สร้างโคมไฟถนนพลังงานแสงอาทิตย์อัจฉริยะ - โคมไฟถนน LED พลังงานแสงอาทิตย์ 12 วัตต์

คู่มือนี้อธิบายถึงการออกแบบโคมไฟถนนพลังงานแสงอาทิตย์อัจฉริยะที่ผลิตได้ง่ายโดยใช้ GreenPak
ด้วยพลังงานแสงอาทิตย์และแบตเตอรี่ จึงสามารถให้พลังงานสำหรับแสงสว่างทุกประเภทได้อย่างมีประสิทธิภาพโดยไม่ก่อให้เกิดปัญหาใดๆ
โคมไฟถนนพลังงานแสงอาทิตย์มีความแปลกใหม่ตรงที่สามารถปิดได้ -
ในกรณีที่ไฟฟ้าดับ เครื่องก็ยังคงทำงานได้ตามปกติ
นอกจากนี้ยังช่วยให้สามารถนำไฟฟ้าไปใช้ในด้านอื่นๆ ได้อีกด้วย
ส่วน "อัจฉริยะ" ของโคมไฟถนนสามารถเปิดไฟได้โดยอัตโนมัติเมื่อตรวจจับวัตถุเคลื่อนไหวได้
ผลลัพธ์สุดท้ายคือโคมไฟถนนอัจฉริยะพลังงานแสงอาทิตย์ที่ประหยัดพลังงานอย่างแท้จริง
การออกแบบนี้สามารถนำไปประยุกต์ใช้กับไฟขนาดใหญ่ เช่น ไฟส่องสว่างสำหรับโครงสร้างพื้นฐาน หรือไฟขนาดเล็กมาก เช่น ไฟสำหรับตกแต่งและให้แสงสว่างแก่ถนน ภูมิทัศน์ และสวนได้
ในการใช้งานทั้งหมดนี้ การออกแบบของ GreenPak จะยังคงคล้ายคลึงกัน
สำหรับโครงการนี้ ได้ใช้ชิปวงจรรวมสัญญาณผสมแบบปรับแต่งได้ (CMIC) รุ่น Greenpak ของ Silego
หน้าที่หลักสามประการของการเขียนโปรแกรมในชิป ได้แก่: 1. -
การเหนี่ยวนำการเคลื่อนไหว 2-
การเหนี่ยวนำพลังงานแสงอาทิตย์ 3-
ระบบตรวจจับการเคลื่อนไหวแบบเหนี่ยวนำระดับแบตเตอรี่ช่วยประหยัดพลังงานไฟฟ้า ไฟจะหมุนก็ต่อเมื่อตรวจพบวัตถุเคลื่อนไหวเท่านั้น
ในการดำเนินการนี้ จำเป็นต้องใช้โครงสร้างพื้นฐานแบบพาสซีฟสีแดง (PIR)
มีการออกแบบเซ็นเซอร์แล้ว
เซ็นเซอร์ตรวจจับความเคลื่อนไหว PIR มีขาเอาต์พุตแยกต่างหาก รวมถึงขา VCC และ GND ด้วย
เซ็นเซอร์ PIR โดยพื้นฐานแล้วจะตรวจจับระดับรังสีอินฟราเรด
เมื่อตรวจพบการเปลี่ยนแปลงระดับรังสี ระบบจะส่งสัญญาณแจ้งเตือนการเปลี่ยนแปลงนั้น
เซ็นเซอร์นี้เป็นหนึ่งในเซ็นเซอร์ที่ใช้กันอย่างแพร่หลายที่สุดในการตรวจจับการเคลื่อนไหว (ดูรูปที่ 2)
แผงโซลาร์เซลล์แบบเหนี่ยวนำด้วยแสงอาทิตย์ใช้ในการตรวจจับแสงโดยรอบ
แผงโซลาร์เซลล์จะให้ผลผลิตเต็มประสิทธิภาพเมื่อได้รับแสงแดดโดยตรง และจะให้ผลผลิตเป็นศูนย์เมื่อไม่มีแสง
จากนั้นเงื่อนไขเหล่านี้สามารถแปลงเป็นระดับที่เหมาะสมเพื่อสร้างพินอินพุตดิจิทัลของ CMIC ได้
