ARDUINO PWM SOLAR CHARGE CONTROLLER (V 2.02): 25 krokov (s obrázkami)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Naposledy zmenené: 2024-01-30 11:56

Ak plánujete inštaláciu off-grid solárneho systému s batériovým blokom, budete potrebovať solárny regulátor nabíjania. Jedná sa o zariadenie, ktoré je umiestnené medzi solárnym panelom a batériovou bankou, aby regulovalo množstvo elektrickej energie vyrobenej solárnymi panelmi, ktoré vstupujú do batérií. Hlavnou funkciou je zabezpečiť, aby bola batéria správne nabitá a chránená pred prebitím. Keď vstupné napätie zo solárneho panelu stúpa, regulátor nabíjania reguluje nabíjanie batérií, čím zabraňuje prebíjaniu, a pri vybití batérie odpojí záťaž.

Mojimi solárnymi projektmi si môžete prejsť na mojej webovej stránke: www.opengreenenergy.com a kanáli YouTube: Otvorená zelená energia

Typy regulátorov solárneho nabíjania

V súčasnosti existujú v FV systémoch dva typy regulátorov nabíjania:

1. Regulátor modulácie šírky impulzu (PWM)

2. Ovládač MPPT (Maximum Power Point Tracking)

V tomto návode vám vysvetlím o regulátore solárneho nabíjania PWM. Tiež som predtým uverejnil niekoľko článkov o regulátoroch nabíjania PWM. Predchádzajúca verzia mojich solárnych regulátorov nabíjania je na internete veľmi obľúbená a užitočná pre ľudí na celom svete.

Vzhľadom na pripomienky a otázky z mojich predchádzajúcich verzií som upravil svoj existujúci regulátor nabíjania V2.0 PWM na novú verziu 2.02.

Nasledujú zmeny vo verzii V2.02 w.r.t V2.0:

1. Nízko účinný lineárny regulátor napätia je nahradený Buck prevodníkom MP2307 pre 5V napájanie.

2. Jeden ďalší prúdový snímač na monitorovanie prúdu prichádzajúceho zo solárneho panelu.

3. MOSFET-IRF9540 je nahradený IRF4905 kvôli lepšiemu výkonu.

4. Palubný snímač teploty LM35 je nahradený sondou DS18B20 na presné monitorovanie teploty batérie.

5. Port USB na nabíjanie inteligentných zariadení.

6. Použitie jednej poistky namiesto dvoch

7. Jedna ďalšia LED dióda indikujúca stav slnečnej energie.

8. Implementácia 3 stupňového algoritmu nabíjania.

9. Implementácia PID regulátora v algoritme nabíjania

10. Vyrobil som vlastnú DPS pre projekt

Špecifikácia

1. Regulátor nabíjania a merač energie

2. Automatický výber napätia batérie (6V/12V)

3. Algoritmus nabíjania PWM s nastavenou hodnotou automatického nabíjania podľa napätia batérie

4. LED indikácia stavu nabitia a stavu nabitia

5. 20 x 4 znakový LCD displej na zobrazenie napätí, prúdu, výkonu, energie a teploty.

6. Ochrana pred bleskom

7. Ochrana proti prúdeniu opačného prúdu

8. Ochrana proti skratu a preťaženiu

9. Teplotná kompenzácia pre nabíjanie

10. Port USB na nabíjanie pomôcok

Zásoby

PCB V2.02 si môžete objednať z PCBWay

1. Arduino Nano (Amazon / Banggood)

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

3. Napájacia dióda -MBR2045 (Amazon / Aliexpress)

4. Buck Converter-MP2307 (Amazon / Banggood)

5. Snímač teploty - DS18B20 (Amazon / Banggood)

6. Senzor prúdu - ACS712 (Amazon / Banggood)

7. TVS dióda- P6KE36CA (Amazon / Aliexpress)

8. Tranzistory - 2N3904 (Amazon / Banggood)

9. Rezistory (100k x 2, 20k x 2, 10k x 2, 1k x 2, 330 ohmov x 7) (Amazon / Banggood)

10. Keramické kondenzátory (0,1 uF x 2) (Amazon / Banggood)

11. 20x4 I2C LCD (Amazon / Banggood)

