XOD bilan ishlaydigan qayta zaryadlanuvchi quyosh lampasi: 9 qadam (rasmlar bilan)

2024 Muallif: John Day | [email protected]. Oxirgi o'zgartirilgan: 2024-01-30 13:28

Aksariyat uy -ro'zg'or buyumlari va apparat do'konlarida arzon quyoshli bog '/piyodalar lampalari mavjud. Ammo eski so'zda aytilganidek, siz odatda to'laganingizni olasiz. Odatdagidek zaryadlash va yoritish sxemalari ular oddiy va arzon, lekin siz chiqaradigan yorug'lik ta'sirchan (va sizning yo'lakchangizdan kim qayerga ketayotganini ko'rish uchun etarli emas!)

Bu mening tarmoqdan tashqari yoritish modulini loyihalashtirishdagi urinishim bo'lib, u ancha yaxshilanadi va shu bilan birga nisbatan arzon. Biroz "miyalar" berib. XOD.io - bu Arduino o'rnatilgan platformasi bilan mos keladigan yangi IDE, bu erda siz kodni grafik tarzda "yozishingiz" mumkin. Atrof -muhit sizning grafik eskizingizni zamonaviy C ++ ga ko'chiradi, bu ixcham kod ishlab chiqarishda juda samarali va Arduino IDE bilan to'liq mos keladigan manbani ishlab chiqaradi, bu esa boshqa tashqi qaramlikni talab qilmaydi. Shunday qilib, murakkab vazifalarni bajarish uchun dasturiy ta'minot va ma'lumotlarni saqlash resurslari cheklangan kichik, arzon mikrokontrollerlardan ham foydalanish mumkin.

Ushbu loyiha ikkita Arduino-ga mos ATTiny85 mikrokontrollerining birgalikda ishlashini, chiroqning quvvat talablarini boshqarish uchun qanday ishlatilishini ko'rsatadi. Birinchi protsessor tashqi qurilmadan atrof-muhit haqidagi ma'lumotlarni boshqaradi, ikkinchisi-quyoshdan eng ko'p energiyani kun davomida yig'ib olishga harakat qiladi, keyin esa yuqori quvvatli LEDning yoritilishini nazorat qiladi, chunki tunda batareya zaryadsizlanadi. Ikkinchi protsessor o'z vazifasini "noaniq mantiq" boshqaruvini ixcham amalga oshirish orqali bajaradi. Har ikkala chip uchun dasturiy ta'minot faqat XOD muhitida ishlab chiqilgan.

1 -qadam: kerakli materiallar

Arduino IDE, oxirgi versiyasi, ATTinyCore kengaytmasi "Boards" menejeridan o'rnatilgan

Sparkfun USBTinyISP ATTiny dasturchisi, 11801 yoki unga teng keladigan Sparkfun mahsulot sahifasi

Pololu sozlanishi past kuchlanishli kuchaytirgich, U1V11A yoki unga teng Pololu mahsulot sahifasi

Sovutgichli, keng tarqalgan anodli, Adafruit 2524 yoki unga teng Adafruit mahsulot sahifali yuqori quvvatli oq yoki RGB LED

Microchip ATTiny85 8 pinli DIP to'plamida, 2 ta Mouser mahsulot sahifasi

8 pinli DIP IC soketlari, 2

Ommaviy saqlash kondansatörü, 16 v 220 uF

Chiqish kondansatörü, 6.3v 47uF

Oqim cheklovli rezistorlar, 50 ohm 1/4 vatt

i2c tortish qarshiligi, 4.7k, 2

Panel kuchlanishni sezuvchi bo'linadigan rezistorlar, 1/4 vatt, 100k, 470k

Hozirgi sezgi qarshiligi, 10 ohm 1⁄2 vatt 1% bardoshlik

Bypass kondansatörleri, 0.1uF seramika, 2

2 3.7 v 100mAh lityum-ionli qayta zaryadlanuvchi batareya, PKCELL LP401 yoki unga tenglashtirilgan

Panel uchun bochka kirish rozetkasi, 1

3 x 3 dyuymli lehimli plastinkali mini-terminal bloklari va ulanish uchun ingichka qattiq yadroli sim