โดยใช้วงจรแบ่งแรงดันอย่างง่าย แรงดันไฟฟ้า 18 โวลต์ที่ผลิตจากแผงโซลาร์เซลล์สามารถแปลงเป็น 3 โวลต์ได้
สัญญาณ 3V สำหรับแรงดันสูง-
ระดับสัญญาณลอจิกอินพุตของ SLG46140 V CMIC
การตรวจสอบพลังงานแบตเตอรี่และการตรวจสอบพลังงานการชาร์จแบตเตอรี่ก็เป็นอีกแง่มุมที่สำคัญของระบบนี้เช่นกัน
ในการออกแบบนี้ ใช้แบตเตอรี่แบบปิดผนึกด้วยกรด (SLA)
กำลังใช้แบตเตอรี่อยู่
แบตเตอรี่ SLA มีการใช้งานที่หลากหลาย มีความน่าเชื่อถือสูง และมีราคาสูง
แบตเตอรี่ที่มีประสิทธิภาพ
เมื่อเปรียบเทียบกับแบตเตอรี่ที่มีส่วนประกอบทางเคมีอื่นๆ วิธีการชาร์จแบตเตอรี่รองนั้นง่ายกว่ามาก
แบตเตอรี่ SLA ต้องชาร์จด้วยกระแสคงที่เท่ากับ 0.1C (
โดยที่ C คือความจุของแบตเตอรี่เมื่อชาร์จเต็ม (แอมแปร์-ชั่วโมง)
แรงดันไฟฟ้าอยู่ที่ประมาณ 1.
แรงดันไฟฟ้าสูงกว่าแรงดันไฟฟ้าขาออกที่กำหนดไว้ 5 โวลต์ถึง 2 โวลต์
ดังนั้น วงจรการชาร์จจึงสามารถเรียบง่ายขึ้นได้เช่นกัน
สิ่งสำคัญที่ควรทราบคือ เมื่อใช้งานเต็มกำลัง แบตเตอรี่ SLA 12V จะให้แรงดันไฟฟ้าวงเปิดประมาณ 13.2 โวลต์
เมื่อทำการคายประจุ แรงดันไฟฟ้าวงเปิดที่วัดได้จากแบตเตอรี่จะต่ำกว่า 12 โวลต์เล็กน้อย
แต่เนื่องจาก CMIC ของเราไม่สามารถวัดแรงดันไฟฟ้าสูงขนาดนั้นได้ จึงจำเป็นต้องแปลงค่าเหล่านั้นให้อยู่ในช่วงที่ยอมรับได้
ในทำนองเดียวกัน วงจรแบ่งแรงดันอย่างง่ายจะใช้ในการแบ่งแรงดันออกเป็นประมาณ 800 มิลลิโวลต์ ซึ่งบ่งชี้ว่าแบตเตอรี่หมด และประมาณ 1150 มิลลิโวลต์ ซึ่งบ่งชี้ว่าแบตเตอรี่ชาร์จเต็มแล้ว
จากนั้นระดับแรงดันไฟฟ้าเหล่านี้จะถูกป้อนเข้าสู่ SLG46140 V CMIC และเปรียบเทียบกับตัวเปรียบเทียบแบบอนาล็อก
ดังที่เราจะเห็นในหัวข้อถัดไป ตัวเปรียบเทียบเหล่านี้มีบทบาทสำคัญอย่างยิ่งต่อการดำเนินงานโครงการโดยรวม
ด้วยการดาวน์โหลดซอฟต์แวร์ greenpak เพื่อดูตัวอย่างก่อนการผลิต ไอซี greenpak สามารถตั้งโปรแกรมเพื่อควบคุมไฟถนนพลังงานแสงอาทิตย์อัจฉริยะได้อย่างง่ายดาย -
จัดทำเอกสารการออกแบบโคมไฟถนนอัจฉริยะ
เชื่อมต่อชุดพัฒนา GreenPak เข้ากับคอมพิวเตอร์ เสียบไอซี SLG46140 V GreenPak ที่ยังไม่ได้โปรแกรมลงในซ็อกเก็ตของชุดพัฒนา จากนั้นคลิกที่ปุ่มโปรแกรม