12. RGB LED (Amazon / Banggood)

13. Dvojfarebná LED (Amazon)

15. Prepojovacie vodiče / vodiče (Amazon / Banggood)

16. Kolíky záhlavia (Amazon / Banggood)

17. Tepelné drezy (Amazon / Aliexpress)

18. Držiak poistiek a poistky (Amazon)

19. Tlačidlo (Amazon / Banggood)

22. Skrutkovacie svorky 1x6 pin (Aliexpress)

23. Stojany PCB (Banggood)

24. Zásuvka USB (Amazon / Banggood)

Náradie:

1. Spájkovačka (Amazon)

2. Odpájacie čerpadlo (Amazon)

2. Orezávač a odstraňovač drôtov (Amazon)

3. Skrutkovač (Amazon)

Krok 1: Princíp činnosti regulátora nabíjania PWM

PWM znamená Pulse Width Modulation, čo znamená metódu, ktorou reguluje nabíjanie. Jeho funkciou je znížiť napätie solárneho panelu na napätie blízke batérii, aby sa zaistilo správne nabitie batérie. Inými slovami, uzamknú napätie solárneho panelu na napätie batérie potiahnutím zosilňovača solárneho panelu nadol na napätie batériového systému bez zmeny prúdu.

Na pripojenie a odpojenie solárneho panelu s batériou používa spínač elektroniky (MOSFET). Prepínaním MOSFETu na vysokú frekvenciu s rôznymi šírkami impulzov je možné udržiavať konštantné napätie. Regulátor PWM sa sám nastavuje zmenou šírky (dĺžky) a frekvencie impulzov odosielaných do batérie.

Keď je šírka na 100%, MOSFET je úplne ZAPNUTÝ, čo umožňuje solárnemu panelu hromadne nabíjať batériu. Keď je šírka 0%, tranzistor je VYPNUTÝ a obvody solárneho panelu zabraňujú prúdeniu akéhokoľvek prúdu do batérie, keď je batéria úplne nabitá.

Krok 2: Ako funguje obvod?

Srdcom regulátora nabíjania je doska Arduino Nano. Arduino sníma napätie solárneho panelu a batérie pomocou dvoch obvodov deliča napätia. Podľa týchto úrovní napätia rozhoduje o tom, ako nabíjať batériu a ovládať záťaž.

Poznámka: Na obrázku vyššie je typografická chyba napájacieho a riadiaceho signálu. Červená čiara je pre napájanie a žltá čiara je pre riadiaci signál.

Celá schéma je rozdelená do nasledujúcich obvodov:

1. Obvod distribúcie energie:

Napájanie z batérie (B+ a B-) je pomocou prevodníka Buck X1 (MP2307) znížené na 5V. Výstup z prevodníka dolárov je distribuovaný do

1. Doska Arduino

2. LED diódy pre indikáciu

3. LCD displej

4. Port USB na nabíjanie pomôcok.

2. Vstupné senzory:

Napätia solárneho panelu a batérie sa snímajú pomocou dvoch obvodov deliča napätia pozostávajúcich z odporov R1-R2 a R3-R4. C1 a C2 sú filtračné kondenzátory na filtrovanie nežiaducich šumových signálov. Výstup z deličov napätia je pripojený k analógovým pinom Arduino A0 a A1.

Solárny panel a záťažové prúdy sú snímané pomocou dvoch modulov ACS712. Výstup z prúdových senzorov je pripojený k analógovému kolíku Arduino A3 a A2.

Teplota batérie sa meria pomocou teplotného senzora DS18B20. R16 (4,7K) je vyťahovací odpor. Výstup teplotného senzora je pripojený k Arduino Digital pin D12.