Sinov uchun deyarli osiloskop, multimetr va dastgoh quvvat manbai kerak bo'ladi

2 -qadam: Atrof -muhitni sozlash

XOD muhiti ATTiny seriyali protsessorlarni qo'llab-quvvatlamaydi, lekin Arduino koinotidagi uchinchi tomon kutubxonalaridan foydalanib, ushbu AVR seriyasini qo'llab-quvvatlash oson. Birinchi qadam - "ATTinyCore" kutubxonasini Arduino IDE "Tools → Board → Board Manager" ochiladigan menyusidan o'rnatish. Rasmda ko'rsatilgandek, sozlamalarning to'g'riligiga ishonch hosil qiling - har qanday kodni yuklamasdan oldin, "yuklash yuklagichini yoqish" tugmachasini bosib, kuchlanish va soat tezligini sozlash sigortalarini o'zgartirish kerakligini unutmang!

Bu kutubxonaning manba kodini quyidagi manzilda olish mumkin:

Ma'lumotlar omboridan yana bir foydali kutubxona-bu "FixedPoints", bu Arduino tomonidan qo'llab-quvvatlanadigan protsessorlar uchun belgilangan nuqtali matematikaning kompilyatsiya vaqtida bajarilishi. ATTiny -da cheklangan SRAM va dastur xotirasi mavjud va bu AVR -da 4 baytni talab qiladigan suzuvchi nuqta turini emas, balki umumiy ma'lumotlarni saqlash uchun 2 baytli butun sonni ishlatishda yakuniy eskiz hajmini qisqartirishga katta yordam beradi. Ijro tezligi ham yaxshilanishi kerak, chunki ATTiny-da apparatni ko'paytirish moslamasi yo'q, undan kam apparat o'zgaruvchan nuqtasi!

Manba kodi mavjud:

Https://github.com/Pharap/FixedPointsArduino: XOD grafik eskizlarini yaratish, ko'chirish va joylashtirish bo'yicha qo'llanma manba fayllari qanday yaratilganligini tushunishga yordam beradi.

3 -qadam: Dizaynga umumiy nuqtai

Bortda ikkita ATTiny85 protsessori i2c interfeysi orqali ulangan va ular quyosh panelining kuchlanishini, panel yonib turganda batareyaga tushayotgan oqimni, batareya zo'riqishini va batareyani boshqarishni boshqarish uchun ishlatiladi. harorat.

Kuchaytirgich konvertori Texas Instruments TPS6120 IC bazasida ishlab chiqariladigan modul bo'lib, u kirish voltajini 0,5 voltgacha qabul qilib, uni 2 voltdan 5 voltgacha ko'tarishi mumkin. Sensor yadrosi bir nechta funktsional bloklardan iborat. Asosiy soat, quyosh panelidan quvvat konvertoriga quvvat berilishi bilanoq ishlay boshlaydi. Bu eskizni bajarishni boshlaydi va birinchi navbatda panel batareyaga zaryadlovchi oqimini etkazib beradigan darajada yoritilganligini aniqlashdir.

Quyosh panelining voltaji ikkita raqamli filtr orqali o'tkaziladi va agar u ma'lum bir chegaradan yuqori bo'lsa, tizim panel yoritilganligini aniqlaydi va asosiy soatni joriy sezgichli monitorga o'tkazadi. Bu chipning raqamli konvertorli analog kanalidir, u boshqacha tarzda konfiguratsiya qilingan bo'lib, u kuchaytirgich konvertori chiqishi va batareyaning kirishi o'rtasida ketma -ket ulangan 10 ohmli 1% bardoshlik qarshiligidagi kuchlanishni sezadi. Panel yoritilmasa, bu ATTiny ikkinchi ATTiny -ga signalni yuboradi, zaryadlash o'rniga LED quvvatini kuzatib turing va kuchaytirgichni o'chiring va kirishni ajratib turing, shunda batareya paneldan tokni qaytarmaydi..

