Barvita sončna vrtna svetilka: 9 korakov (s slikami)

2024 Avtor: John Day | [email protected]. Nazadnje spremenjeno: 2024-01-30 12:05

Najpreprostejši način za izdelavo sončne kozarčke je razstaviti eno od tistih poceni sončnih vrtnih svetilk in jo pritrditi v stekleno posodo. Kot inženir sem si želel nekaj bolj izpopolnjenega. Te bele luči so dolgočasne, zato sem se odločil, da zavrtim svoj dizajn, ki temelji na Arduino, RGB LED diodah in senzorju, tako da lahko barvo spremenite s preprostim nagibom svetlobe.

Sončna celica polni litijevo baterijo in služi tudi kot svetlobni senzor za samodejni vklop luči, ko se stemni. Pri načrtovanju sem zelo skrbel za zmanjšanje porabe energije, ko je luč ugasnjena in je vso zbrano energijo mogoče osvetliti na vašem vrtu. Več podrobnosti o procesu oblikovanja najdete na mojem blogu: BashtelorOfScience.

1. korak: Deli

Potrebovali boste te komponente:

• 1x steklena posoda (dobim jih pri IKEA)
• 1x SolarGardenJarLight PCB
• 1x krmilnik polnjenja TP4054 (IC1)
• 2x upor, 1M, 0805 (R4, R6)
• 2x upor, 10M, 0805 (R3, R5)
• 3x upor, 10k, 0805 (R1, R2, R7)
• 4x kondenzator, 1uF, 0805 (C1, C2, C3, C4)
• 1x LED, 0805, zelena (LED1)
• 1x AO3401 MOSFET, P-kanal, SOT23 (Q1)
• 1x LED trak WS2812, razrezan na 3 LED (100 LED na meter)
• 1x modul merilnika pospeška ADXL345
• 1x litijeva baterija, 500 mAh, največ 40x40 mm
• 1x solarna plošča, 5V ali 5.5V, 45x45mm ali 60x60mm

• 1x Arduino Pro Mini (ATmega328P ali ATmega168P, različica 5V/16MHz)

Vse komponente so na Aliexpressu na voljo pri različnih dobaviteljih. PCB sem dal na voljo na umazanih tiskanih vezjih: lahko ga naročite v črni ali beli barvi (dobili boste 10 tiskanih vezij). Cena na luč pri naročanju delov za 10 kosov je okoli 12 $.

Korak: Pripravite Arduino za nizko porabo energije

Arduino Pro Mini črpa veliko mirujočega toka, ker ima na njem vedno vklopljeno LED diodo za napajanje, regulator napetosti pa je tudi zver, ki je lačna moči, če govorimo o nizkem toku po vrstnem redu mikro ojačevalnikov. Ti dve komponenti morate odstraniti. Obstaja več različic klonov Arduino. Na zgornji fotografiji sem označil LED in regulator napetosti v najpogosteje najdenih različicah.

Če želite odstraniti komponente, uporabite spajkalnik in na komponente nanesite veliko spajkanja ter jih dobro segrejte. Po potrebi blazinice nato očistite s spajkalnim stenjem. S stranskim rezalnikom ali nožem lahko odstranite tudi surovo silo sestavnih delov. Pazite le, da ne poškodujete tiskanega vezja.

Zdaj je tudi pravi čas za nalaganje skice. Uporabljam različico 1.8.4 Arduino IDE, vendar bi morala delovati tudi v kasnejših ali starejših različicah. Arduino Pro Mini nima vgrajenega USB -ja, zato morate uporabiti zunanji pretvornik USB v UART. Pridobite ga pri svojem najljubšem dobavitelju Arduino ali pa ga najdete na Aliexpressu za manj kot 2 USD. Na spletu obstajajo različne vaje o tem, kako programirati Pro Mini. Zavedajte se, da kloni Arduno ne uporabljajo vedno istega vrstnega reda zatičev, zato še enkrat preverite ožičenje, preden ga priključite. Prav tako se prepričajte, da imate v meniju Orodja Arduino IDE (ATmega328P ali pravilna plošča (Arduino Pro Mini)) izbran pravi procesor ATmega168P, 5V, 16MHz).

3. korak: Spajkanje komponent SMD

Z zgornjo sliko postavitve postavite vse komponente na pravo mesto. Označevalci komponent so na seznamu delov v 1. koraku.

Če potrebujete shemo ali postavitev, lahko tukaj prenesete oblikovalske datoteke eagle.

Nekatere komponente so precej majhne in jih je za novinca težko spajati. Uporabljam brizgo z majhno šobo, da na blazinice nanesem spajkalno pasto, nato pa komponente ponovno spajkam s svojo spajkalno ploščo za domačo varjenje, seveda pa lahko to storite tudi s spajkalnikom in 0,8 mm (ali tanjšo) spajkalno žico.

Po spajkanju vseh komponent s povečevalnim steklom preglejte svoje delo in preverite kratke stike, zlasti na regulatorju polnjenja.

4. korak: Spajkajte Arduino

Za komunikacijo s merilnikom pospeška s komunikacijskim protokolom I2C moramo priključiti zatiča A4 in A5 arduina na tiskano vezje. Ti zatiči so običajno poleg procesorja (glej fotografijo v 2. koraku), na nekaterih klonih pa so na robu in tudi niso vedno na istem mestu. Zasnova tiskanega vezja deluje z vsemi različicami: za standardno različico z zatiči poleg procesorja dodajte glavo zatiča, kot je prikazano zgoraj.

Za druge različice lahko uporabite kos žice za priključitev zatičev A4 in A5 na blazinice na tiskanem vezju. Po spajkanju žice odrežite na dolžino.