3. Riadiace obvody:

Riadiace obvody sú v zásade tvorené dvoma p-MOSFETmi Q1 a Q2. MOSFET Q1 slúži na odoslanie nabíjacieho impulzu do batérie a MOSFET Q2 slúži na pohon záťaže. Dva budiace obvody MOSFET sa skladajú z dvoch tranzistorov T1 a T2 s výsuvnými odpormi R6 a R8. Základný prúd tranzistorov je riadený odpormi R5 a R7.

4. Ochranné obvody:

Vstupné prepätie zo strany solárneho panelu je chránené diódou TVS D1. Spätný prúd z batérie do solárneho panelu je chránený diódou Schottky D2. Nadprúd je chránený poistkou F1.

5. LED indikácia:

LED1, LED2 a LED3 sa používajú na indikáciu stavu solárnej energie, batérie a stavu nabitia. Rezistory R9 až R15 sú odpory obmedzujúce prúd.

7. LCD displej:

Na zobrazenie rôznych parametrov slúži I2C LCD displej.

8. USB nabíjanie:

USB zásuvka je napojená na 5V výstup z Buck Converter.

9. Reset systému:

SW1 je tlačidlo na resetovanie Arduina.

Schému si môžete stiahnuť vo formáte PDF, ktorý je priložený nižšie.

Krok 3: Hlavné funkcie regulátora solárnej energie

Regulátor nabíjania je navrhnutý tak, aby dodržiaval nasledujúce body.

1. Zabráňte prebíjaniu batérie: Obmedzenie energie dodávanej batérii solárnym panelom, keď je batéria úplne nabitá. Toto je implementované v charge_cycle () môjho kódu.

2. Zabráňte prebitiu batérie: Odpojenie batérie od elektrického zaťaženia, keď je batéria takmer vybitá. Toto je implementované v load_control () môjho kódu.

3. Poskytujte funkcie riadenia záťaže: Na automatické pripojenie a odpojenie elektrického zaťaženia v stanovenom čase. Záťaž sa zapne pri západe slnka a vypne sa pri východe slnka. Toto je implementované v load_control () môjho kódu. 4. Monitorovanie výkonu a energie: Monitorujte výkon a energiu záťaže a zobrazujte ju.

5. Ochrana pred abnormálnymi podmienkami: Na ochranu obvodu pred rôznymi abnormálnymi situáciami, ako sú blesky, prepätie, nadprúd a skrat atď.

6. Indikácia a zobrazenie: Na indikáciu a zobrazenie rôznych parametrov

7. Sériová komunikácia: Na tlač rôznych parametrov v sériovom monitore

8. USB nabíjanie: Na nabíjanie inteligentných zariadení

Krok 4: Meranie napätia

Senzory napätia slúžia na snímanie napätia solárneho panelu a batérie. Implementuje sa pomocou dvoch obvodov deliča napätia. Skladá sa z dvoch rezistorov R1 = 100k a R2 = 20k pre snímanie napätia solárneho panelu a podobne R3 = 100k a R4 = 20k pre napätie batérie. Výstup z R1 a R2 je pripojený k analógovému kolíku Arduino A0 a výstup z R3 a R4 je pripojený k analógovému kolíku Arduino A1.

Meranie napätia: Analógové vstupy Arduino je možné použiť na meranie jednosmerného napätia medzi 0 a 5V (pri použití štandardného analógového referenčného napätia 5V) a tento rozsah je možné zvýšiť pomocou siete deliča napätia. Delič napätia znižuje napätie, ktoré sa meria v rozsahu analógových vstupov Arduino.

