Luce solare colorata per vasi da giardino: 9 passaggi (con immagini)

2024 Autore: John Day | [email protected]. Ultima modifica: 2024-01-30 10:02

Il modo più semplice per illuminare un barattolo solare è smontare una di quelle lampade solari da giardino economiche e fissarla in un barattolo di vetro. Come ingegnere volevo qualcosa di più sofisticato. Quelle luci bianche sono noiose, quindi ho deciso di far girare il mio design basato su un Arduino, LED RGB e un sensore in modo che il colore possa essere cambiato semplicemente inclinando la luce.

La cella solare carica la batteria al litio e funge anche da sensore di luce per accendere automaticamente la luce quando fa buio. Ho avuto grande cura nella progettazione per ridurre il consumo di energia quando la luce è spenta e tutta l'energia raccolta può essere utilizzata per illuminare il tuo giardino. Maggiori dettagli sul processo di progettazione possono essere trovati sul mio blog: BashtelorOfScience.

Passaggio 1: parti

Avrai bisogno di questi componenti:

• 1x barattolo di vetro (li prendo all'IKEA)
• 1x PCB SolarGardenJarLight
• 1x regolatore di carica TP4054 (IC1)
• 2x resistore, 1M, 0805 (R4, R6)
• 2x resistore, 10M, 0805 (R3, R5)
• Resistenza 3x, 10k, 0805 (R1, R2, R7)
• Condensatore 4x, 1uF, 0805 (C1, C2, C3, C4)
• 1x LED, 0805, verde (LED1)
• 1x MOSFET AO3401, canale P, SOT23 (Q1)
• 1x striscia LED WS2812 tagliata a 3 LED (100 LED per metro)
• 1x modulo accelerometro ADXL345
• 1x batteria al litio, 500 mAh, non più grande di 40x40 mm
• 1x pannello solare, 5V o 5,5V, 45x45mm o 60x60mm

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

Tutti i componenti sono disponibili su aliexpress da vari fornitori. Ho reso disponibile il PCB su dirtyPCB: può essere ordinato in nero o in bianco (avrai 10 PCB). Il prezzo per lanterna quando si ordinano parti per 10 pezzi è di circa 12$.

Passaggio 2: prepara l'Arduino per la bassa potenza

L'Arduino Pro Mini assorbe molta corrente di riposo perché ha un LED di alimentazione che è sempre acceso e anche il regolatore di tensione è una bestia assetata di energia se stiamo parlando di bassa corrente nell'ordine dei micro amplificatori. Devi rimuovere questi due componenti. Esistono diverse versioni di cloni di Arduino. Nella foto sopra ho segnato il LED e il regolatore di tensione nelle versioni più comuni.

Per rimuovere i componenti utilizzare un saldatore e mettere molta saldatura sui componenti e scaldarli bene. Se necessario, pulire successivamente i pad con uno stoppino per saldatura. È anche possibile rimuovere i componenti a forza bruta con una taglierina laterale o un coltello. Fai solo attenzione a non danneggiare il PCB.

Ora è anche un buon momento per caricare lo schizzo. Uso la versione 1.8.4 dell'IDE Arduino ma dovrebbe funzionare anche nelle versioni successive o precedenti. L'Arduino Pro Mini non ha USB a bordo, quindi devi usare un convertitore USB esterno a UART. Prendi uno dal tuo fornitore Arduino preferito o puoi trovarli per meno di 2 $ su aliexpress. Ci sono vari tutorial online su come programmare il Pro Mini. Tieni presente che i cloni di Arduno non utilizzano sempre lo stesso ordine dei pin, quindi ricontrolla il cablaggio prima di collegarlo. Assicurati inoltre di avere la scheda corretta (Arduino Pro Mini) e il processore giusto selezionati nel menu Strumenti IDE di Arduino (ATmega328P o ATmega168P, 5V, 16MHz).

Passaggio 3: saldatura dei componenti SMD

Usa l'immagine del layout sopra per mettere tutti i componenti al posto giusto. I designatori dei componenti si trovano nell'elenco delle parti al passaggio 1.

Se hai bisogno dello schema o del layout puoi scaricare i file di progettazione dell'aquila qui.

Alcuni dei componenti sono piuttosto piccoli e possono essere difficili da saldare per un principiante. Uso una siringa con un piccolo ugello per mettere la pasta saldante sui pad e poi risaldare i componenti usando la mia piastra di saldatura homebrew, ma ovviamente puoi farlo anche usando un saldatore e un filo di saldatura da 0,8 mm (o più sottile).

Dopo aver saldato tutti i componenti, utilizzare una lente d'ingrandimento per ispezionare il lavoro e verificare la presenza di cortocircuiti, in particolare sul controller di carica.

Passaggio 4: saldare Arduino

Per comunicare con l'accelerometro con il protocollo di comunicazione I2C dobbiamo collegare i pin A4 e A5 dell'arduino al PCB. Questi pin sono solitamente accanto al processore (vedi foto al punto 2) ma su alcuni cloni sono ai margini e non sempre nello stesso punto. Il design del PCB funziona con tutte le diverse versioni: per la versione standard con i pin accanto al processore aggiungere il pinheader come mostrato sopra.

Per le altre versioni è possibile utilizzare un pezzo di filo per collegare i pin A4 e A5 ai pad sul PCB. Tagliare i fili a lunghezza dopo la saldatura.

