Lumina de borcan de grădină solară colorată: 9 pași (cu imagini)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Modificat ultima dată: 2024-01-30 11:44

Cea mai simplă modalitate de a face lumină un borcan solar este să dezasamblați una dintre lămpile de grădină solare ieftine și să o fixați într-un borcan de sticlă. Ca inginer am vrut ceva mai sofisticat. Aceste lumini albe sunt plictisitoare, așa că am decis să îmi învârt propriul design bazat pe un Arduino, leduri RGB și un senzor, astfel încât culoarea să poată fi schimbată prin simpla înclinare a luminii.

Celula solară încarcă bateria cu litiu și servește și ca senzor de lumină pentru a aprinde automat lumina când se întunecă. Am avut mare grijă în proiectare pentru a reduce consumul de energie atunci când lumina este stinsă și toată energia recoltată poate fi utilizată pentru a vă lumina grădina. Mai multe detalii despre procesul de proiectare găsiți pe blogul meu: BashtelorOfScience.

Pasul 1: Piese

Veți avea nevoie de aceste componente:

• 1x borcan de sticlă (le primesc la IKEA)
• 1x PCB SolarGardenJarLight
• 1x controler de încărcare TP4054 (IC1)
• 2x rezistor, 1M, 0805 (R4, R6)
• 2x rezistor, 10M, 0805 (R3, R5)
• 3x rezistor, 10k, 0805 (R1, R2, R7)
• 4x condensator, 1uF, 0805 (C1, C2, C3, C4)
• 1x LED, 0805, verde (LED1)
• 1x MOSFET AO3401, canal P, SOT23 (Q1)
• 1x bandă LED WS2812 tăiată la 3 LED-uri (100 LED-uri pe metru)
• 1x modul accelerometru ADXL345
• 1x baterie litiu, 500mAh, nu mai mare de 40x40mm
• 1x panou solar, 5V sau 5,5V, 45x45mm sau 60x60mm

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

Toate componentele sunt disponibile pe aliexpress de către diferiți furnizori. Am pus PCB-ul disponibil pe dirtyPCB-uri: poate fi comandat în negru sau alb (veți primi 10 PCB-uri). Prețul pentru felinar atunci când comandați piese pentru 10 bucăți este de aproximativ 12 USD.

Pasul 2: Pregătiți Arduino pentru consum redus

Arduino Pro Mini atrage o mulțime de curent de repaus, deoarece are un LED de alimentare care este întotdeauna aprins, iar regulatorul de tensiune este, de asemenea, o bestie înfometată, dacă vorbim de curent redus în ordinea microamperilor. Trebuie să eliminați aceste două componente. Există mai multe versiuni ale clonelor Arduino acolo. În fotografia de mai sus am marcat LED-ul și regulatorul de tensiune în cele mai des găsite versiuni.

Pentru a scoate componentele, utilizați un fier de lipit și puneți o mulțime de lipit pe componente și încălziți-le bine. Dacă este necesar, curățați tampoanele ulterior cu fitil de lipit. De asemenea, este posibilă îndepărtarea forței brute a componentelor cu un tăietor lateral sau cu un cuțit. Doar aveți grijă să nu deteriorați PCB-ul.

Acum este, de asemenea, un moment bun pentru a încărca schița. Folosesc versiunea 1.8.4 a ID-ului Arduino, dar ar trebui să funcționeze și în versiuni ulterioare sau mai vechi. Arduino Pro Mini nu are USB la bord, deci trebuie să utilizați un convertor USB-UART extern. Obțineți unul de la furnizorul dvs. preferat Arduino sau le puteți găsi pentru mai puțin de 2 $ pe aliexpress. Există diverse tutoriale online despre cum să programați Pro Mini. Rețineți că clonele Arduno nu folosesc întotdeauna aceeași ordine de pin, deci verificați cablarea înainte de a o conecta. De asemenea, asigurați-vă că aveți placa corectă (Arduino Pro Mini) și procesorul corect selectat în meniul Arduino IDE Tools (ATmega328P sau ATmega168P, 5V, 16MHz).

Pasul 3: lipirea componentelor SMD

Utilizați imaginea de mai sus pentru a pune toate componentele la locul potrivit. Designerii componentelor se află în lista pieselor din pasul 1.

Dacă aveți nevoie de schemă sau aspect, puteți descărca fișierele de proiectare Eagle aici.

Unele componente sunt destul de mici și pot fi greu de lipit pentru un debutant. Folosesc o seringă cu o duză mică pentru a pune pasta de lipit pe tampoane și apoi pentru a reface componentele folosind placa de lipit de acasă, dar, bineînțeles, o puteți face folosind un fier de lipit și o sârmă de lipit de 0,8 mm (sau mai subțire).

După lipire, toate componentele utilizează o lupă pentru a inspecta munca și pentru a verifica dacă există scurtcircuite, în special pe controlerul de încărcare.

Pasul 4: lipiți Arduino

Pentru a comunica cu accelerometrul cu protocolul de comunicații I2C trebuie să conectăm pinii A4 și A5 ai arduino la PCB. Acești pini sunt, de obicei, lângă procesor (a se vedea fotografia de la pasul 2), dar pe unele clone sunt la margine și nici întotdeauna în același loc. Designul PCB funcționează cu toate versiunile diferite: pentru versiunea standard cu pinii de lângă procesor adăugați pinheader așa cum se arată mai sus.

Pentru celelalte versiuni puteți utiliza o bucată de sârmă pentru a conecta pinii A4 și A5 la tampoanele de pe PCB. Tăiați firele la lungime după lipire.

