Ánh sáng bình năng lượng mặt trời đầy màu sắc: 9 bước (có hình ảnh)

2024 Tác giả: John Day | [email protected]. Sửa đổi lần cuối: 2024-01-30 13:33

Cách đơn giản nhất để làm một chiếc đèn năng lượng mặt trời là tháo rời một trong những chiếc đèn sân vườn năng lượng mặt trời giá rẻ đó và cố định nó vào một chiếc lọ thủy tinh. Là một kỹ sư, tôi muốn một cái gì đó phức tạp hơn. Những ánh sáng trắng đó thật nhàm chán vì vậy tôi quyết định quay thiết kế của riêng mình dựa trên Arduino, đèn LED RGB và cảm biến để có thể thay đổi màu sắc bằng cách nghiêng ánh sáng.

Pin mặt trời sạc pin lithium và cũng đóng vai trò như một bộ cảm biến ánh sáng để tự động bật đèn khi trời tối. Tôi đã rất cẩn thận trong việc thiết kế để giảm tiêu thụ điện năng khi đèn tắt và tất cả năng lượng thu hoạch có thể được sử dụng để thắp sáng khu vườn của bạn. Có thể tìm thấy thêm chi tiết về quá trình thiết kế trên blog của tôi: BashtelorOfScience.

Bước 1: Các bộ phận

Bạn sẽ cần những thành phần sau:

• 1 lọ thủy tinh (Tôi lấy chúng ở IKEA)
• 1x SolarGardenJarLight PCB
• 1x bộ điều khiển sạc TP4054 (IC1)
• Điện trở 2x, 1M, 0805 (R4, R6)
• Điện trở 2x, 10M, 0805 (R3, R5)
• Điện trở 3x, 10k, 0805 (R1, R2, R7)
• Tụ điện 4x, 1uF, 0805 (C1, C2, C3, C4)
• 1x LED, 0805, xanh lục (LED1)
• 1x AO3401 MOSFET, kênh P, SOT23 (Q1)
• 1x dải LED WS2812 cắt thành 3 đèn LED (100 đèn LED trên mét)
• 1x mô-đun gia tốc kế ADXL345
• 1x Pin Lithium, 500mAh, không lớn hơn 40x40mm
• 1x Bảng điều khiển năng lượng mặt trời, 5V hoặc 5.5V, 45x45mm hoặc 60x60mm

• 1x Arduino Pro Mini (ATmega328P hoặc ATmega168P, phiên bản 5V / 16MHz)

Tất cả các thành phần có sẵn trên aliexpress bởi các nhà cung cấp khác nhau. Tôi đã làm sẵn PCB trên các dirtyPCB: nó có thể được đặt hàng với màu đen hoặc trắng (bạn sẽ nhận được 10 PCB). Giá mỗi chiếc đèn lồng khi đặt hàng 10 chiếc là khoảng 12 $.

Bước 2: Chuẩn bị Arduino cho nguồn điện thấp

Arduino Pro Mini tạo ra rất nhiều dòng điện tĩnh vì nó có đèn LED nguồn luôn bật và bộ điều chỉnh điện áp cũng là một con thú đói điện nếu chúng ta đang nói về dòng điện thấp theo thứ tự của micro amps. Bạn phải loại bỏ hai thành phần này. Có một số phiên bản sao chép Arduino trên mạng. Trong ảnh trên, tôi đã đánh dấu đèn LED và bộ điều chỉnh điện áp trong các phiên bản thường thấy nhất.

Để loại bỏ các thành phần, hãy sử dụng một mỏ hàn và đặt nhiều thuốc hàn vào các thành phần và làm nóng chúng thật tốt. Nếu cần, hãy làm sạch miếng đệm sau đó bằng bấc hàn. Cũng có thể loại bỏ các thành phần thô bạo bằng dao cắt bên hoặc dao. Chỉ cần cẩn thận để không làm hỏng PCB.

Bây giờ cũng là thời điểm tốt để tải lên bản phác thảo. Tôi sử dụng phiên bản 1.8.4 của Arduino IDE nhưng nó cũng sẽ hoạt động trong các phiên bản mới hơn hoặc cũ hơn. Arduino Pro Mini không có USB trên bo mạch, vì vậy bạn phải sử dụng bộ chuyển đổi USB sang UART bên ngoài. Nhận một cái từ nhà cung cấp Arduino yêu thích của bạn hoặc bạn có thể tìm thấy chúng với giá dưới 2 đô la trên aliexpress. Có rất nhiều hướng dẫn trực tuyến về cách lập trình Pro Mini. Lưu ý rằng các bản sao Arduno không phải lúc nào cũng sử dụng cùng một thứ tự chân cắm, vì vậy hãy kiểm tra kỹ hệ thống dây điện của bạn trước khi cắm vào. Ngoài ra, hãy đảm bảo rằng bạn đã chọn đúng bảng mạch (Arduino Pro Mini) và bộ xử lý phù hợp được chọn trong menu Công cụ Arduino IDE (ATmega328P hoặc ATmega168P, 5V, 16MHz).