Ikkinchi ATTiny yadrosi - bu LED tekshirgichi va batareya zaryadini nazorat qilish tizimi. Panelning kuchlanishi, batareya zo'riqishi va batareyaning zaryadlovchi oqimi ma'lumotlari bu yadroga noaniq-mantiqiy tarmoq orqali ishlov berish uchun yuboriladi, u SHTDN piniga mos keladigan PWM signalini ishlab chiqarishga harakat qiladi va shu orqali batareyaga yuborilgan oqim miqdorini nazorat qiladi. Yoritilganda uni zaryad qilish-maksimal quvvat nuqtasini kuzatishning asosiy shakli (MPPT), shuningdek, sensor yadrosidan signal yadrosi kunining chiqishiga qarab LEDni yoqish yoki o'chirish kerakligi to'g'risida signal oladi. tungi flip flop.

LED tunda faol bo'lsa, ATTiny LED-ga qancha quvvat yuborilganligi to'g'risida taxminiy ma'lumot olish uchun o'z do'stidan va o'z chipidagi harorat sensori orqali yuborilgan batareya quvvati ma'lumotlarini kuzatadi. va chipning harorati uning pimlaridan chiqib ketishi bilan ortadi.) LED PWM yamog'i bilan bog'liq bo'lgan noaniq-mantiqli tarmoq batareyaning quvvati qancha ekanligi to'g'risida xulosa chiqarishga urinib ko'radi va batareya quvvati tugagandan keyin LED intensivligini pasaytiradi.

4 -qadam: XOD Core kutubxonasidan maxsus yamalar yaratish

Ushbu dizayn uchun bir nechta maxsus tuzatish tugunlari ishlatilgan, ulardan ba'zilari XOD tugunlaridan osongina tuzilishi mumkin, ba'zilari esa C ++ da bajarilgan.

Rasmlardagi ikkita maxsus tuzatish tugunlari eksponentli o'rtacha harakatlanuvchi filtrni amalga oshiradi. Bu eskizda ketma-ket ishlatiladigan, past panelli past o'tkazgichli raqamli filtr, bir marta mantiqiy yadro uchun kiruvchi quyosh paneli kuchlanishini filtrlash uchun, yana bir bor uzoq muddatli muhit yoritilishini aniqlaydigan tetikni oziqlantirish uchun ishlatiladi. Eksponensial tekislash haqida Vikipediya yozuviga qarang.

Rasmdagi tugun tuzilishi - bu maqoladagi uzatish funktsiyasining to'g'ridan -to'g'ri grafik tasviri bo'lib, ular tegishli kirishlar va chiqishlarga havolalar yordamida bog'langan. Kutubxonada kechiktiruvchi tugun mavjud bo'lib, u teskari aloqa yaratish imkonini beradi (XOD, agar siz XOD bajarilish modelida tasvirlanganidek, tsiklni kechiktirmasdan, teskari aloqa hosil qilsangiz, sizni ogohlantiradi.) patch yaxshi ishlaydi, bu juda oddiy.

Ikkinchi maxsus tuzatish tugunlari-bu filtrlangan panel kuchlanish bilan ta'minlangan XOD bilan jihozlangan flip-flopning o'zgarishi. Kirish signali ma'lum bir chegaradan yuqori yoki past bo'lishiga qarab, u yuqori yoki past qulflanadi. Qatlamli tugunlar, holat pastdan yuqoriga o'tganda, flip -flopni ishga tushirish uchun Boolean chiqish qiymatlarini pulsli ma'lumotlar turiga aylantirish uchun ishlatiladi. Umid qilamanki, bu tuzatish tugunining dizayni ekran tasviridan biroz tushunarli bo'lishi kerak.

5 -qadam: C ++ yordamida maxsus yamalar yaratish

Maxsus talablar uchun, agar tugun funktsiyasi grafikada tasvirlash uchun juda murakkab bo'lsa yoki Arduino muhitiga tegishli bo'lmagan Arduino kutubxonalariga tayanilsa, XOD ba'zi C/C ++ ma'lumotiga ega bo'lganlar uchun kerakli o'lchamdagi bo'laklarni yozishni osonlashtiradi. boshqa foydalanuvchi tomonidan yaratilgan yoki aktsiyadorlik tugun bilan bir xil bo'lakka qo'shilishi mumkin bo'lgan kod. Fayl menyusidan "yangi tuzatish yaratish" ni tanlash bo'sh varaqni yaratadi va kirish va chiqish tugunlarini yadro kutubxonasining "tugunlari" bo'limidan tortib olish mumkin. Keyin "bajarilmaydigan-xod" tugunini sudrab olib borish mumkin va bosilganda kerakli funktsiyani C ++ da amalga oshirish mumkin bo'lgan matn muharriri paydo bo'ladi. Ichki holatni qanday boshqarish va C ++ kodidan kirish va chiqish portlariga kirish bu erda keltirilgan.