Unele arduino-uri vin cu anteturile de tip solder, altele fără. Am găsit că este cel mai ușor să lipiți antetele mai întâi pe placa de lumină a borcanului de grădină și apoi să adăugați Arduino. Asigurați-vă că anteturile sunt lipite drept sau vă va fi greu să fixați știfturile în tampoane.

Pasul 5: Finalizarea PCB-ului

Când lipiți modulul accelerometrului ADXL345, este important să fie paralel cu PCB. Cel mai bun mod de a vă asigura acest lucru este să plasați modulul direct pe PCB și să introduceți antetul pinului de jos așa cum se arată în fotografii. Adăugați lipire de sus și după tăierea antetului din partea de jos adăugați și lipire acolo.

Tăiați toți știfturile din partea de jos cu un tăietor lateral, apoi puneți o bandă scotch deasupra tuturor știfturilor pentru a preveni știfturile ascuțite să curgă în baterie și să se scurteze.

Ultimul pas este să adăugați banda LED. Asigurați-vă că polaritatea tampoanelor este corectă și acordați atenție direcției pinului de date: potriviți săgețile de pe banda LED cu săgețile de pe PCB.

Pasul 6: Panou solar și baterie

Utilizați cabluri lungi de aproximativ 5 cm pentru a conecta panoul solar la cele două plăcuțe marcate cu „solar” și acordați atenție simbolurilor plus și minus.

Ultimul lucru de lipit este bateria. Fii foarte atent aici: bateriile cu litiu au multă putere și pot face PCB-ul tău să fumeze dacă scurtezi accidental câteva urme. Dacă nu este deja acolo, puneți o bandă pe firul pozitiv al bateriei pentru a preveni întreruperile accidentale. Mai întâi lipiți cablul negru minus, deoarece este mai greu de lipit. Scoateți banda de protecție din firul roșu și lipiți-o. Veți vedea LED-ul de pe placa Arduino clipind scurt când conectați bateria.

Dacă ați încărcat deja schița pe Arduino, puteți porni lumina atingând în mod repetat PCB-ul cu unghia. Dacă nu funcționează, trebuie să începeți depanarea folosind un multimetru. Verificați mai întâi tensiunea bateriei. Dacă nu există energie, aceasta poate fi în modul de protecție. Străluciți o lumină puternică pe panoul solar pentru a scoate bateria din acest mod. Dacă acest lucru nu ajută și încă nu există alimentare, deconectați bateria și verificați dacă există circuite scurte sau circuite deschise cu ajutorul schemei până când ați găsit eroarea.

Pasul 7: Terminați Lumina

După testarea cu succes a circuitului, fixați bateria pe partea inferioară a PCB-ului folosind lipici sau bandă dublă. Nu utilizați adeziv pe bază de apă, cum ar fi adezivul alb, deoarece este conductiv până la uscare. Cel mai bun lucru de utilizat este siliconul.

Fixați panoul solar de deasupra bateriei și marcați lipici sau bandă dublă formând un mic sandwich frumos. Ascundeți cablurile și fixați-le cu mai mult adeziv și lăsați totul să se usuce. Testați dacă mai funcționează înainte de a-l monta în borcan.

Pasul 8: Asamblați borcanul

Ia-ți borcanul de sticlă și asigură-te că panoul solar se va potrivi în capac. Puteți folosi practic orice borcan doriți, atâta timp cât este transparent în partea de sus și rezistent la apă.

Adezivul preferat este siliconul, deoarece poate rezista cu ușurință la temperaturile ridicate și scăzute din exterior. Cu cât este mai transparent, cu atât mai bine, dar cel puțin lăptos funcționează bine, pur și simplu nu obține silicon alb sau gri. Puteți utiliza, de asemenea, epoxidic, dar se poate sparge sub stres termic.

Puneți niște silicon pe sticlă și apoi apăsați lumina de pe lipici cu panoul solar orientat spre sticlă, desigur. Asigurați-vă că arată frumos din exterior, îndepărtați, repetați curat dacă l-ați încurcat, apoi lăsați-l să se usuce.

Așezați borcanul într-un loc însorit. Este nevoie de 2-3 zile de soare pentru a încărca complet bateria și chiar mai mult dacă este plasată la umbră. Dacă lumina începe să clipească în roșu înseamnă că bateria este descărcată și are nevoie de mai multă lumină pentru a se reîncărca. Dacă puneți lumina într-un loc întunecat pentru o lungă perioadă de timp (adică câteva săptămâni), bateria poate muri și trebuie înlocuită, deci asigurați-vă că primește suficientă lumină și va funcționa ani de zile.

Pasul 9: Manual de utilizare

Pe

Lumina se aprinde automat în zori dacă detectează condiții de lumină slabă timp de câteva minute și bateria are suficientă energie stocată. Pentru a porni manual lumina, atingeți de câteva ori partea de sus sau scuturați borcanul viguros.

Dezactivat

Lumina se stinge automat după aproximativ trei ore când este pornită manual. Când se pornește automat, funcționează până când bateria este aproape pe jumătate descărcată (deci o puteți reporni manual). Pentru a-l opri imediat, răsturnați-l cu susul în jos.

Schimba culoarea

Pentru a schimba culoarea, pur și simplu înclinați lumina. Are trei moduri de schimbare a culorii:

1. Schimbați luminozitatea
2. Schimbați culoarea
3. Schimbați saturația culorii

Atingeți o dată capacul pentru a comuta între aceste moduri. Cu cât înclinați mai mult, cu atât se schimbă mai repede.

Modul lumânare

Pentru a comuta între lumina constantă și modul de lumânare pâlpâitoare, atingeți de două ori capacul. Saturația și luminozitatea sunt resetate la nivelurile implicite (maxime) la trecerea de la lumânare la modul constant.