Bước 3: Hàn các thành phần SMD

Sử dụng hình ảnh bố cục ở trên để đặt tất cả các thành phần vào đúng vị trí. Các chỉ định thành phần nằm trong danh sách bộ phận ở bước 1.

Nếu bạn cần sơ đồ hoặc bố cục, bạn có thể tải về các tệp thiết kế đại bàng tại đây.

Một số thành phần khá nhỏ và có thể khó hàn đối với một tân binh. Tôi sử dụng một ống tiêm với một vòi phun nhỏ để đặt chất hàn lên miếng đệm và sau đó hàn lại các thành phần bằng cách sử dụng tấm hàn bia nhà tôi nhưng tất nhiên bạn cũng có thể làm điều đó bằng cách sử dụng mỏ hàn và dây hàn 0,8mm (hoặc mỏng hơn).

Sau khi hàn tất cả các thành phần, sử dụng kính lúp để kiểm tra công việc của bạn và kiểm tra các mạch ngắn, đặc biệt là trên bộ điều khiển sạc.

Bước 4: Hàn Arduino

Để giao tiếp với gia tốc kế bằng giao thức truyền thông I2C, chúng ta phải kết nối các chân A4 và A5 của arduino với PCB. Các chân này thường ở cạnh bộ xử lý (xem ảnh ở bước 2) nhưng trên một số bản sao, chúng nằm ở cạnh và không phải lúc nào cũng ở cùng một vị trí. Thiết kế PCB hoạt động với tất cả các phiên bản khác nhau: đối với phiên bản tiêu chuẩn với các chân bên cạnh bộ xử lý, hãy thêm đầu cắm pin như hình trên.

Đối với các phiên bản khác, bạn có thể sử dụng một đoạn dây để kết nối các chân A4 và A5 với các miếng đệm trên PCB. Cắt dây theo chiều dài sau khi hàn.

Một số arduinos đi kèm với hàn đầu ghim, một số thì không. Tôi thấy cách dễ nhất là hàn các tiêu đề vào pcb đèn trong vườn trước và sau đó thêm Arduino. Chỉ cần đảm bảo các tiêu đề được hàn thẳng hàng nếu không bạn sẽ gặp khó khăn khi lắp các ghim vào miếng đệm.

Bước 5: Hoàn thiện PCB

Khi hàn mô-đun gia tốc kế ADXL345, điều quan trọng là nó phải song song với PCB. Cách tốt nhất để đảm bảo điều này là đặt mô-đun trực tiếp trên PCB và chèn đầu pin từ bên dưới như thể hiện trong ảnh. Thêm chất hàn từ phía trên và sau khi cắt tiêu đề ở phía dưới cũng thêm chất hàn vào đó.

Cắt tất cả các ghim ở mặt dưới bằng dao cắt bên cạnh sau đó dán một số băng keo dán lên trên tất cả các ghim để ngăn các ghim nhọn cong vào pin và bị chập.

Bước cuối cùng là thêm dải đèn LED. Đảm bảo cực tính của miếng đệm là chính xác và chú ý đến hướng chân dữ liệu: khớp các mũi tên trên dải đèn LED với các mũi tên trên PCB.

Bước 6: Bảng điều khiển năng lượng mặt trời và pin

Sử dụng dây cáp dài khoảng 5cm để kết nối bảng điều khiển năng lượng mặt trời với hai tấm đệm được đánh dấu 'mặt trời' và chú ý đến các ký hiệu cộng và trừ.

Thứ cuối cùng để hàn là pin. Hãy cẩn thận hơn ở đây: pin lithium có rất nhiều năng lượng và có thể khiến PCB của bạn bốc khói nếu bạn vô tình làm thiếu một số dấu vết. Nếu chưa có, hãy dán một ít băng dính lên dây dương của pin để tránh tình trạng chập điện ngẫu nhiên. Hàn cáp trừ màu đen trước vì nó khó hàn hơn. Tháo băng bảo vệ khỏi dây màu đỏ và hàn nó. Bạn sẽ thấy đèn LED trên bảng Arduino nhấp nháy một thời gian ngắn khi bạn kết nối pin.

