KONTROLER ŁADOWANIA SOLARNEGO ARDUINO PWM (V 2.02): 25 kroków (ze zdjęciami)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Ostatnio zmodyfikowany: 2024-01-30 11:28

Jeśli planujesz zainstalować system solarny off-grid z baterią akumulatorów, będziesz potrzebować Solar Charge Controller. Jest to urządzenie umieszczane pomiędzy panelem słonecznym a baterią akumulatorów w celu kontrolowania ilości energii elektrycznej wytwarzanej przez panele słoneczne trafiającej do akumulatorów. Główną funkcją jest upewnienie się, że bateria jest odpowiednio naładowana i chroniona przed przeładowaniem. Wraz ze wzrostem napięcia wejściowego z panelu słonecznego kontroler ładowania reguluje ładowanie akumulatorów, zapobiegając przeładowaniu i odłącz obciążenie, gdy akumulator jest rozładowany.

Możesz przeglądać moje projekty Solar na mojej stronie internetowej: www.opengreenenergy.com i na kanale YouTube: Open Green Energy

Rodzaje kontrolerów ładowania słonecznego

Obecnie istnieją dwa rodzaje kontrolerów ładowania powszechnie stosowanych w systemach fotowoltaicznych:

1. Kontroler modulacji szerokości impulsu (PWM)

2. Kontroler śledzenia maksymalnego punktu mocy (MPPT)

W tym instruktażowym wyjaśnię ci o kontrolerze ładowania słonecznego PWM. Wcześniej opublikowałem kilka artykułów na temat kontrolerów ładowania PWM. Wcześniejsza wersja moich kontrolerów ładowania słonecznego jest dość popularna w Internecie i przydatna dla ludzi na całym świecie.

Biorąc pod uwagę komentarze i pytania z moich wcześniejszych wersji, zmodyfikowałem mój istniejący kontroler ładowania V2.0 PWM, aby stworzyć nową wersję 2.02.

Poniżej znajdują się zmiany w wersji V2.02 w.r.t V2.0:

1. Nisko wydajny liniowy regulator napięcia został zastąpiony przez konwerter buck MP2307 dla zasilania 5 V.

2. Jeden dodatkowy czujnik prądu do monitorowania prądu pochodzącego z panelu słonecznego.

3. MOSFET-IRF9540 został zastąpiony przez IRF4905 dla lepszej wydajności.

4. Wbudowany czujnik temperatury LM35 został zastąpiony sondą DS18B20 w celu dokładnego monitorowania temperatury akumulatora.