วงจรรวมจะถูกตั้งโปรแกรมโดยอัตโนมัติลงในวงจรรวม ซึ่งจะควบคุมโคมไฟถนนพลังงานแสงอาทิตย์อัจฉริยะ
เมื่อตั้งโปรแกรมไอซีเสร็จแล้ว คุณสามารถบันทึกไอซีลงในซ็อกเก็ตของชุดเครื่องมือพัฒนาเพื่อให้เข้าถึงขาต่างๆ ได้ง่ายขึ้น หรือเพื่อการผลิตจำนวนมาก คุณสามารถสร้างแผงวงจรพิมพ์ขนาดเล็กเพื่อเข้าถึงชิปได้
เมื่อตั้งโปรแกรม Greenpak IC เพื่อควบคุมไฟถนนอัจฉริยะเรียบร้อยแล้ว คุณสามารถข้ามไปยังขั้นตอนที่ 4 ได้เลย
หากคุณต้องการทำความเข้าใจและแก้ไขวงจรภายในของไฟล์ออกแบบโคมไฟถนนอัจฉริยะให้ดียิ่งขึ้น ขั้นตอนที่ 3 จะให้ภาพรวมเกี่ยวกับวิธีการตั้งโปรแกรมไฟล์ออกแบบโคมไฟถนนอัจฉริยะของ Greenpak
แผนภาพโครงร่าง GreenPak สำหรับการนำการออกแบบไปใช้แสดงอยู่ในรูปที่ 5
รายละเอียดของการขายที่ใช้:
ขาพิน 3: ขาอินพุตดิจิทัลสำหรับตรวจจับแสงโดยรอบ -
ขาพิน 4: ขาพินอินพุตดิจิทัลสำหรับตรวจจับการเคลื่อนไหวหรือการมีอยู่ของวัตถุ -
ขาพิน 10: ขาอินพุตแบบอนาล็อกสำหรับตรวจสอบพลังงานแบตเตอรี่ -
PIN12: เอาต์พุตดิจิทัลพร้อมปุ่มกด 1X
ใช้สำหรับควบคุมโหมดการดึงออกของ LED
-
PIN14: เอาต์พุตดิจิทัลพร้อมปุ่มกด 1X
ดึงคันโยกโหมดเอาต์พุตเพื่อควบคุมกระแสไฟชาร์จที่เข้าสู่แบตเตอรี่
3 - บิตและเกต: 3-
ชิ้นส่วนและประตูในดีไซน์นี้ช่วยให้มั่นใจได้ว่าไฟจะเปิดก็ต่อเมื่อตรงตามเงื่อนไขทั้งหมดเท่านั้น
เงื่อนไขต่างๆ เช่น การตรวจจับการเคลื่อนไหวในบริเวณใกล้เคียง การมีแสงแดดโดยรอบ และพลังงานแบตเตอรี่ที่ต้องการ เป็นสามองค์ประกอบหลักที่กำหนดผลลัพธ์ของเกต
การตรวจสอบพลังงานแบตเตอรี่: ตัวเปรียบเทียบแบบอนาล็อกสองตัว (ACMP0 และ ACMP1)
ตรวจสอบแรงดันไฟฟ้าของแบตเตอรี่
ดังที่กล่าวไว้ก่อนหน้านี้ จะใช้ระดับแรงดันไฟฟ้าสองระดับคือ 800 mV และ 1150 mV เพื่อตรวจสอบสถานะของแบตเตอรี่
หากแรงดันแบตเตอรี่ที่วัดได้ลดลงเหลือ 800 mV หรือต่ำกว่านั้น ตัวเปรียบเทียบ (ACMP0) จะทำงาน
ผลลัพธ์คือศูนย์
ผลลัพธ์นี้จะถูกป้อนเข้าสู่ 3-
อินพุตและเกต ในทางกลับกัน เอาต์พุตเป็นศูนย์ และไฟจะดับลงเมื่อตรวจพบว่าแรงดันแบตเตอรี่ต่ำเกินไป
แรงดันไฟฟ้าระดับสูงจะถูกวัดในระหว่างการชาร์จและจะถูกนำไปใช้เป็นตัวเปรียบเทียบอินพุตตัวแบ่งแรงดันสำหรับอินพุตขา 10 ของ CMIC (ACMP1)
