèn tất cả các bộ phận vào lỗ của Bảng đục lỗ.

ii) Hàn tất cả các miếng đệm thành phần và cắt bớt các chân thừa bằng kềm.

iii) Kết nối các miếng hàn bằng cách sử dụng dây theo sơ đồ.

iv) Sử dụng chế độ chờ để cách ly mạch điện với đất.

Bảng mạch đục lỗ thực sự mạnh và có thể được triển khai vĩnh viễn trong một dự án. Sau khi kiểm tra nguyên mẫu, nếu mọi thứ hoạt động hoàn hảo, chúng tôi có thể chuyển sang thiết kế PCB cuối cùng.

Bước 15: Thiết kế PCB

Tôi đã vẽ sơ đồ bằng cách sử dụng phần mềm trực tuyến EasyEDA sau đó chuyển sang bố cục PCB.

Tất cả các thành phần bạn đã thêm trong giản đồ phải ở đó, xếp chồng lên nhau, sẵn sàng được đặt và định tuyến. Kéo các thành phần bằng cách nắm vào miếng đệm của nó. Sau đó, đặt nó bên trong đường viền hình chữ nhật.

Sắp xếp tất cả các thành phần sao cho bo mạch chiếm không gian tối thiểu. Kích thước bo mạch càng nhỏ thì chi phí sản xuất PCB càng rẻ. Sẽ rất hữu ích nếu bảng này có một số lỗ gắn trên đó để có thể gắn nó vào trong một vỏ bọc.

Bây giờ bạn phải định tuyến. Định tuyến là phần thú vị nhất của toàn bộ quá trình này. Nó giống như giải một câu đố! Sử dụng công cụ theo dõi, chúng tôi cần kết nối tất cả các thành phần. Bạn có thể sử dụng cả lớp trên cùng và lớp dưới cùng để tránh chồng chéo giữa hai bản nhạc khác nhau và làm cho bản nhạc ngắn hơn.

Bạn có thể sử dụng lớp Silk để thêm văn bản vào bảng. Ngoài ra, chúng tôi có thể chèn một tệp hình ảnh, vì vậy tôi thêm một hình ảnh biểu trưng trang web của mình sẽ được in trên bảng. Cuối cùng, bằng cách sử dụng công cụ vùng đồng, chúng ta cần tạo vùng nền của PCB.

Bây giờ PCB đã sẵn sàng để sản xuất.

Bước 16: Tải xuống tệp Gerber

Sau khi tạo ra PCB, chúng tôi phải tạo các tệp có thể được gửi đến một công ty sản xuất PCB. Công ty này sẽ gửi lại cho chúng tôi một số PCB thực.

Trong EasyEDA Bạn có thể xuất Tệp Chế tạo (tệp Gerber) qua Tài liệu> Tạo Gerber, hoặc bằng cách nhấp vào nút Tạo Gerber từ thanh công cụ. Tệp Gerber được tạo là một gói nén. Sau khi giải nén, bạn có thể thấy 8 tệp sau:

1. Đồng đáy:.gbl

2. Đồng hàng đầu:.gtl

3. Mặt nạ hàn đáy:.gbs

4. Mặt nạ hàn hàng đầu:.gts

5. Màn hình lụa dưới cùng:.gbo

6. Màn hình lụa hàng đầu:.gto

7. Khoan:.drl

8. Outline:.outline

Bạn có thể tải xuống các tệp Gerber từ PCBWay

Khi bạn đặt hàng từ PCBWay, tôi sẽ nhận được khoản quyên góp 10% từ PCBWay cho những đóng góp cho công việc của tôi. Sự giúp đỡ nhỏ của bạn có thể khuyến khích tôi làm những công việc tuyệt vời hơn trong tương lai. Cảm ơn bạn đã hợp tác của bạn.

Bước 17: Sản xuất PCB

Bây giờ đã đến lúc tìm ra một nhà sản xuất PCB có thể biến các tệp Gerber của chúng ta thành một PCB thực sự. Tôi đã gửi các tệp Gerber của mình đến JLCPCB để sản xuất PCB của tôi. Dịch vụ của họ là cực kỳ tốt. Tôi đã nhận được PCB của mình ở Ấn Độ trong vòng 10 ngày.

BOM cho dự án được đính kèm dưới đây.

Bước 18: Hàn các thành phần

Sau khi nhận bo mạch từ nhà PCB fab, bạn phải hàn các thành phần.

Đối với Hàn, bạn sẽ cần một Bàn ủi hàn tốt, Kềm hàn, Kềm, Chén khử màu hoặc Máy bơm và một đồng hồ vạn năng.

Thực hành tốt là hàn các thành phần theo chiều cao của chúng. Hàn các thành phần có chiều cao thấp hơn trước.

Bạn có thể làm theo các bước sau để hàn các thành phần:

1. Đẩy các chân linh kiện qua các lỗ của chúng và xoay PCB ở mặt sau của nó.

2. Giữ đầu mỏ hàn vào phần tiếp giáp của miếng đệm và chân của linh kiện.

3. Nạp chất hàn vào mối nối để nó chảy xung quanh dây dẫn và bao phủ miếng đệm. Khi nó đã chảy ra xung quanh, hãy di chuyển đầu nhọn ra xa.

4. Cắt bớt phần chân thừa bằng Kềm.

Thực hiện theo các quy tắc trên để hàn tất cả các thành phần.

Bước 19: Gắn cảm biến dòng ACS712

Cảm biến dòng ACS712 mà tôi nhận được có một đầu nối vít hàn sẵn để kết nối. Để hàn mô-đun trực tiếp trên bảng mạch PCB, trước tiên bạn phải giải nhiệt cho đầu nối vít.