Nekateri arduini imajo spajkane glave zatičev, nekateri brez. Ugotovil sem, da je glave najlažje najprej spajkati na svetlobno vezje vrtnega kozarca in nato dodati Arduino. Prepričajte se, da so glave naravnost spajkane, sicer boste nožice težko namestili v blazinice.

5. korak: Dokončanje tiskanega vezja

Pri spajkanju modula merilnika pospeška ADXL345 je pomembno, da je vzporeden s tiskanim vezjem. Najboljši način za zagotovitev tega je, da modul postavite neposredno na tiskano vezje in od spodaj vstavite glavo zatiča, kot je prikazano na fotografijah. Zgoraj dodajte spajkanje in po rezanju glave na spodnji strani dodajte tudi spajkanje.

S stranskim rezalnikom odrežite vse zatiče na spodnji strani, nato pa na vse zatiče položite nekaj škotskega traku, da preprečite, da bi se ostri zatiči zavili v baterijo in se kratki.

Zadnji korak je, da dodate LED trak. Prepričajte se, da je polariteta blazinic pravilna in bodite pozorni na smer podatkovnega zatiča: puščice na LED traku uskladite s puščicami na tiskanem vezju.

6. korak: Sončna plošča in baterija

S kabli, dolgimi približno 5 cm, povežite sončno ploščo z dvema blazinicama z oznako "sončna" in bodite pozorni na simbola plus in minus.

Zadnja stvar za spajkanje je baterija. Bodite še posebej previdni: litijeve baterije imajo veliko moč in lahko povzročijo, da se vaše tiskano vezje zažge, če po nesreči izklopite nekaj sledi. Če še niste, na pozitivno žico akumulatorja prilepite trak, da preprečite nenamerne napake. Črni minus kabel najprej spajkajte, ker ga je težje spajkati. Odstranite zaščitni trak z rdeče žice in ga spajkajte. Ko priključite baterijo, boste na plošči Arduino na kratko utripali LED.

Če ste skico že naložili v Arduino, lahko zdaj vklopite luč tako, da se z nohtom večkrat dotaknete tiskanega vezja. Če ne deluje, morate začeti odpravljanje napak z multimetrom. Najprej preverite napetost akumulatorja. Če ni napajanja, je morda v zaščitnem načinu. Prižgite močno svetlobo na sončni plošči, da baterijo izklopite iz tega načina. Če to ne pomaga in še vedno ni napajanja, odklopite baterijo in s pomočjo sheme preverite, ali je na tiskanem vezju kratek stik ali odprt tokokrog, dokler ne odkrijete napake.

7. korak: Dokončajte svetlobo

Po uspešnem testiranju vezja pritrdite baterijo na spodnjo stran tiskanega vezja z lepilom ali dvostranskim trakom. Ne uporabljajte lepila na vodni osnovi, kot je belo lepilo, ker je prevodno do suhega. Najbolje je uporabiti silikon.

Solarno ploščo pritrdite na vrh baterije in uporabite lepilo ali dvostranski trak, ki tvori lep elektronski sendvič. Odstranite kable in jih pritrdite z nekaj več lepila ter pustite, da se vse posuši. Preden ga namestite v kozarec, preizkusite, ali še deluje.

8. korak: Sestavite kozarec

Vzemite stekleno posodo in se prepričajte, da bo sončna plošča nameščena v pokrovu. V bistvu lahko uporabite kateri koli kozarec, ki vam je všeč, če je zgoraj prozoren in vodotesen.

Prednostno lepilo je silikon, saj zlahka prenese visoke in nizke temperature zunaj. Bolj kot je pregleden, bolje deluje, vendar rahlo mlečen dobro deluje, samo ne bodite beli ali sivi silikon. Uporabite lahko tudi epoksid, vendar lahko poči pod toplotnimi obremenitvami.

Na steklo položite nekaj silikona in nato pritisnite svetlobo na lepilo s sončno ploščo seveda obrnjeno proti steklu. Poskrbite, da bo od zunaj videti lepo, odstranite, čisto ponovite, če ste ga zmotili, nato pustite, da se posuši.

Kozarec postavite na sončno mesto. Za popolno polnjenje baterije traja 2-3 dni sončne svetlobe in še dlje, če jo postavite v senco. Če lučka začne utripati rdeče, to pomeni, da je baterija izpraznjena in potrebuje več svetlobe za polnjenje. Če svetlobo dlje časa (torej več tednov) postavite v temen prostor, se lahko baterija izprazni in jo je treba zamenjati, zato poskrbite, da bo dobila dovolj svetlobe in bo delovala več let.

9. korak: Uporabniški priročnik

Vklopljeno

Luč se samodejno vklopi ob zori, če za nekaj minut zazna slabe svetlobe in ima baterija dovolj shranjene energije. Če želite ročno vklopiti luč, se nekajkrat dotaknite vrha ali kozarec močno pretresite.

Izklopljeno

Ko se ročno vklopi, se lučka samodejno izklopi po približno treh urah. Ko se samodejno vklopi, deluje, dokler se baterija skoraj ne izprazni (zato jo lahko še vedno vklopite ročno). Če ga želite takoj izklopiti, ga obrnite na glavo.

Spremenite barvo

Če želite spremeniti barvo, preprosto nagnite luč. Ima tri načine spreminjanja barve:

1. Spremenite svetlost
2. Spremenite barvo
3. Spremenite nasičenost barve

Za preklop med temi načini se enkrat dotaknite pokrova. Bolj ko se nagibate, hitreje se spreminja.

Način sveče

Če želite preklopiti med stalno svetlobo in utripajočo svečo, se dvakrat dotaknite pokrova. Ko preklopite iz sveče v stalen način, se nasičenost in svetlost ponastavita na privzete (največje) ravni.