2015年3月11日 星期三

用太陽能驅動 Arduino 系統

這幾天在思考我的菜園監控系統, 我的想法是利用太陽能作為電力來源, 搭配鋰電池充電系統, 驅動 Arduino+FiWi+超音波/紅外線模組+繼電器模組, 執行定時灑水與偵測人員接近事件, 然後發出 Twitter 通知.

白天有太陽時, 太陽能板除了會向 Arduino 系統供電, 也會向鋰電池持續充電, 到了晚上就可以供電給 LED 照明燈, 只要晚上走進菜園被超音波或紅外線偵測到, 馬上開啟 LED 燈. 如果加上風力發電, 就可以在晚上太陽能板無法充電時繼續提供電力來源, 不怕鋰電池沒電. 兩片屋頂作東西向, 上面各放一片太陽能板, 這樣不管早上下午都能照到太陽.

在 "蘆竹的漂亮風力發電機" 這篇文章裡有一張節能屋模型圖最能表達我的意思, 只不過我只是要造個能裝下 Arduino 電路板的小模型屋而已, 為了避免防熱, 這模型我打算用保麗龍作外牆 :


Arduino 的耗電量在選購太陽能板時是個重要考量, 因為只要選足以驅動 Arduino 及專案所需感測模組的太陽能板即可, 不須太大, 因為瓦數越大面積也越大, 成本也越貴.

經研讀資料發現, UNO R3 平均耗電量約 50mA, 而自組的精簡版 Arduino 或 Pro mini 約 15mA, 這是因為 UNO 上面的 USB 晶片等零件也會耗電的緣故. 所以 UNO 適合開發時用, 但真正要用到專案上還是 Pro mini 為佳.

參考 :

# 認識與實驗Arduino的睡眠模式
# Arduino 的耗電量是多少?
# Power Arduino via solar panel
Lightweight Low Power Arduino Library (Arduino 省電函式庫)

太陽能板可以在露天找到非常多的產品, 其中這家 MCUapps (原沁科技) 還不錯, 提供一整套解決方案, 除了太陽能板, 還有鋰電池充電穩壓電路板, 以及各式鋰電池.

透過 USB 或太陽能的 5V 穩壓電路板 LiPo Rider Pro 可充電 3.7V 鋰聚合物 $340
【MCUApps】太陽能電池板 太陽能板 5.5V 3W 138x160 mm2 $390
MCUapps™含稅原裝單晶矽太陽能電池板、太陽能板 5.5V 2.5W 116x160 mm2 $330
【MCUApps】太陽能電池板 太陽能板 5.5V 1W 80x100 mm2 $120
具備安規認證、保護電路之 6.6Ah (6600 mAh) 鋰電池 $750
# 具備安規認證、保護電路之 4.4Ah (4400 mAh) 鋰電池 $540
具備安規認證、保護電路之 2.2Ah (2200 mAh) 鋰電池 $300
太陽能 1W 2200mAh 充電供電蓄電套件,Arduino 等 MCU 或各類小型裝置 $550
# 0.5W 太陽能充電供電蓄電套件,適用 Arduino 等 MCU 開發板 $300 (不含鋰電池)
# 1W 太陽能充電供電蓄電套件,適用 Arduino 等 MCU 開發板 $350 (不含鋰電池)
# 5V 穩壓 LiPo Rider 可充電 3.7V 鋰電池,USB 或太陽能充電輸出 Arduino ($230)
# DSO NANO v3 0-200KHz 開源可攜式數位儲存示波器與方波產生器 $2720
太陽能板充電模組 DC TO DC 輸出可調 升壓模組 鋰電池充電 行動電源模組 $190

這家的穩壓電路板有兩個 JST 接口, 分別接太陽能板輸出, 以及鋰電池. 如果要裝兩塊太陽能板, 那麼這兩塊要先並聯後再插入其中一個 JST 接口, 並聯前要先串接二極體, 以免鋰電池或兩片太陽能板之間逆流損壞太陽能板, 搜尋 google「太陽能板 並聯 二極體」可得資料如下 :

# 太陽能板並聯如果用下圖接正確嗎?
# 太陽電池的研究 - 成德高中 (PDF)

另外一家有陽光有能量有賣 20W/50W 較高瓦數的太陽能系統, 主要是用在噴泉, 水泵, 照明等小型家用系統 :

【有陽光有能量】 太陽能控制器 12v/24v 10A (雙USB輸出 5V1A / 2A充電) $450
#【有陽光有能量】20w 多晶 太陽能板 $780
#【有陽光有能量】兩線式 DC 直流電 電壓表 $60
#【有陽光有能量】太陽能控制器 12V3A 俱光控、可定時 $240
#【有陽光有能量】20W 太陽能發電 獨立型發電套裝組 $1300
#【有陽光有能量】12W 太陽能充電組 太陽能發電 $1050
#【有陽光有能量】9v 5w 多晶 太陽能板 $410
#【有陽光有能量】10w 單晶 太陽能板 $560
#【有陽光有能量】50w 單晶 太陽能板 $2000
#【有陽光有能量】 直流5V~12V USB 無刷水泵 直流水泵 JT1020 $180
# 『微嵌電子』LiPo rider USB介面 太陽能充電器模組 $330

另外如果要追蹤太陽, 讓電池板一直對著太陽, 在孫駿榮寫的 "Arduino 一試就上手" 這本書裡的 8-7 節有介紹. 另外曹永忠有寫一系列 Arduino 自學書籍, 可在 Google 書城試閱或購買電子書 (NT$49), 其中有一本是關於雙軸直流馬達控制 :

# 曹永忠個人首頁
# Arduino 雙軸直流馬達控制
# Arduino 自走車設計與製作

《iCshop1》麵包板專用連接線(65 ±2條) $38
# 太陽能熱水器電磁閥儀表控制器配件自動上水閥 無壓常閉12V $190
# 太陽能電池板用12V 24V10A控制器太陽能路燈發電系統通用版 $340
# 12V轉60V / 64V 72V 84V DC-DC升壓可調電源模組 $200
# 三多電池+附發票+LON WP1.2-12 12V,1.2AH 鉛酸蓄電池(最小) $294
# 【三多電池】YUASA 湯淺電池 NP7-12 12V,7AH  電池蓄電池 $336

2 則留言 :

Unknown 提到...

請問一下,如果板子在不同情況下耗電量不同,那應該怎麼選擇供給的電流量會比較合適?

小狐狸事務所 提到...

計算供電時當然要以最高電流來做計算喔, 不然有些晶片會吃不飽而發生當機或運作不正常.