C ++ da maxsus yamoqlarni o'rnatishga misol sifatida, haydovchi yadrosining besleme zo'riqishida va yadro haroratini baholashda haydovchi yadrosi uchun yana ikkita maxsus tuzatish ishlatiladi. Bu noaniq tarmoq bilan bir qatorda, qorong'i bo'lganda LEDlarni quvvatlantirish uchun qolgan batareya quvvatini taxminiy baholash imkonini beradi.

Harorat sensori yamog'i, shuningdek, besleme zo'riqishining sensori chiqishi bilan ta'minlanadi, bu esa aniqroq ma'lumot olish imkonini beradi - yadro haroratini sezish bizga LED -larda qancha quvvat yoqilganligi haqida taxminiy baho olish imkonini beradi. Batareyani o'chirish - bu batareyaning qancha qolganligini taxmin qilish. Bu juda aniq bo'lishi shart emas; Agar yadro LEDlar juda ko'p tok olayotganini "bilsa", lekin batareya zo'riqishining tez pasayib ketayotganini aytish mumkinki, batareya quvvati uzoq davom etmaydi va chiroqni o'chirish vaqti keldi.

6 -qadam: qurilish

Men loyihani teshik qismlari uchun mis yostiqli prototip taxtasining kichik bir bo'lagiga qurdim. IC uchun rozetkalardan foydalanish dasturlash/o'zgartirish/sinash uchun katta yordam beradi; USBTiny Internet -provayderining bortida xuddi shunday rozetka bor, shuning uchun ikkita chipni dasturlash faqat dasturchini kompyuterning USB portiga ulash, tegishli Arduinoinoino fayllaridan XOD kodini yuklashdan iborat bo'ladi. keyin chiplarni dasturchi rozetkasidan muloyimlik bilan chiqarib oling va ularni protoboard rozetkalariga joylashtiring.

Pololu TPS6120 asosidagi kuchaytirgichli konvertor moduli pinli sarlavhalar ustki qismiga lehimlangan ko'taruvchi taxtada joylashgan, shuning uchun uning ostiga ba'zi komponentlarni o'rnatish orqali joyni tejash mumkin. Prototipimga ikkita 4.7k tortish rezistorini ostiga qo'ydim. Bu chiplar orasidagi i2c avtobusining to'g'ri ishlashi uchun talab qilinadi - ularsiz aloqa to'g'ri ishlamaydi! Kengashning o'ng tomonida quyosh panelining vilkasi va kirish kondensatori uchun kirish uyasi joylashgan. Iloji boricha pastroq qarshilikka ega bo'lish uchun ulagichni va bu qopqoqni ulash simini emas, balki lehimning "oqimi" orqali to'g'ridan -to'g'ri ulashga harakat qilish yaxshidir. Qattiq lehimning ishi keyinchalik saqlash kondansatörünün musbat terminalini kuchaytirgich modulining kirish voltaj terminaliga va kuchaytirgich modulining topraklama pinini to'g'ridan -to'g'ri kriko erining pimiga ulash uchun ishlatiladi.

Ikkita ATTinis uchun rozetkalarning o'ng va chap tomonida 0,1uF despike/deglitching kondansatkichlari joylashgan. Bu komponentlar ham chetda qolmasliklari uchun muhim, va ularni iloji boricha qisqa yo'l orqali yo'naltirish va uzatish pimlariga ulash lozim. 10 ohmlik oqim sezgichi chap tomonda, u kuchaytirgich konvertorining chiqishiga mos ravishda ulanadi va har bir tomon sensori yadroli kirish pimiga ulanadi - bu pinlar o'lchovni bilvosita o'lchash uchun differentsial ADC sifatida ishlaydi. batareyaga oqim. I2c avtobusi uchun IC pinlari va kuchaytirgich konvertorining piniga ulanish protoboardning pastki qismidagi ulanish simlari yordamida amalga oshirilishi mumkin, buning uchun juda nozik qattiq yadroli ulash simlari juda yaxshi ishlaydi. Bu o'zgarishlarni osonlashtiradi va tepadagi teshiklar orasidan yugurishdan ko'ra ancha toza ko'rinadi.