Tôi làm khô đầu nối trục vít với sự trợ giúp của một máy bơm khử mùi như hình trên.

Sau đó, tôi hàn ngược mô-đun ACS712.

Để kết nối thiết bị đầu cuối Ip + và Ip- với PCB, tôi đã sử dụng các chân của thiết bị đầu cuối diode.

Bước 20: Thêm công cụ chuyển đổi Buck

Để hàn module Buck Converter, bạn phải chuẩn bị 4 chân cắm thẳng như hình trên.

Hàn 4 chân tiêu đề ở X1, 2 chân dành cho đầu ra và hai chân còn lại dành cho đầu vào.

Bước 21: Thêm Arduino Nano

Khi bạn mua các tiêu đề thẳng, chúng sẽ quá dài đối với Arduino Nano. Bạn sẽ cần phải cắt chúng xuống một độ dài thích hợp. Điều này có nghĩa là mỗi chân có 15 chân.

Cách tốt nhất để cắt các mảnh tiêu đề nữ là đếm ra 15 chân, kéo chốt thứ 16, sau đó dùng kềm cắt khoảng cách giữa ghim thứ 15 và 17.

Bây giờ chúng ta cần cài đặt các tiêu đề cái vào PCB. Lấy các tiêu đề nữ của bạn và đặt chúng vào các tiêu đề nam trên bảng Arduino Nano.

Sau đó, hàn các chân cắm đầu cái vào PCB Bộ điều khiển sạc.

Bước 22: Chuẩn bị MOSFET

Trước khi hàn MOSFET Q1 Q2 và diode D1 vào PCB, tốt hơn là bạn nên gắn các tấm tản nhiệt vào chúng trước. Các tấm tản nhiệt được sử dụng để di chuyển nhiệt ra khỏi thiết bị nhằm duy trì nhiệt độ thiết bị thấp hơn.

Phủ một lớp hợp chất tản nhiệt lên tấm đế kim loại MOSFET. Sau đó đặt miếng đệm dẫn nhiệt vào giữa MOSFET và tản nhiệt và vặn chặt vít. Bạn có thể đọc bài viết này về lý do tại sao tản nhiệt là điều cần thiết.

Cuối cùng, hàn chúng vào PCB bộ điều khiển sạc.

Bước 23: Lắp đặt Standoffs

Sau khi hàn tất cả các bộ phận, hãy lắp chân đế ở 4 góc. Tôi đã sử dụng Ổ cắm hình lục giác bằng đồng M3.

Việc sử dụng chân đế sẽ cung cấp đủ độ hở cho các mối hàn và dây dẫn khỏi mặt đất.

Bước 24: Phần mềm & Thư viện

Đầu tiên, tải xuống Mã Arduino đính kèm. Sau đó tải xuống các thư viện sau và cài đặt chúng.

1. Một dây

2. Nhiệt độ Dallas

3. LiquidCrystal_I2C

4. Thư viện PID

Toàn bộ mã được chia thành khối chức năng nhỏ để tạo sự linh hoạt. Giả sử người dùng không quan tâm đến việc sử dụng màn hình LCD và hài lòng với chỉ dẫn bằng đèn LED. Sau đó, chỉ cần vô hiệu hóa lcd_display () từ vòng lặp void (). Đó là tất cả. Tương tự, theo yêu cầu của người dùng, anh ta có thể bật và tắt các chức năng khác nhau.

Sau khi cài đặt tất cả các thư viện trên, hãy tải lên Mã Arduino.

Lưu ý: Tôi hiện đang làm việc trên phần mềm để triển khai thuật toán tính phí tốt hơn. Vui lòng giữ liên lạc để nhận phiên bản mới nhất.

Cập nhật vào 02.04.2020

Đã tải lên phần mềm mới với thuật toán sạc được cải tiến và triển khai bộ điều khiển PID trong đó.

Bước 25: Thử nghiệm cuối cùng

Kết nối các cực pin của Bộ điều khiển sạc (BAT) với pin 12V. Hãy chắc chắn rằng phân cực là chính xác. Sau khi kết nối, đèn LED và màn hình LCD sẽ bắt đầu hoạt động ngay lập tức. Bạn cũng sẽ nhận thấy điện áp và nhiệt độ của pin trên hàng thứ 2 của màn hình LCD.

Sau đó kết nối Bảng điều khiển năng lượng mặt trời với thiết bị đầu cuối năng lượng mặt trời (SOL), bạn có thể thấy điện áp, dòng điện và nguồn năng lượng mặt trời trên hàng đầu tiên của màn hình LCD. Tôi đã sử dụng nguồn điện trong phòng thí nghiệm để mô phỏng Bảng điều khiển năng lượng mặt trời. Tôi đã sử dụng Đồng hồ đo điện của mình để so sánh các giá trị Điện áp, Dòng điện và Công suất với màn hình LCD.

Quy trình kiểm tra được hiển thị trong video demo này

Trong tương lai, tôi sẽ thiết kế một bao vây in 3D cho dự án này. Giữ liên lạc.

Dự án này là một mục trong Cuộc thi PCB, hãy bình chọn cho tôi. Sự bình chọn của các bạn là nguồn cảm hứng thực sự giúp tôi làm việc chăm chỉ hơn để viết nên những dự án hữu ích hơn như thế này.

Cảm ơn bạn đã đọc bài có thể hướng dẫn của tôi. Nếu bạn thích dự án của tôi, đừng quên chia sẻ nó.

Nhận xét và phản hồi luôn được chào đón.

Về nhì trong Thử thách thiết kế PCB