Pre obvod deliča napätia Vout = R2/(R1+R2) x Vin

Vin = (R1+R2)/R2 x Vout

Funkcia analogRead () číta napätie a prevádza ho na číslo od 0 do 1023

Kalibrácia: Načítame hodnotu výstupu pomocou jedného z analógových vstupov Arduina a jeho funkcie analogRead (). Táto funkcia generuje hodnotu medzi 0 a 1023, čo je 0,00488 V pre každý prírastok (As 5/1024 = 0,00488 V)

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

Vin = počet ADC*0,00488*(120/20) Volt // Zvýraznená časť je mierkovým faktorom

Poznámka: To nás privádza k presvedčeniu, že údaj 1023 zodpovedá vstupnému napätiu presne 5,0 voltov. V praxi nemusíte vždy dostávať 5V z pinu Arduino 5V. Počas kalibrácie preto najskôr zmerajte napätie medzi 5v a GND pinmi Arduina pomocou multimetra a pomocou stupnice použite nasledujúci vzorec:

Faktor stupnice = namerané napätie/1024

Krok 5: Meranie prúdu

Na meranie prúdu som použil variantu prúdového snímača Hall Effect ACS 712 -5A. Na základe rozsahu jeho aktuálneho snímania existujú tri varianty snímača ACS712. Senzor ACS712 číta aktuálnu hodnotu a prevádza ju na príslušnú hodnotu napätia. Hodnota, ktorá spája tieto dve merania, je Citlivosť. Výstupná citlivosť pre všetky varianty je nasledovná:

Model ACS712 -> Aktuálny rozsah -> Citlivosť

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

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

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

V tomto projekte som použil variant 5A, pre ktorý je citlivosť 185mV/A a stredné snímacie napätie 2,5V, keď nie je žiadny prúd.

Kalibrácia:

analógová hodnota čítania = analogRead (Pin);

Hodnota = (5/1024)*hodnota analógového čítania // Ak z pinu Arduino 5V nedostávate 5 V, potom

Prúd v ampéroch = (hodnota - offsetVoltage) / citlivosť

Ale podľa údajov je ofsetové napätie 2,5 V a citlivosť 185 mV/A

Prúd v amp = (hodnota-2,5)/0,185

Krok 6: Meranie teploty

Prečo je potrebné monitorovanie teploty?

Chemické reakcie batérie sa menia s teplotou. Ako sa batéria zahrieva, zvyšuje sa tvorba plynov. Keď sa batéria ochladí, stane sa odolnejšou voči nabíjaniu. V závislosti od toho, ako sa teplota batérie líši, je dôležité prispôsobiť nabíjanie zmenám teploty. Preto je dôležité prispôsobiť nabíjanie tak, aby zohľadňovalo teplotné efekty. Teplotný snímač bude merať teplotu batérie a solárny regulátor nabíjania pomocou tohto vstupu upraví požadovanú hodnotu nabíjania. Hodnota kompenzácie je - 5 mv /degC /článok pre olovené akumulátory. (–30 mV/ºC pre 12V a 15 mV/ºC pre 6V batériu). Negatívny znak teplotnej kompenzácie naznačuje, že zvýšenie teploty vyžaduje zníženie nastavenej hodnoty nabíjania. Ďalšie podrobnosti nájdete v tomto článku.

Meranie teploty pomocou DS18B20

Na meranie teploty batérie som použil externú sondu DS18B20. Na komunikáciu s mikrokontrolérom používa jednovodičový protokol. Je možné ho pripojiť k portu J4 na doske.

Na prepojenie s teplotným snímačom DS18B20 je potrebné nainštalovať knižnicu One Wire a knižnicu teploty v Dallase.

V tomto článku si môžete prečítať ďalšie podrobnosti o senzore DS18B20.

Krok 7: Nabíjací obvod USB

Buck prevodník MP2307 používaný na napájanie môže dodávať prúd až 3A. Má teda dostatočnú rezervu na nabíjanie pomôcok USB. USB zásuvka VCC je pripojená k 5V a GND je pripojená k GND. Môžete sa obrátiť na vyššie uvedenú schému.

Poznámka: Výstupné napätie USB nie je udržiavané na 5 V, keď prúd záťaže prekročí 1 A. Preto by som odporučil obmedziť zaťaženie USB pod 1A.

Krok 8: Algoritmus nabíjania

Keď je ovládač pripojený k batérii, program spustí operáciu. Spočiatku kontroluje, či je napätie panela dostatočné na nabíjanie batérie. Ak áno, vstúpi do nabíjacieho cyklu. Cyklus nabíjania pozostáva z 3 fáz.