5. Port USB do ładowania inteligentnych urządzeń.

6. Użycie pojedynczego bezpiecznika zamiast dwóch

7. Jedna dodatkowa dioda LED wskazująca stan energii słonecznej.

8. Wdrożenie 3-stopniowego algorytmu ładowania.

9. Implementacja regulatora PID w algorytmie ładowania

10. Wykonałem niestandardową płytkę drukowaną do projektu

Specyfikacja

1. Kontroler ładowania oraz licznik energii

2. Automatyczny wybór napięcia akumulatora (6V/12V)

3. Algorytm ładowania PWM z nastawą automatycznego ładowania w zależności od napięcia akumulatora;

4. Wskazanie LED stanu naładowania i stanu obciążenia;

5. Wyświetlacz LCD 20x4 znaków do wyświetlania napięć, prądu, mocy, energii i temperatury.

6. Ochrona odgromowa

7. Ochrona przed prądem wstecznym

8. Zabezpieczenie przed zwarciem i przeciążeniem

9. Kompensacja temperatury do ładowania

10. Port USB do ładowania gadżetów

Kieszonkowe dzieci

Możesz zamówić PCB V2.02 z PCBWay

1. Arduino Nano (Amazonka / Banggood)

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

3. Dioda mocy -MBR2045 (Amazonka/Aliexpress)

4. Konwerter Buck-MP2307 (Amazon / Banggood)

5. Czujnik temperatury-DS18B20 (Amazon/Banggood)

6. Czujnik prądu - ACS712 (Amazon / Banggood)

7. Dioda TVS-P6KE36CA (Amazonka/Aliexpress)

8. Tranzystory - 2N3904 (Amazon / Banggood)

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

10. Kondensatory ceramiczne (0,1 uF x 2) (Amazon / Banggood)

11. Wyświetlacz LCD 20x4 I2C (Amazon / Banggood)

12. Dioda LED RGB (Amazon/Banggood)

13. Dwukolorowa dioda LED (Amazonka)

15. Przewody/przewody połączeniowe (Amazon / Banggood)

16. Kołki nagłówka (Amazon / Banggood)

17. Radiatory (Amazonka/Aliexpress)

18. Uchwyt bezpiecznika i bezpieczniki (Amazon)

19. Przycisk (Amazon / Banggood)

22. Zaciski śrubowe 1x6 pin (Aliexpress)

23. Wsporniki PCB (Banggood)

24. Gniazdo USB (Amazon / Banggood)

Narzędzia:

1. Lutownica (Amazonka)

2. Pompa rozlutowująca (Amazon)

2. Przecinak do drutu i ściągacz izolacji (Amazon)

3. Śrubokręt (Amazonka)

Krok 1: Zasada działania kontrolera ładowania PWM

PWM oznacza modulację szerokości impulsu, co oznacza metodę używaną do regulowania ładunku. Jego funkcją jest obniżenie napięcia panelu słonecznego do poziomu zbliżonego do akumulatora, aby zapewnić prawidłowe naładowanie akumulatora. Innymi słowy, blokują napięcie panelu słonecznego z napięciem akumulatora, przeciągając panel słoneczny Vmp w dół do napięcia systemu akumulatorów bez zmiany prądu.

Wykorzystuje przełącznik elektroniki (MOSFET) do łączenia i odłączania panelu słonecznego z akumulatorem. Przełączając MOSFET przy wysokiej częstotliwości z różnymi szerokościami impulsów, można utrzymać stałe napięcie. Kontroler PWM dostosowuje się samoczynnie, zmieniając szerokość (długość) i częstotliwość impulsów wysyłanych do akumulatora.

Gdy szerokość wynosi 100%, MOSFET jest w pełni WŁĄCZONY, umożliwiając panelowi słonecznemu masowe ładowanie akumulatora. Gdy szerokość wynosi 0%, tranzystor jest wyłączony, otwierając obwód panelu słonecznego, zapobiegając przepływowi prądu do akumulatora, gdy akumulator jest w pełni naładowany.

Krok 2: Jak działa obwód?

Sercem kontrolera ładowania jest płytka Arduino Nano. Arduino wykrywa napięcie panelu słonecznego i akumulatora za pomocą dwóch obwodów dzielnika napięcia. Na podstawie tych poziomów napięcia decyduje o sposobie ładowania akumulatora i kontroli obciążenia.

Uwaga: na powyższym obrazku występuje błąd typograficzny w sygnale zasilania i sterowania. Czerwona linia to zasilanie, a żółta linia to sygnał sterujący.

Cały schemat podzielony jest na następujące obwody:

1. Obwód dystrybucji zasilania:

Moc z akumulatora (B+ i B-) jest obniżana do 5V przez konwerter buck X1 (MP2307). Wyjście z konwertera buck jest dystrybuowane do

1. Płytka Arduino

2. Diody LED do wskazania

3. Wyświetlacz LCD

4. Port USB do ładowania gadżetów.

2. Czujniki wejściowe:

Napięcia panelu słonecznego i akumulatora są wykrywane za pomocą dwóch obwodów dzielnika napięcia składających się z rezystorów R1-R2 i R3-R4. C1 i C2 to kondensatory filtrujące, które odfiltrowują niepożądane sygnały szumowe. Wyjście z dzielników napięcia jest podłączone odpowiednio do analogowych pinów Arduino A0 i A1.

Panel słoneczny i prądy obciążenia są wykrywane za pomocą dwóch modułów ACS712. Wyjście z czujników prądowych jest podłączone odpowiednio do pinów analogowych A3 i A2 Arduino.

Temperatura baterii jest mierzona za pomocą czujnika temperatury DS18B20. R16 (4,7K) to rezystor podciągający. Wyjście czujnika temperatury jest podłączone do pinu D12 Arduino Digital.

