Используйте маломощный Arduino с солнечной панелью

Question

Используйте маломощный Arduino с солнечной панелью

arduino-uno sensors battery temperature-sensor solar

Я пытаюсь создать систему Arduino с радиопередатчиками и радиоприемниками. Система работает от перезаряжаемой батареи, которая заряжается от солнечной панели. Я использую солнечную панель 1,1 Вт 6 В.

Моя проблема в том, что я не знаю, как сделать такое подключение, и я не знаю, какие батареи выбрать для питания ардуино, предполагая, что мне нужно, чтобы она работала в течение 5-7 дней без солнечной энергии и что солнечная панель достаточно хороша для подзарядки батарей, пока они питают Arduino. Мы также предполагаем, что на солнечную панель 8 часов солнечного света.

К ардуино подключены следующие датчики:

Датчик пламени
Осветительный резистор x2
Датчик дыма
Радиопередатчик
Радиоприемник
Температура и усилители DHT11 Датчик влажности

Я также хочу посмотреть, смогу ли я отключить большинство датчиков и включить их позже, если произойдет событие. Так что, вероятно, все датчики могут спать, кроме DHT11 и радиоприемника. Желательно, если это вообще возможно, чтобы остальные датчики были включены, если мы можем продержаться 5-7 дней без солнечной панели. Я не знаю, нужна ли дополнительная информация, но я был бы рад помочь в комментариях или предоставить дополнительную информацию, отредактировав вопрос. :)

@Filip, 👍0

Обсуждение

Почему вы хотите, чтобы DHT11 всегда был включен?, @Gerben

Посмотрите на https://thecavepearlproject.org/. В нем очень подробно рассказывается о том, как запускать Arduino и датчики при очень низких токах., @Gerben

@Gerben DHT11 должен быть одним, потому что он будет предоставлять информацию по запросу и предупреждать о повышении температуры. Так что он всегда должен быть включен, @Filip

Нет. Arduino должен быть включен. Arduino опрашивает DHT11, скажем, раз в минуту. Вы можете отключить питание от DHT11, когда он не используется. Затем повторно включите питание, когда вам потребуется новое измерение температуры. (Хотя вам может понадобиться добавить некоторую задержку между включением питания и получением показаний)., @Gerben

@Gerben Да, это был план, хотя я измерял схему без него и постоянно считывал с него, и он был ниже 1 мА, поэтому я предположил, что 1 мА был средним потреблением, просто чтобы быть уверенным, прежде чем переписывать эту часть кода, проводя измерения каждую минуту, а не каждые 2 секунды без отключения питания., @Filip

1 ответ

Лучший ответ:

@*Majenko* · Accepted Answer · 2020-03-03 10:14-00:00

У вас слишком много переменных и неизвестных. В первую очередь вам нужно знать, каково среднее потребление тока для вашей схемы. Во-вторых, вам нужно решить, как долго солнечная энергия может использоваться для перезарядки батареи. Вы должны думать не только о времени работы, но и о времени зарядки. Время зарядки определяет максимальную емкость батареи, а это определяет время работы Arduino. Итак, вот некоторые математические расчеты на салфетках для иллюстрации:

Предполагая, что вы хотите зарядить аккумулятор от почти полностью разряженного до полного за 8 часов, а с помощью солнечного элемента мощностью 1,1 Вт и напряжением 6 В пиковый ток составит 183 мА.

Предполагая, что схема Arduino потребляет в среднем 83 мА (давайте приведем здесь круглые числа), остается 100 мА пикового значения для зарядки аккумулятора.

Если вы заряжаете, скажем, при температуре 0,2 C, полная зарядка займет 5 часов. 100 мА / 0,2°C = емкость 500 мАч (при максимальном солнечном свете и силе тока).

При емкости 500 мАч и среднем потреблении тока 83 мА это дает вам (0,5/0,083) 6 часов работы без солнечных панелей.

Так что это просто не сработает. К утру он будет мертв.

Теперь предположим, что вы можете отключить все в 99 % случаев. Это эффективно снижает наше среднее потребление тока до 0,083 * 0,01 = 830 мкА. Подключим это к тому же рассуждению, что и выше.

Потребляемый ток = 0,00083 А
Входящий пиковый ток = 0,183
Доступный ток заряда = 0,183–0,00083 = 0,18217
Зарядка при 0,2C = 910 мАч.
Аккумулятор емкостью 1 Ач будет заряжаться примерно за 5,5 часов при ярком солнечном свете.
1 Ач будет работать около 1200 часов или 100 дней.

При этом не учитываются различные уровни освещенности или углы падения света. Как показывает опыт, примите свет в среднем на 50% в течение 8-часового периода. Вы получите только 1,1 Вт, когда угол падения составляет 90 ° по отношению к солнечной панели. В остальное время она будет снижена. Таким образом, если мы уменьшим ток со 183 мА до, скажем, 100 мА, емкость заряда изменится на:

Входящий пиковый ток = 0,100
Доступный ток заряда = 0,100–0,00083 = 0,099
Зарядка при 0,2°C = 496 мАч.
Батарея емкостью 500 мАч заряжается примерно за 5 часов.
Батарея емкостью 500 мАч будет работать около 50 дней при среднем токе 830 мкА.

Итак, вы видите, что все на самом деле зависит от потребления тока Arduino. То, сколько тока он потребляет, определяет, сколько доступно для зарядки батареи, что, в свою очередь, определяет размер батареи, которую вы можете поддерживать, что определяет величину тока, которую вы можете потреблять в течение желаемого времени работы, что, в свою очередь, определяет величину зарядного тока. доступный, что определяет размер батареи, которую вы можете поддерживать, что диктует ... и т. д. Вы поняли.

Конечно, вы можете поддерживать аккумуляторы большего размера. Я проиллюстрировал это при скорости зарядки 0,2 C (это 20 % заряда в час, что дает 5 часов времени зарядки). Пока чистый заряд со временем увеличивается (например, в периоды между 5-7 днями полной темноты вы получаете больше заряда, чем расходуете в течение периода темноты - что-то, что не указано), тогда он должен работать нормально.

Также обратите внимание, что напряжение вашей батареи должно быть ниже напряжения вашей солнечной панели. Солнечная батарея на 6 В сможет заряжать свинцово-кислотную батарею на 4,5 В (при условии наличия защитных диодов Шоттки с малым падением напряжения). Кроме того, емкость батареи зависит также от того, какое напряжение вы определяете как «отсечку». Это то, насколько низким может быть напряжение батареи, прежде чем ваша система будет признана неработоспособной. Это может быть в момент, когда батарея может быть повреждена из-за чрезмерного разряда, или в момент, когда ваша схема больше не получает достаточного напряжения для работы (что может быть связано с частотой генератора на микросхемах ATMega) и т. д. Для По этой причине часто лучше выбрать плату, которая предназначена для работы при более низком напряжении (3,3 В) и использовать высокоэффективное регулирование переключения, чтобы получить максимальную отдачу от вашей батареи. Arduino 5V редко бывает хорошим выбором.

Нахождение правильного баланса теперь полностью зависит от вас.

И, отвечая на другой ваш вопрос, да, есть способы включать и выключать вещи. Вы можете «усыпить» Arduino. Можно использовать высокоэффективные силовые цепи. Вы можете добавить схемы переключения питания (P-MOSFET) для включения и выключения питания других модулей. Все можно (и в большинстве случаев нужно) сделать для экономии энергии при работе от батарей.