Alcuni arduino vengono forniti con le intestazioni dei pin saldate, altri senza. Ho scoperto che è più semplice saldare prima le intestazioni al PCB della luce del barattolo da giardino e poi aggiungere l'Arduino. Assicurati solo che le intestazioni siano saldate diritte o avrai difficoltà a inserire i pin nei pad.

Passaggio 5: finitura del PCB

Quando si salda il modulo accelerometro ADXL345 è importante che sia parallelo al PCB. Il modo migliore per garantire ciò è posizionare il modulo direttamente sul PCB e inserire l'intestazione del pin dal basso come mostrato nelle foto. Aggiungi la saldatura dall'alto e dopo aver tagliato l'intestazione sul lato inferiore aggiungi anche la saldatura lì.

Tagliare tutti i perni sul lato inferiore con una taglierina laterale, quindi mettere dello scotch sopra tutti i perni per evitare che i perni affilati si incurvino nella batteria e si cortocircuitino.

L'ultimo passaggio consiste nell'aggiungere la striscia LED. Assicurati che la polarità dei pad sia corretta e presta attenzione alla direzione del pin dati: abbina le frecce sulla striscia LED alle frecce sul PCB.

Passaggio 6: pannello solare e batteria

Utilizzare cavi lunghi circa 5 cm per collegare il pannello solare ai due pad contrassegnati con "solare" e prestare attenzione ai simboli più e meno.

L'ultima cosa da saldare è la batteria. Fai molta attenzione qui: le batterie al litio hanno molta potenza e possono far andare in fumo il tuo PCB se accidentalmente si interrompono alcune tracce. Se non è già presente, mettere del nastro adesivo sul filo positivo della batteria per evitare cortocircuiti accidentali. Saldare prima il cavo nero negativo perché è più difficile da saldare. Rimuovere il nastro protettivo dal filo rosso e saldarlo. Vedrai il LED sulla scheda Arduino lampeggiare brevemente quando colleghi la batteria.

Se hai già caricato lo schizzo su Arduino, ora puoi accendere la luce toccando ripetutamente il PCB con un'unghia. Se non funziona devi iniziare il debug usando un multimetro. Controllare prima la tensione della batteria. Se non c'è alimentazione potrebbe essere in modalità di protezione. Fai brillare un po' di luce sul pannello solare per far uscire la batteria da questa modalità. Se questo non aiuta e non c'è ancora alimentazione, scollegare la batteria e controllare il PCB per cortocircuiti o circuiti aperti con l'aiuto dello schema finché non si trova l'errore.

Passaggio 7: termina la luce

Dopo aver testato con successo il circuito, fissare la batteria al lato inferiore del PCB utilizzando colla o nastro biadesivo. Non utilizzare colla a base d'acqua come la colla bianca perché è conduttiva fino a quando non si asciuga. La cosa migliore da usare è il silicone.

Fissate il pannello solare sulla parte superiore della batteria utilizzando anche della colla o del nastro biadesivo formando un simpatico panino elettronico. Riponi i cavi, fissali con altra colla e lascia asciugare il tutto. Verifica se funziona ancora prima di montarlo nel barattolo.

Passaggio 8: assemblare il barattolo

Prendi il tuo barattolo di vetro e assicurati che il pannello solare si adatti al coperchio. Puoi praticamente usare qualsiasi barattolo che ti piace, purché sia trasparente nella parte superiore e impermeabile.

L'adesivo preferito è il silicone perché può resistere facilmente alle alte e basse temperature esterne. Più trasparente è meglio è, ma quella leggermente lattiginosa funziona bene, solo che non si ottiene silicone bianco o grigio. Puoi anche usare la resina epossidica, ma potrebbe rompersi sotto lo stress termico.

Metti del silicone sul vetro e poi premi la luce sulla colla con il pannello solare rivolto verso il vetro, ovviamente. Assicurati che sia bello dall'esterno, rimuovilo, pulisci ripeti se lo hai incasinato, quindi lascialo asciugare.

Metti il barattolo in un luogo soleggiato. Occorrono 2-3 giorni di luce solare per caricare completamente la batteria e anche di più se viene posizionata all'ombra. Se la spia inizia a lampeggiare in rosso significa che la batteria è scarica e ha bisogno di più luce per ricaricarsi. Se metti la luce in un luogo buio per un lungo periodo (cioè diverse settimane) la batteria potrebbe esaurirsi e deve essere sostituita, quindi assicurati che riceva abbastanza luce e funzioni per anni.

Passaggio 9: Manuale dell'utente

Sopra

La luce si accende automaticamente all'alba se rileva condizioni di scarsa illuminazione per diversi minuti e la batteria ha abbastanza energia immagazzinata. Per accendere manualmente la luce basta picchiettare alcune volte sulla parte superiore o agitare energicamente il barattolo.

Spento

La luce si spegne automaticamente dopo circa tre ore all'accensione manuale. Quando si accende automaticamente, funziona fino a quando la batteria è circa a metà scarica (quindi puoi comunque riaccenderla manualmente). Per spegnerlo immediatamente, capovolgerlo.

Cambia colore

Per cambiare il colore è sufficiente inclinare la luce. Ha tre modalità di cambio colore:

1. Cambia luminosità
2. Cambia il colore
3. Cambia la saturazione del colore

Tocca una volta il coperchio per passare da una modalità all'altra. Più ti inclini, più velocemente cambia.

Modalità candela

Per passare dalla modalità luce fissa a quella tremolante è sufficiente toccare due volte il coperchio. La saturazione e la luminosità vengono ripristinate ai livelli predefiniti (massimi) quando si passa dalla modalità candela a quella fissa.