3. Obwody sterujące:

Obwody sterujące składają się zasadniczo z dwóch tranzystorów p-MOSFET Q1 i Q2. MOSFET Q1 służy do wysyłania impulsu ładowania do akumulatora, a MOSFET Q2 służy do napędzania obciążenia. Dwa obwody sterownika MOSFET składają się z dwóch tranzystorów T1 i T2 z rezystorami podciągającymi R6 i R8. Prąd bazy tranzystorów jest kontrolowany przez rezystory R5 i R7.

4. Obwody zabezpieczające:

Przepięcia wejściowe od strony panelu słonecznego są zabezpieczone diodą TVS D1. Prąd wsteczny z akumulatora do panelu słonecznego jest chroniony przez diodę Schottky'ego D2. Przetężenie jest zabezpieczone bezpiecznikiem F1.

5. Wskaźnik LED:

LED1, LED2 i LED3 służą do wskazywania odpowiednio stanu nasłonecznienia, baterii i obciążenia. Rezystory R9 do R15 są rezystorami ograniczającymi prąd.

7. Wyświetlacz LCD:

Wyświetlacz LCD I2C służy do wyświetlania różnych parametrów.

8. Ładowanie przez USB:

Gniazdo USB jest podłączone do wyjścia 5V z konwertera Buck.

9. Reset systemu:

SW1 to przycisk do resetowania Arduino.

Schemat można pobrać w załączonym formacie PDF.

Krok 3: Główne funkcje regulatora ładowania słonecznego

Kontroler ładowania został zaprojektowany z uwzględnieniem następujących punktów.

1. Zapobieganie przeładowaniu akumulatora: Aby ograniczyć energię dostarczaną do akumulatora przez panel słoneczny, gdy akumulator jest w pełni naładowany. Jest to zaimplementowane w charge_cycle() mojego kodu.

2. Zapobieganie nadmiernemu rozładowaniu akumulatora: Aby odłączyć akumulator od obciążeń elektrycznych, gdy akumulator osiągnie niski stan naładowania. Jest to zaimplementowane w load_control() mojego kodu.

3. Zapewnij funkcje kontroli obciążenia: Automatyczne podłączanie i odłączanie obciążenia elektrycznego w określonym czasie. Obciążenie włączy się po zachodzie słońca i wyłączy po wschodzie słońca. Jest to zaimplementowane w load_control() mojego kodu. 4. Monitorowanie mocy i energii: Aby monitorować moc i energię obciążenia i wyświetlać je.

5. Chroń przed nienormalnym stanem: Aby chronić obwód przed różnymi nienormalnymi sytuacjami, takimi jak piorun, przepięcie, przetężenie i zwarcie itp.

6. Wskazywanie i wyświetlanie: aby wskazać i wyświetlić różne parametry;

7. Komunikacja szeregowa: Aby wydrukować różne parametry na monitorze szeregowym

8. Ładowanie przez USB: do ładowania inteligentnych urządzeń

Krok 4: Pomiar napięcia

Czujniki napięcia służą do wykrywania napięcia panelu słonecznego i akumulatora. Realizowany jest za pomocą dwóch obwodów dzielnika napięcia. Składa się z dwóch rezystorów R1=100k i R2=20k do pomiaru napięcia panelu słonecznego i podobnie R3=100k i R4=20k do napięcia akumulatora. Wyjście z R1 i R2 jest podłączone do analogowego pinu A0 Arduino, a wyjście z R3 i R4 jest podłączone do analogowego pinu A1 Arduino.

Pomiar napięcia: Wejścia analogowe Arduino mogą być używane do pomiaru napięcia DC w zakresie od 0 do 5 V (przy użyciu standardowego analogowego napięcia odniesienia 5 V), a zakres ten można zwiększyć za pomocą sieci dzielnika napięcia. Dzielnik napięcia obniża mierzone napięcie w zakresie wejść analogowych Arduino.