Men ishlatgan LED moduli uch rangli RGB birligi edi, mening rejam akkumulyator deyarli to'liq zaryadlanganda oq rangni ishlab chiqarish uchun uchta LEDning ham faol bo'lishi va zaryad tugashi bilan ko'k LEDning asta-sekin sarg'ayishi edi. Ammo bu xususiyat hali amalga oshmagan. Oqim cheklovli bitta rezistorli bitta oq LED ham yaxshi ishlaydi.

7 -qadam: Test, 1 -qism

Ikkala ATTiny IC -ni Arduino muhitidan USB -dasturchi orqali kiritilgan eskiz fayllari bilan dasturlashdan so'ng, batareyani quyosh panelini zaryad qilishdan oldin prototipdagi ikkita yadro to'g'ri ishlashini tekshirishga yordam beradi. Ideal holda, bu asosiy osiloskop, multimetr va skameykali elektr ta'minotini talab qiladi.

Tekshirish kerak bo'lgan birinchi narsa shundaki, mumkin bo'lgan shikastlanishni oldini olish uchun IC, batareya va panelni rozetkaga ulashdan oldin bortda hech qanday qisqa tutashuv yo'q! Buning eng oson yo'li - bu vaziyatda chiqish oqimini xavfsiz qiymat bilan cheklaydigan dastgoh quvvat manbasidan foydalanish. Men 3 voltli va 100 mA chegaradagi quvvat manbaini quyosh panelining kirish jak terminallariga musbat va manfiy quvvat manbaiga ulangan holda ishlatardim. Passiv komponentlardan boshqa hech narsa o'rnatilmaganligi sababli, quvvat manbaining joriy monitorida hech qanday oqim qayd etilmagan bo'lishi kerak. Agar sezilarli oqim oqimi bo'lsa yoki ta'minot oqim cheklovchisiga o'tib ketsa, nimadir noto'g'ri ketdi va qutbni teskari o'girilgan kondensatorlar noto'g'ri ulanganligini tekshirish uchun taxtani tekshirish kerak.

Keyingi qadam, kuchaytirgichning to'g'ri ishlashini ta'minlash. Bortda vint-potansiyometr bor, quvvat manbai hali ham ulangan va konvertorning to'rtta pinasi mos ravishda ulangan, modulning chiqish terminalidagi kuchlanish 3,8-3,9 volt atrofida bo'lmaguncha, kichik tornavida uchi bilan burilishi kerak. Bu shahar qiymati ish paytida o'zgarmaydi, haydovchi yadrosi modulning o'chirish pimini tortish orqali o'rtacha chiqish voltajini boshqaradi.

8 -qadam: Test, 2 -qism

Keyingi tekshirilishi kerak bo'lgan narsa, i2c kommunikatori yaxshi ishlayapti, taxta zaryadsizlansa, sensori yadrosi IC o'rnatilishi mumkin. Osiloskopda jismoniy chipning 5 va 7 -pinlarida pulsatsiyalanuvchi signallar bo'lishi kerak, chipdagi bu i2c drayveri o'z do'stiga ma'lumot yuborishga harakat qiladi. O'chirgandan so'ng, haydovchi yadrosi o'rnatilishi mumkin va ulanishni yana osiloskop bilan tekshirsa, ikkala chiziqda ham ko'rinadigan impulslarning katta ketma -ketligi bo'lishi kerak. Bu shuni anglatadiki, chiplar to'g'ri muloqot qilmoqda.

Oxirgi to'liq sinov uchun batareyani ozgina zaryadlangan bo'lishiga yordam beradi. Buning uchun dastgoh ta'minotidan ham foydalanish mumkin, chunki joriy chegara taxminan 50 mA va kuchlanish hali 3,8 voltsda, LiPo batareyasi bir necha daqiqaga to'g'ridan -to'g'ri ulangan holda qoladi.