Fáza 1 Hromadný poplatok:

Arduino pripojí solárny panel k batérii priamo (99 % pracovný cyklus). Napätie batérie sa bude postupne zvyšovať. Keď napätie batérie dosiahne 14,4 V, začne sa fáza 2.

V tejto fáze je prúd takmer konštantný.

Fáza 2 Absorpčný poplatok:

V tejto fáze bude Arduino regulovať nabíjací prúd udržiavaním úrovne napätia na 14,4 počas jednej hodiny. Napätie sa udržiava konštantné nastavením pracovného cyklu.

3. fáza, pohyblivý poplatok:

Regulátor generuje udržiavacie nabíjanie, aby udržal úroveň napätia na 13,5 V. V tejto fáze je batéria úplne nabitá. Ak je napätie batérie menšie ako 13,2 V na 10 minút.

Cyklus nabíjania sa bude opakovať.

Krok 9: Kontrola zaťaženia

Na automatické pripojenie a odpojenie záťaže monitorovaním súmraku/svitania a napätia batérie sa používa ovládanie záťaže.

Hlavným účelom riadenia záťaže je odpojiť záťaž od batérie, aby bola chránená pred hlbokým vybitím. Hlboké vybitie by mohlo batériu poškodiť.

Zaťažovací terminál DC je navrhnutý pre nízkonapäťové jednosmerné zaťaženie, ako je pouličné osvetlenie.

Ako svetelný senzor sa používa samotný FV panel.

Za predpokladu, že napätie solárneho panelu> 5 V znamená svitanie a keď <5 V súmraku.

Podmienka ZAPNUTÉ: Večer, keď úroveň napätia FV klesne pod 5 V a napätie batérie je vyššie ako nastavenie LVD, regulátor zapne záťaž a zelená kontrolka záťaže bude svietiť.

VYPNUTÝ stav: Záťaž sa vypne v nasledujúcich dvoch podmienkach.

1. Ráno, keď je FV napätie väčšie ako 5 V, 2. Keď je napätie batérie nižšie ako nastavenie LVD Červená kontrolka záťaže svieti, znamená to, že záťaž je prerušená.

LVD sa označuje ako odpojenie nízkeho napätia

Krok 10: Výkon a energia

Napájanie: Výkon je súčin napätia (voltov) a prúdu (Amp)

P = VxI Jednotka výkonu je Watt alebo KW

Energia: Energia je súčinom energie (watt) a času (hodiny)

E = Pxt jednotka energie je watthodina alebo kilowatthodina (kWh)

Na monitorovanie výkonu a energie je logika implementovaná v softvéri a parametre sú zobrazené na 20 x 4 znakovom LCD displeji.

Obrazový kredit: imgoat

Krok 11: Ochrana

1. Reverzná polarita a ochrana proti spätnému prúdu pre solárny panel

Na ochranu proti obrátenej polarite a spätnému toku je použitá Schottkyho dióda (MBR2045).

2. Ochrana proti prebitiu a hlbokému vybitiu

Softvér implementuje ochranu proti prebitiu a hlbokému vybitiu.

3. Ochrana proti skratu a preťaženiu

Ochrana proti skratu a preťaženiu je realizovaná poistkou F1.

4. Ochrana proti prepätiu na vstupe solárneho panelu

Dočasné prepätia sa vyskytujú v energetických systémoch z rôznych dôvodov, ale najvážnejšie prepätie spôsobuje blesk. To platí najmä pre FV systémy kvôli exponovaným miestam a prepojovacím káblom systému. V tomto novom dizajne som použil 600-wattovú obojsmernú diódu TVS (P6KE36CA) na potlačenie bleskov a prepätia na FV svorkách.

obrazový kredit: freeimages

Krok 12: LED indikácie

1. Solárna LED: LED1 Dvojfarebná (červená/zelená) LED sa používa na indikáciu stavu slnečnej energie, tj. Súmraku alebo svitania.