Dla obwodu dzielnika napięcia Vout = R2/(R1+R2) x Vin

Vin = (R1+R2)/R2 x Vout

Funkcja analogRead() odczytuje napięcie i konwertuje je na liczbę z zakresu od 0 do 1023

Kalibracja: Zamierzamy odczytać wartość wyjściową za pomocą jednego z wejść analogowych Arduino i jego funkcji analogRead(). Ta funkcja wyprowadza wartość z zakresu od 0 do 1023, czyli 0,00488 V dla każdego przyrostu (As 5/1024 = 0,00488 V)

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

Vin= liczba ADC*0.00488*(120/20) Volt // Podświetlona część to Współczynnik skali

Uwaga: To prowadzi nas do przekonania, że odczyt 1023 odpowiada napięciu wejściowemu równemu dokładnie 5,0 woltów. W praktyce nie zawsze można uzyskać 5V z pinu 5V Arduino. Tak więc podczas kalibracji najpierw zmierz napięcie między pinami 5V i GND Arduino za pomocą multimetru i użyj współczynnika skali, korzystając z poniższego wzoru:

Współczynnik skali = zmierzone napięcie/1024

Krok 5: Pomiar prądu

Do pomiaru prądu użyłem czujnika prądu Hall Effect ACS 712 -5A. Istnieją trzy warianty czujnika ACS712 w oparciu o zakres jego wykrywania prądu. Czujnik ACS712 odczytuje wartość prądu i przekształca ją na odpowiednią wartość napięcia. Wartość łącząca oba pomiary to Czułość. Czułość wyjściowa dla wszystkich wariantów jest następująca:

ACS712 Model -> Zakres prądu -> Czułość

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

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

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

W tym projekcie zastosowałem wariant 5A, dla którego czułość wynosi 185mV/A, a średnie napięcie wykrywania wynosi 2,5V przy braku prądu.

Kalibrowanie:

wartość odczytu analogowego = odczyt analogowy (Pin);

Wartość = (5/1024)*wartość odczytu analogowego // Jeśli nie otrzymujesz 5V z pinu Arduino 5V, to

Prąd w amperach = (Wartość – przesunięcieNapięcie) / czułość

Ale zgodnie z arkuszami danych napięcie przesunięcia wynosi 2,5 V, a czułość 185 mV/A

Prąd w amperach = (Wartość-2,5)/0,185

Krok 6: Pomiar temperatury

Dlaczego wymagane jest monitorowanie temperatury?

Reakcje chemiczne akumulatora zmieniają się wraz z temperaturą. W miarę nagrzewania się akumulatora wzrasta gazowanie. Gdy bateria stygnie, staje się bardziej odporna na ładowanie. W zależności od tego, jak bardzo zmienia się temperatura akumulatora, ważne jest dostosowanie ładowania do zmian temperatury. Dlatego ważne jest, aby dostosować ładowanie do wpływu temperatury. Czujnik temperatury mierzy temperaturę akumulatora, a Solar Charge Controller wykorzystuje to wejście do dostosowania punktu ładowania zgodnie z wymaganiami. Wartość kompensacji wynosi -5mv /degC/ogniwo dla akumulatorów kwasowo-ołowiowych. (–30mV/ºC dla 12V i 15mV/ºC dla akumulatora 6V). Negatywny znak kompensacji temperatury wskazuje, że wzrost temperatury wymaga obniżenia nastawy ładowania. Więcej informacji znajdziesz w tym artykule.

Pomiar temperatury przez DS18B20

Do pomiaru temperatury akumulatora użyłem zewnętrznej sondy DS18B20. Do komunikacji z mikrokontrolerem wykorzystuje protokół jednoprzewodowy. Można go podłączyć do portu J4 na płycie.

Aby połączyć się z czujnikiem temperatury DS18B20, musisz zainstalować bibliotekę One Wire i bibliotekę Dallas Temperature.

Możesz przeczytać ten artykuł, aby uzyskać więcej informacji na temat czujnika DS18B20.

Krok 7: Obwód ładowania USB

Zastosowany do zasilania konwerter buck MP2307 może dostarczać prąd do 3A. Ma więc wystarczający margines na ładowanie gadżetów USB. Gniazdo USB VCC jest podłączone do 5V, a GND do GND. Możesz odwołać się do powyższego schematu.

Uwaga: Napięcie wyjściowe USB nie jest utrzymywane na poziomie 5V, gdy prąd obciążenia przekracza 1A. Zalecałbym więc ograniczenie obciążenia USB poniżej 1A.

Krok 8: Algorytm ładowania

Po podłączeniu sterownika do akumulatora program rozpocznie pracę. Początkowo sprawdza, czy napięcie panelu jest wystarczające do naładowania akumulatora. Jeśli tak, wejdzie w cykl ładowania. Cykl ładowania składa się z 3 etapów.