Oxirgi qadam - to'liq tizimni sinab ko'rish - hamma narsa ulangan holda, agar panel o'n yoki 15 soniya davomida yopilgan bo'lsa, yorug'lik haydovchi yadrosining PWM chiqishi orqali yonishi kerak. Panel yorqin quyosh nuri ostida bo'lsa, batareya kuchaytirgich konverterining quvvatidan zaryad olishi kerak. Noqulay mantiq tarmog'ini bilvosita tekshirib, uning to'g'ri ishlayotganini tekshirish uchun, PWM liniyasiga qarab, kuchaytirgich konvertorining o'chirish pinini boshqaradi; batareya quvvati past bo'lganida yorug'lik kuchayishi bilan pulsning kengligi oshishi kerak, bu shuni ko'rsatadiki, quyosh nuri ko'proq quvvat olganda, haydovchi yadrosi batareyaga ko'proq quvvat yuborilishini bildiradi!

9 -qadam: Fuzzy Logic ilovasi

Noma'lum mantiq - bu mashinani o'rganish texnikasi, u boshqariladigan tizimning ko'p parametrlarida noaniqlik mavjud bo'lgan apparat tizimlarini boshqarishda qo'llanilishi mumkin, bu maqsadni matematik tarzda yozib olish qiyin bo'lgan chiqish boshqaruvining echimiga aniq kiritish imkonini beradi. Bu 0 (noto'g'ri) va 1 (haqiqiy) oralig'idagi mantiqiy qadriyatlar yordamida, noaniqlikni odamnikiga o'xshatib ifodalash ("asosan to'g'ri" yoki "haqiqatdan ham to'g'ri emas") va kulrang maydonga ruxsat berish orqali amalga oshiriladi. 100% to'g'ri va 100% noto'g'ri so'zlar orasida. Bunga birinchi navbatda, qaror qabul qilinishi kerak bo'lgan o'zgaruvchilarning namunalarini olish va ularni "fuzzizing" orqali erishish mumkin.

Har qanday noaniq mantiq tizimining yuragi "noaniq assotsiativ xotira" dir. Bu matritsani eslatadi, bu erda batareyani zaryadlash sxemasida 3x3 qiymatlari 0 dan 1 gacha saqlanadi. Matritsadagi qadriyatlar, yuqoridagi a'zolik funktsiyasining ma'lum bir kirish majmuini qanday talab qilishiga qarab, kuchaytirgich konvertorining SHTDN pinini boshqaruvchi PWM omili qanday bo'lishi kerakligi haqida odam qanday fikr yuritishi bilan chambarchas bog'liq bo'lishi mumkin. Masalan, agar panelning kirish voltaji yuqori bo'lsa -da, lekin batareyaga tushayotgan oqim past bo'lsa, demak, ko'proq quvvat olish mumkin va PWM sozlamasi optimal emas va uni oshirish kerak. Aksincha, agar panel zo'riqishi pasayib ketsa, lekin zaryadlovchi hali ham katta quvvatni batareya quvvatiga o'tkazmoqchi bo'lsa, u ham isrof bo'ladi, shuning uchun PWM signalini kuchaytirgich konvertoriga tushirish yaxshidir. Kirish signallari noaniq to'plamga "aylantirilgan" bo'lgandan so'ng, ular "bilim" katakchasining qanchalik katta ekanligini ko'rsatadigan o'zgartirilgan to'plamni yaratish uchun vektorni matritsaga ko'payishiga o'xshab, bu qiymatlarga ko'paytiriladi. matritsani yakuniy kombinatsiya funktsiyasiga kiritish kerak.

Maxsus funktsiyalarni bajaradigan XOD tugunlari, qurilish materiallari bloklari va Arduino uslubidagi kichik C ++, assotsiativ xotira, tortish funktsiyasi va fujifier ushbu havolada tasvirlangan bloklarga o'xshash: https://www.drdobbs.com/cpp/fuzzy-logic-in-c/184408940 qilish juda oson va tajriba qilish osonroq.