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