Etap 1 Ładowanie zbiorcze:

Arduino połączy panel słoneczny bezpośrednio z akumulatorem (cykl pracy 99%). Napięcie akumulatora będzie stopniowo wzrastać. Gdy napięcie akumulatora osiągnie 14,4 V, rozpocznie się etap 2.

Na tym etapie prąd jest prawie stały.

Stopień 2 Absorpcja:

Na tym etapie Arduino będzie regulować prąd ładowania, utrzymując poziom napięcia na poziomie 14,4 przez godzinę. Napięcie jest utrzymywane na stałym poziomie poprzez regulację cyklu pracy.

Etap 3 Opłata płynna:

Sterownik generuje ładowanie podtrzymujące, aby utrzymać poziom napięcia na poziomie 13,5V. Na tym etapie bateria jest w pełni naładowana. Jeśli napięcie akumulatora jest mniejsze niż 13,2 V przez 10 minut.

Cykl ładowania zostanie powtórzony.

Krok 9: Kontrola obciążenia

Aby automatycznie podłączać i odłączać obciążenie, monitorując zmierzch/świt i napięcie akumulatora, używana jest kontrola obciążenia.

Podstawowym celem kontroli obciążenia jest odłączenie obciążenia od akumulatora, aby chronić go przed głębokim rozładowaniem. Głębokie rozładowanie może uszkodzić akumulator.

Zacisk obciążenia DC jest przeznaczony do obciążenia DC małej mocy, takiego jak oświetlenie uliczne.

Sam panel fotowoltaiczny służy jako czujnik światła.

Zakładając napięcie panelu słonecznego > 5V oznacza świt, a gdy <5V zmierzch.

Stan ON: Wieczorem, gdy poziom napięcia PV spadnie poniżej 5V, a napięcie akumulatora jest wyższe niż ustawienie LVD, kontroler włączy obciążenie i zaświeci się zielona dioda obciążenia.

Stan WYŁ: Obciążenie zostanie odcięte w następujących dwóch warunkach.

1. Rano, gdy napięcie PV jest większe niż 5V, 2. Gdy napięcie akumulatora jest niższe niż ustawienie LVD Włączona czerwona dioda obciążenia wskazuje, że obciążenie jest odcięte.

LVD jest określany jako odłączenie niskiego napięcia

Krok 10: Moc i energia

Moc: Moc jest iloczynem napięcia (wolt) i prądu (Amp)

P=VxI Jednostka mocy to Wat lub KW

Energia: Energia jest iloczynem mocy (wat) i czasu (godzina)

E= Pxt Jednostka energii to watogodzina lub kilowatogodzina (kWh)

Do monitorowania mocy i energii powyższa logika jest zaimplementowana programowo, a parametry wyświetlane są na 20x4 znakowym wyświetlaczu LCD.

Źródło obrazu: imgoat

Krok 11: Zabezpieczenia

1. Ochrona przed odwrotną polaryzacją i prądem wstecznym dla panelu słonecznego

Do zabezpieczenia przed odwrotną polaryzacją i prądem wstecznym stosowana jest dioda Schottky'ego (MBR2045).

2. Ochrona przed przeładowaniem i głębokim rozładowaniem

Ochrona przed przeładowaniem i głębokim rozładowaniem jest realizowana przez oprogramowanie.

3. Zabezpieczenie przed zwarciem i przeciążeniem

Zabezpieczenie przed zwarciem i przeciążeniem realizowane jest za pomocą bezpiecznika F1.

4. Ochrona przeciwprzepięciowa na wejściu panelu słonecznego

Chwilowe przepięcia występują w systemach elektroenergetycznych z różnych powodów, ale piorun powoduje najpoważniejsze przepięcia. Dotyczy to w szczególności systemów fotowoltaicznych ze względu na odsłonięte miejsca i przewody łączące system. W tym nowym projekcie użyłem 600-watowej dwukierunkowej diody TVS (P6KE36CA) do tłumienia wyładowań atmosferycznych i przepięć na zaciskach PV.