Solárna LED ------------------- Solárny stav

Zelený deň

ČERVENÁ ------------------------- Noc

2. LED indikátor stavu nabitia batérie (SOC): LED2

Jeden dôležitý parameter, ktorý definuje energetický obsah batérie, je stav nabitia (SOC). Tento parameter udáva, koľko nabitia je v batérii k dispozícii. RGB LED sa používa na indikáciu stavu nabitia batérie. Pripojenie nájdete vo vyššie uvedenej schéme.

LED dióda batérie ---------- Stav batérie

ČERVENÁ ------------------ Napätie je NÍZKE

ZELENÁ ------------------ Napätie je zdravé

MODRÁ ------------------ Plne nabitá

2. LED dióda načítania: LED3

Na indikáciu stavu záťaže sa používa dvojfarebná (červená/zelená) LED. Pripojenie nájdete vo vyššie uvedenej schéme.

LED indikátor načítania ------------------- Stav načítania

ZELENÁ ----------------------- Pripojené (ZAPNUTÉ)

ČERVENÁ ------------------------- Odpojené (VYPNUTÉ)

Krok 13: LCD displej

Na monitorovanie parametrov solárneho panelu, batérie a zaťaženia sa používa 20x4 znakový LCD displej.

Pre jednoduchosť je pre tento projekt zvolený I2C LCD displej. Na prepojenie s Arduino potrebujú iba 4 vodiče.

Pripojenie je uvedené nižšie:

LCD Arduino

VCC 5V, GNDGND, SDAA4, SCLA5

Riadok 1: Napätie solárneho panelu, prúd a výkon

Riadok 2: Napätie, teplota a stav nabíjačky batérie (nabíjanie / nenabíjanie)

Riadok 3: Nabíjací prúd, výkon a stav zaťaženia

Riadok 4: Vstupná energia zo solárneho panelu a energia spotrebovaná záťažou.

Knižnicu si musíte stiahnuť z LiquidCrystal_I2C.

Krok 14: Prototypovanie a testovanie

1. Breadboard:

Najprv som urobil obvod na Breadboarde. Hlavnou výhodou nepájkovanej doštičky je, že je nespájkovaná. Dizajn tak môžete ľahko zmeniť jednoduchým odpojením komponentov a káblov podľa potreby.

2. Dierovaná doska:

Po testovaní na breadboarde som urobil obvod na perforovanej doske. Aby ste to urobili, postupujte podľa nižšie uvedených pokynov

i) Najprv vložte všetky diely do otvoru v dierovanej doske.

ii) Spájkujte všetky podložky a orezajte nadbytočné nohy kliešťom.

iii) Pripojte spájkovacie podložky pomocou vodičov podľa schémy.

iv) Na oddelenie obvodu od zeme použite odstup.

Okruh perforovanej dosky je skutočne silný a môže byť nasadený v projekte natrvalo. Po testovaní prototypu, ak všetko funguje perfektne, môžeme pristúpiť k návrhu konečnej dosky plošných spojov.

Krok 15: Návrh DPS

Schému som nakreslil pomocou online softvéru EasyEDA a potom som prešiel na rozloženie PCB.

Mali by tam byť všetky komponenty, ktoré ste pridali do schémy, poukladané na seba, pripravené na umiestnenie a nasmerovanie. Pretiahnite komponenty uchopením za podložky. Potom ho umiestnite do obdĺžnikovej hraničnej čiary.

Usporiadajte všetky komponenty tak, aby doska zaberala minimálny priestor. Čím menšia je veľkosť dosky, tým lacnejšie budú výrobné náklady na DPS. Bude užitočné, ak má táto doska nejaké montážne otvory, aby ju bolo možné namontovať do skrinky.

Teraz musíte trasu. Smerovanie je najzábavnejšia časť celého tohto procesu. Je to ako riešenie hádanky! Pomocou nástroja na sledovanie musíme prepojiť všetky komponenty. Môžete použiť hornú aj spodnú vrstvu, aby ste sa vyhli prekrývaniu dvoch rôznych stôp a skrátili stopy.