Nếu bạn đã tải bản phác thảo lên Arduino, bây giờ bạn có thể bật đèn bằng cách chạm liên tục vào PCB bằng móng tay. Nếu nó không hoạt động, bạn phải bắt đầu gỡ lỗi bằng cách sử dụng đồng hồ vạn năng. Kiểm tra điện áp của pin trước. Nếu không có điện, nó có thể đang ở chế độ bảo vệ. Chiếu một số ánh sáng rực rỡ trên bảng điều khiển năng lượng mặt trời để tháo pin ra khỏi chế độ này. Nếu điều này không hữu ích và vẫn không có điện, hãy ngắt kết nối pin và kiểm tra PCB của bạn xem có đoản mạch hoặc hở mạch hay không với sự trợ giúp của sơ đồ cho đến khi bạn tìm thấy lỗi.

Bước 7: Kết thúc ánh sáng

Sau khi kiểm tra thành công, hãy cố định mạch pin vào mặt dưới của PCB bằng keo hoặc băng dính hai mặt. Không sử dụng bất kỳ loại keo gốc nước nào như keo trắng vì nó dẫn điện cho đến khi khô. Điều tốt nhất để sử dụng là silicone.

Cố định bảng điều khiển năng lượng mặt trời trên đầu pin cũng sử dụng keo hoặc băng dính hai mặt để tạo thành một chiếc bánh sandwich điện tử nhỏ xinh. Gài dây cáp và cố định chúng bằng một ít keo và để mọi thứ khô. Kiểm tra xem nó vẫn hoạt động trước khi lắp vào bình.

Bước 8: Lắp ráp bình

Lấy lọ thủy tinh của bạn và đảm bảo rằng tấm pin năng lượng mặt trời sẽ vừa với nắp. Về cơ bản, bạn có thể sử dụng bất kỳ lọ nào bạn thích miễn là nó trong suốt ở trên cùng và không thấm nước.

Chất kết dính được ưa chuộng là silicone vì nó có thể dễ dàng chịu được nhiệt độ cao và thấp bên ngoài. Càng trong suốt càng tốt nhưng loại có màu hơi sữa hoạt động tốt, chỉ cần không nhận được silicone trắng hoặc xám. Bạn cũng có thể sử dụng epoxy nhưng nó có thể bị nứt khi chịu ứng suất nhiệt.

Quét một ít silicone lên kính rồi dùng keo nhấn đèn với tấm năng lượng mặt trời đối diện với kính tất nhiên là được. Hãy chắc chắn rằng nó trông đẹp từ bên ngoài, loại bỏ, làm sạch lặp lại nếu bạn làm lộn xộn nó sau đó để cho nó khô.

Đặt lọ ở nơi có ánh nắng mặt trời. Phải mất 2-3 ngày dưới ánh sáng mặt trời để sạc đầy pin và thậm chí lâu hơn nếu nó được đặt trong bóng râm. Nếu đèn bắt đầu nhấp nháy màu đỏ, điều đó có nghĩa là pin đã hết và nó cần thêm ánh sáng để sạc lại. Nếu bạn đặt đèn ở nơi tối trong một thời gian dài (tức là vài tuần), pin có thể chết và phải thay thế, vì vậy hãy đảm bảo rằng nó nhận đủ ánh sáng và nó sẽ hoạt động trong nhiều năm.

Bước 9: Hướng dẫn sử dụng

Trên

Đèn sẽ tự động bật vào lúc bình minh nếu phát hiện điều kiện ánh sáng yếu trong vài phút và pin có đủ năng lượng được lưu trữ. Để bật đèn theo cách thủ công, chỉ cần gõ nhẹ vào đầu một vài lần hoặc lắc mạnh bình.

Tắt

Đèn sẽ tự động tắt sau khoảng ba giờ khi được bật theo cách thủ công. Khi nó được bật tự động, nó sẽ chạy cho đến khi pin cạn khoảng một nửa (vì vậy bạn vẫn có thể bật lại theo cách thủ công). Để tắt nó ngay lập tức, hãy lật ngược nó xuống.

Thay đổi màu sắc

Để thay đổi màu sắc, chỉ cần nghiêng đèn. Nó có ba chế độ thay đổi màu sắc:

1. Thay đổi độ sáng
2. Thay đổi màu sắc
3. Thay đổi độ bão hòa màu

Nhấn vào nắp một lần để chuyển đổi giữa các chế độ này. Bạn càng nghiêng, nó càng thay đổi nhanh chóng.

Chế độ nến

Để thay đổi giữa chế độ ánh sáng ổn định và chế độ nến nhấp nháy, bạn chỉ cần nhấn đúp vào nắp. Độ bão hòa và độ sáng được đặt lại về mức mặc định (tối đa) khi chuyển từ chế độ nến sang chế độ ổn định.