źródło obrazu: freeimages

Krok 12: Wskazania LED

1. Dioda solarna: LED1 Dwukolorowa (czerwona/zielona) dioda LED służy do wskazywania stanu zasilania słonecznego, tj. zmierzchu lub świtu.

Słoneczna dioda LED ------------------- Stan słoneczny!

ZIELONY ----------------------- Dzień

CZERWONY ------------------------- Noc

2. Dioda stanu naładowania akumulatora (SOC): LED2

Jednym z ważnych parametrów określających zawartość energii w akumulatorze jest stan naładowania (SOC). Ten parametr wskazuje, ile ładunku jest dostępne w akumulatorze. Dioda RGB służy do wskazywania stanu naładowania baterii. Odnośnie połączenia, patrz powyższy schemat.

Dioda baterii ----------Stan baterii

CZERWONY ------------------ Napięcie jest NISKIE!

ZIELONY ------------------ Napięcie jest zdrowe!

NIEBIESKI ------------------ W pełni naładowany

2. Dioda obciążenia: LED3

Dwukolorowa (czerwona/zielona) dioda LED służy do wskazywania stanu obciążenia. Odnieś się do powyższego schematu w celu podłączenia.

Dioda obciążenia ------------------- Stan obciążenia

ZIELONY ----------------------- Połączony (WŁĄCZONY)

CZERWONY ------------------------- Odłączony (WYŁĄCZONY)

Krok 13: Wyświetlacz LCD

Wyświetlacz LCD 20X4 jest używany do monitorowania parametrów panelu słonecznego, akumulatora i obciążenia.

Dla uproszczenia do tego projektu wybrano wyświetlacz LCD I2C. Do połączenia z Arduino potrzebne są tylko 4 przewody.

Połączenie jest poniżej:

Arduino LCD

VCC 5V, GNDGND, SDAA4, SCLA5

Rząd-1: napięcie panelu słonecznego, prąd i moc

Rząd-2: napięcie akumulatora, temperatura i stan ładowarki (ładowanie / brak ładowania)

Rząd-3: prąd obciążenia, moc i stan obciążenia

Wiersz-4: Energia pobierana z panelu słonecznego i Energia zużyta przez obciążenie.

Musisz pobrać bibliotekę z LiquidCrystal_I2C.

Krok 14: Prototypowanie i testowanie

1. Deska do krojenia chleba:

Najpierw wykonałem obwód na płytce do krojenia chleba. Główną zaletą płytki stykowej bez lutowania jest to, że jest bezlutowana. W ten sposób możesz łatwo zmienić projekt, po prostu odłączając komponenty i przewody, jak potrzebujesz.

2. Płyta perforowana:

Po wykonaniu testów płytki stykowej wykonałem obwód na płytce perforowanej. Aby to zrobić, postępuj zgodnie z instrukcją poniżej

i) Najpierw włóż wszystkie części do otworu płyty perforowanej.

ii) Przylutuj wszystkie podkładki komponentów i przytnij dodatkowe nogi za pomocą przycinacza.

iii) Podłącz pola lutownicze za pomocą przewodów zgodnie ze schematem.

iv) Użyj dystansu, aby odizolować obwód od ziemi.

Obwód płyty perforowanej jest naprawdę mocny i można go na stałe zastosować w projekcie. Po przetestowaniu prototypu, jeśli wszystko działa idealnie, możemy przejść do zaprojektowania finalnej płytki drukowanej.

Krok 15: Projektowanie PCB

Schemat narysowałem za pomocą oprogramowania online EasyEDA, po czym przełączyłem się na układ PCB.

Wszystkie komponenty dodane na schemacie powinny tam być, ułożone jeden na drugim, gotowe do umieszczenia i trasowania. Przeciągnij elementy, chwytając za podkładki. Następnie umieść go wewnątrz prostokątnej granicy.

Ułóż wszystkie elementy w taki sposób, aby płytka zajmowała jak najmniej miejsca. Mniejszy rozmiar płytki, tym tańszy będzie koszt produkcji PCB. Przyda się, jeśli ta płytka będzie miała na sobie otwory montażowe, aby można ją było zamontować w obudowie.