Na pridanie textu na tabuľu môžete použiť vrstvu Silk. Sme tiež schopní vložiť súbor s obrázkom, takže pridávam obrázok loga svojej webovej stránky, ktorý sa vytlačí na tabuľu. Nakoniec pomocou nástroja pre medenú oblasť musíme vytvoriť základnú plochu DPS.

Teraz je DPS pripravená na výrobu.

Krok 16: Stiahnite si súbory Gerber

Po vyrobení DPS musíme vygenerovať súbory, ktoré je možné odoslať spoločnosti vyrábajúcej DPS, ktorá nám v pravý čas pošle späť skutočný PCB.

V EasyEDA môžete vytvárať výrobné súbory (súbor Gerber) cez Dokument> Generovať Gerbera alebo kliknutím na tlačidlo Generovať Gerbera na paneli s nástrojmi. Generovaný súbor Gerber je komprimovaný balík. Po dekompresii môžete vidieť nasledujúcich 8 súborov:

1. Spodná meď:.gbl

2. Horná meď:.gtl

3. Spodné spájkovacie masky:.gbs

4. Najlepšie spájkovacie masky:.gts

5. Spodná hodvábna obrazovka:.gbo

6. Horná hodvábna obrazovka:.gto

7. Vŕtačka:.drl

8. Outline:.outline

Súbory Gerber si môžete stiahnuť z PCBWay

Keď zadáte objednávku z PCBWay, dostanem 10% dar od PCBWay za príspevok k mojej práci. Vaša malá pomoc ma môže povzbudiť do ďalšej úžasnej práce. Ďakujem za spoluprácu.

Krok 17: Výroba DPS

Teraz je načase zistiť výrobcu PCB, ktorý dokáže zmeniť naše súbory Gerber na skutočné PCB. Poslal som svoje súbory Gerber do JLCPCB na výrobu mojej DPS. Ich služba je veľmi dobrá. Dostal som svoju DPS v Indii do 10 dní.

Kusovník k projektu je priložený nižšie.

Krok 18: Spájkovanie komponentov

Po obdržaní dosky z fabrického domu s plošnými spojmi musíte spájkovať súčiastky.

Na spájkovanie budete potrebovať slušnú spájkovačku, spájkovačku, kliešť, odpájkovacie knôty alebo pumpu a multimetr.

Osvedčeným postupom je spájkovať súčiastky podľa ich výšky. Prvky s menšou výškou najskôr spájkujte.

Pri spájkovaní komponentov môžete vykonať nasledujúce kroky:

1. Zatlačte nohy komponentu cez ich otvory a otočte dosku plošných spojov na zadnú stranu.

2. Držte hrot spájkovačky za spojenie podložky a nohy súčiastky.

3. Zaveďte spájku do spoja tak, aby pretekal okolo elektródy a zakrýval podložku. Akonáhle to všetko obteká, odstráňte hrot.

4. Orežte nadbytočné nohy pomocou klieští.

Pri spájkovaní všetkých komponentov postupujte podľa vyššie uvedených pravidiel.

Krok 19: Inštalácia snímača prúdu ACS712

Prúdový snímač ACS712, ktorý som dostal, má vopred spájkovanú skrutkovaciu svorku na pripojenie. Ak chcete modul spájkovať priamo na dosku plošných spojov, musíte najskôr odspájkovať skrutkovaciu svorku.

Odskrutkujem skrutkový terminál pomocou odpájacieho čerpadla, ako je to znázornené vyššie.

Potom spájam modul ACS712 hore nohami.

Na pripojenie svorky Ip+ a Ip- k doske plošných spojov som použil nohy diódových svoriek.

Krok 20: Pridanie programu Buck Converter

Na spájkovanie modulu Buck Converter musíte pripraviť 4 kolíkové kolíky, ako je znázornené vyššie.

Spájkujte 4 kolíky záhlavia na X1, 2 sú pre výstup a zvyšné dva pre vstupy.

Krok 21: Pridanie Arduino Nano

Keď si kúpite rovné hlavičky, budú pre Arduino Nano príliš dlhé. Budete ich musieť skrátiť na vhodnú dĺžku. To znamená 15 pinov každý.

Najlepším spôsobom, ako orezať kusy ženskej hlavičky, je odpočítať 15 kolíkov, vytiahnuť 16. kolík a potom pomocou klieští skrátiť medzeru medzi 15. a 17. kolíkom.

Teraz musíme nainštalovať zásuvkové lišty na DPS. Vezmite svoje ženské hlavičky a umiestnite ich na mužské hlavičky na doske Arduino Nano.

Potom spájkujte kolíkové kolíky samice na dosku plošných spojov regulátora nabíjania.

Krok 22: Príprava MOSFETov

Pred spájkovaním MOSFETov Q1 Q2 a diódy D1 na PCB je lepšie najskôr k nim pripojiť chladiče. Chladiče sa používajú na odvádzanie tepla zo zariadenia za účelom udržania nižšej teploty zariadenia.

Na kovovú základovú dosku MOSFET naneste vrstvu chladiacej zmesi. Potom umiestnite tepelne vodivú podložku medzi MOSFET a chladič a utiahnite skrutku. Môžete si prečítať tento článok o tom, prečo je chladič taký dôležitý.

Nakoniec ich pripájajte na dosku plošných spojov regulátora nabíjania.

Krok 23: Montáž podpery

Po spájkovaní všetkých dielov namontujte podpery do 4 rohov. Použil som M3 Brass Hex Standoffs.

Použitie dištančných stĺpikov poskytne dostatočnú vzdialenosť od spájkovacích spojov a drôtov od zeme.

Krok 24: Softvér a knižnice

Najprv si stiahnite priložený kód Arduino. Potom si stiahnite nasledujúce knižnice a nainštalujte ich.

1. Jeden drôt

2. DallasTeplota

3. LiquidCrystal_I2C

4. Knižnica PID

Celý kód je kvôli flexibilite rozdelený do malého funkčného bloku. Predpokladajme, že používateľ nemá záujem používať LCD displej a je spokojný s LED diódou. Potom stačí vypnúť lcd_display () z prázdnej slučky (). To je všetko. Podobne môže podľa požiadaviek používateľa povoliť a zakázať rôzne funkcie.

Po inštalácii všetkých vyššie uvedených knižníc nahrajte kód Arduino.

Poznámka: Teraz pracujem na softvéri na implementáciu lepšieho algoritmu nabíjania. Ak chcete získať najnovšiu verziu, zostaňte v kontakte.

Aktualizácia 02.04.2020

Bol nahraný nový softvér s vylepšeným algoritmom nabíjania a implementáciou radiča PID.

Krok 25: Záverečné testovanie

Pripojte svorky batérie (BAT) ovládača nabíjania k batérii 12V. Uistite sa, že je polarita správna. Po pripojení začnú LED a LCD okamžite fungovať. Napätie a teplotu batérie si všimnete aj na 2. rade LCD displeja.

Potom pripojte solárny panel k solárnemu terminálu (SOL), v prvom rade LCD displeja vidíte solárne napätie, prúd a výkon. Na simuláciu solárneho panelu som použil laboratórny napájací zdroj. Svojimi meračmi výkonu som porovnal hodnoty napätia, prúdu a výkonu s LCD displejom.

Testovací postup je zobrazený v tomto ukážkovom videu

V budúcnosti pre tento projekt navrhnem 3D tlačenú oblohu. Buďte v kontakte.

Tento projekt je vstupom do súťaže o PCB, prosím, hlasujte za mňa. Vaše hlasy sú pre mňa skutočnou inšpiráciou, aby som urobil viac tvrdej práce pri písaní ďalších užitočných projektov, ako je tento.

Ďakujem, že ste si prečítali môj návod. Ak sa vám môj projekt páči, nezabudnite ho zdieľať.

Pripomienky a spätná väzba sú vždy vítané.

Druhé miesto v súťaži PCB Design Challenge