Teraz musisz jechać. Routing to najfajniejsza część tego całego procesu. To jak rozwiązywanie zagadki! Za pomocą narzędzia śledzącego musimy połączyć wszystkie komponenty. Możesz użyć zarówno górnej, jak i dolnej warstwy, aby uniknąć nakładania się dwóch różnych ścieżek i skrócić ścieżki.

Możesz użyć warstwy Silk, aby dodać tekst do tablicy. Ponadto jesteśmy w stanie wstawić plik graficzny, więc dodaję obraz logo mojej witryny do wydrukowania na tablicy. Na koniec, używając narzędzia do powierzchni miedzi, musimy utworzyć obszar uziemienia płytki drukowanej.

Teraz płytka drukowana jest gotowa do produkcji.

Krok 16: Pobierz pliki Gerber

Po wykonaniu PCB musimy wygenerować pliki, które można wysłać do firmy produkującej PCB, która w odpowiednim czasie odeśle nam prawdziwą PCB.

W EasyEDA Możesz wyprowadzić pliki produkcyjne (plik Gerber) poprzez Dokument > Generuj Gerbera lub klikając przycisk Generuj Gerbera na pasku narzędzi. Wygenerowany plik Gerber jest skompresowanym pakietem. Po dekompresji możesz zobaczyć następujące 8 plików:

1. Miedź dolna:.gbl

2. Górna miedź:.gtl

3. Dolne maski lutownicze:.gbs

4. Najlepsze maski lutownicze:.gts

5. Dolny sitodruk:.gbo

6. Górny sitodruk:.gto

7. Wiertło:.drl

8. Zarys:.zarys

Możesz pobrać pliki Gerber z PCBWay

Kiedy złożysz zamówienie od PCBWay, otrzymam 10% darowizny od PCBWay na wkład w moją pracę. Twoja niewielka pomoc może zachęcić mnie do dalszej pracy w przyszłości. Dziękuję za współpracę.

Krok 17: Produkcja PCB

Teraz nadszedł czas, aby dowiedzieć się, jaki producent PCB może przekształcić nasze pliki Gerber w prawdziwą płytkę drukowaną. Wysłałem moje pliki Gerber do JLCPCB do produkcji mojej płytki drukowanej. Ich obsługa jest bardzo dobra. Otrzymałem swoją płytkę drukowaną w Indiach w ciągu 10 dni.

BOM dla projektu znajduje się poniżej.

Krok 18: Lutowanie komponentów

Po otrzymaniu płytki z fabryki PCB, musisz przylutować elementy.

Do lutowania potrzebujesz porządnej lutownicy, lutownicy, szczypiec, knotów rozlutowniczych lub pompy i multimetru.

Dobrą praktyką jest lutowanie elementów zgodnie z ich wysokością. Najpierw przylutuj komponenty o mniejszej wysokości.

Możesz wykonać następujące kroki, aby przylutować komponenty:

1. Przełóż nogi komponentów przez otwory i obróć płytkę PCB na tylną stronę.

2. Przytrzymaj końcówkę lutownicy do połączenia podkładki i nóżki elementu.

3. Wprowadzić lut do złącza tak, aby opływał przewód i zakrywał pad. Gdy wszystko opłynie, odsuń końcówkę.

4. Przytnij dodatkowe nogi za pomocą szczypiec.

Postępuj zgodnie z powyższymi zasadami dotyczącymi lutowania wszystkich komponentów.

Krok 19: Montaż czujnika prądu ACS712

Czujnik prądu ACS712, który otrzymałem, ma wstępnie wlutowany zacisk śrubowy do podłączenia. Aby przylutować moduł bezpośrednio na płytce PCB należy najpierw wylutować zacisk śrubowy.

Odlutowuję zacisk śrubowy za pomocą pompki do rozlutowywania jak na zdjęciu powyżej.

Następnie lutuję moduł ACS712 do góry nogami.

Do podłączenia zacisków Ip+ i Ip- do płytki PCB użyłem nóżek z zaciskami diodowymi.

Krok 20: Dodawanie konwertera Buck

Aby przylutować moduł Buck Converter, musisz przygotować 4 proste kołki rozgałęźne, jak pokazano powyżej.

Przylutuj 4 piny nagłówka na X1, 2 są dla wyjścia, a pozostałe dwa dla wejść.

Krok 21: Dodawanie Arduino Nano

Kupując proste nagłówki, będą one zbyt długie dla Arduino Nano. Musisz je przyciąć do odpowiedniej długości. Oznacza to 15 pinów każdy.

Najlepszym sposobem na przycięcie żeńskich elementów nagłówka jest odliczenie 15 kołków, pociągnięcie 16 kołka, a następnie użycie szczypiec do wycięcia szczeliny między 15 a 17 kołkiem.

Teraz musimy zainstalować żeńskie nagłówki na płytce drukowanej. Weź żeńskie nagłówki i umieść je na męskich nagłówkach na płytce Arduino Nano.

Następnie przylutuj żeńskie styki nagłówka do płytki kontrolera ładowania.

Krok 22: Przygotowanie tranzystorów MOSFET

Przed wlutowaniem tranzystorów MOSFET Q1 Q2 i diody D1 na płytkę PCB, lepiej najpierw przymocować do nich radiatory. Radiatory służą do odprowadzania ciepła z urządzenia w celu utrzymania niższej temperatury urządzenia.

Nałóż warstwę pasty do radiatora na metalową płytkę podstawy MOSFET. Następnie umieść podkładkę termoprzewodzącą pomiędzy MOSFETem a radiatorem i dokręć śrubę. Możesz przeczytać ten artykuł o tym, dlaczego radiator jest niezbędny.

Na koniec przylutuj je do płytki kontrolera ładowania.

Krok 23: Montaż wsporników

Po przylutowaniu wszystkich części zamontuj wsporniki w 4 rogach. Użyłem mosiężnych wsporników sześciokątnych M3.

Zastosowanie wsporników zapewni wystarczający odstęp od złączy lutowniczych i przewodów od podłoża.

Krok 24: Oprogramowanie i biblioteki

Najpierw pobierz załączony kod Arduino. Następnie pobierz poniższe biblioteki i zainstaluj je.

1. Jeden przewód

2. Dallas Temperatura

3. LiquidCrystal_I2C

4. Biblioteka PID

Cały kod jest podzielony na mały blok funkcjonalny, aby zapewnić elastyczność. Załóżmy, że użytkownik nie jest zainteresowany korzystaniem z wyświetlacza LCD i jest zadowolony ze wskazania diody LED. Następnie wyłącz lcd_display() z void loop(). To wszystko. Podobnie, zgodnie z wymaganiami użytkownika, może włączać i wyłączać różne funkcje.

Po zainstalowaniu wszystkich powyższych bibliotek wgraj kod Arduino.

Uwaga: teraz pracuję nad oprogramowaniem do implementacji lepszego algorytmu ładowania. Prosimy o kontakt, aby uzyskać najnowszą wersję.

Aktualizacja 02.04.2020

Wgrane nowe oprogramowanie z ulepszonym algorytmem ładowania i zaimplementowaniem w nim regulatora PID.

Krok 25: Testy końcowe

Podłącz zaciski akumulatora kontrolera ładowania (BAT) do akumulatora 12 V. Upewnij się, że polaryzacja jest prawidłowa. Po podłączeniu dioda LED i LCD zaczną działać natychmiast. Zauważysz również napięcie baterii i temperaturę w drugim rzędzie wyświetlacza LCD.

Następnie podłącz panel słoneczny do terminala słonecznego (SOL), możesz zobaczyć napięcie słoneczne, prąd i moc w pierwszym rzędzie wyświetlacza LCD. Użyłem zasilacza laboratoryjnego do symulacji panelu słonecznego. Użyłem moich mierników mocy do porównania wartości napięcia, prądu i mocy z wyświetlaczem LCD.

Procedura testowa jest pokazana w tym filmie demonstracyjnym

W przyszłości zaprojektuję do tego projektu obudowę wydrukowaną w 3D. Pozostajemy w kontakcie.

Ten projekt jest wpisem do konkursu PCB, proszę o głosowanie na mnie. Wasze głosy są dla mnie prawdziwą inspiracją do cięższej pracy nad pisaniem bardziej przydatnych projektów, takich jak ten.

Dziękuję za przeczytanie mojego Instructable. Jeśli podoba Ci się mój projekt, nie zapomnij go udostępnić.

Komentarze i opinie są zawsze mile widziane.

Drugie miejsce w konkursie PCB Design Challenge