เมื่อระดับแรงดันไฟฟ้าถึงหรือเกินแรงดันอ้างอิงที่ตั้งไว้ในอินพุตย้อนกลับ (
ในกรณีนี้คือ 1150 mV)
สัญญาณเอาต์พุตของตัวเปรียบเทียบมีค่าสูง
เมื่อเราได้ระดับที่ต้องการแล้ว เราต้องตัดการชาร์จแบตเตอรี่เพื่อให้ระดับแบตเตอรี่ต่ำลง -
เนื่องจากต้องการเอาต์พุตที่มีระดับคงที่ จึงใช้อินเวอร์เตอร์แบบง่ายๆ
สัญญาณอินพุตของเซลล์แสงอาทิตย์: ดังที่กล่าวไว้ก่อนหน้านี้ เมื่อไม่มีแสงแวดล้อม สัญญาณเอาต์พุตของเซลล์แสงอาทิตย์จะเป็นศูนย์/ดิจิทัล - สัญญาณต่ำ
เนื่องจากแสงแดดเป็นหนึ่งในเงื่อนไขสำหรับการเปิดไฟถนน เราจึงจำเป็นต้องแปลงแสงแดดให้เป็นสัญญาณดิจิทัล
สูง ดังนั้น Hemen ของเราจึงส่งออกสินค้าคุณภาพสูงเช่นกัน
ดังนั้นจึงมีการใช้อินเวอร์เตอร์ในที่นี้ด้วย
ใช้ตัวนับเป็นวิธีการยืดรอบการทำงานของเอาต์พุต: ในการออกแบบข้างต้น ใช้ตัวนับ (CNT0/DLY0)
นอกจากนี้ยังใช้เพื่อสร้างความล่าช้าในระดับหนึ่งเมื่อขา 12 ของ CMIC ปิดสัญญาณ
ส่งผลให้เกิดความล่าช้าตามที่คาดไว้และหลีกเลี่ยงการสลับเอาต์พุตอย่างรวดเร็ว (ดูรูปที่ 6)
การใช้ตัวนับเป็นวิธีการยืดรอบการทำงาน: ในการออกแบบข้างต้น ตัวนับ (CNT0/DLY0)
นอกจากนี้ยังใช้เพื่อสร้างความล่าช้าในระดับหนึ่งเมื่อขา 12 ของ CMIC ปิดสัญญาณ
ส่งผลให้เกิดความล่าช้าตามที่คาดไว้และหลีกเลี่ยงการสลับเอาต์พุตอย่างรวดเร็ว (ดูรูปที่ 6)
ส่วนนี้จะอธิบายถึงการใช้วงจรภายนอกที่จำเป็นสำหรับการขับเคลื่อนโหลดขนาดใหญ่ (เช่น หลอดไฟ LED 10 วัตต์) และการชาร์จแบตเตอรี่
เพื่อสร้างวงจรที่มีประสิทธิภาพและประหยัดพลังงานสูงสุด จึงได้นำ MOSFET มาใช้แทน BJT ทั่วไป
ซึ่งจะทำให้เวลาในการสลับระบบเร็วขึ้น และใช้พลังงานมากขึ้น/น้อยลง
การควบคุมการชาร์จแบตเตอรี่: MOSFET แหล่งจ่ายไฟ HEXFET IRLZ44N (
สามารถใช้ MOSFET ที่คล้ายกัน เช่น fqp30n06l ได้เช่นกัน
เมื่อใช้งานแล้ว มันคือ n-
MOSFET ที่ได้รับการปรับปรุงช่องสัญญาณ
MOSFET ชนิดนี้ได้รับการออกแบบมาเป็นพิเศษให้ทำงานที่ระดับแรงดันเกต (3V และ 5V)
ตัวควบคุมขนาดเล็กและวงจรรวมนั้นผลิตได้ง่าย
ตารางข้อมูลของ MOSFET อธิบายแรงดันเกตถึงแหล่งกำเนิด (Vgs(th))
สำหรับกระแสรั่วไหลประมาณ 1 แอมแปร์ จะมีแรงดันไฟฟ้าประมาณ 3 โวลต์
ตามข้อกำหนดทางไฟฟ้าของขาที่ 12 ไมโครคอนโทรลเลอร์ CMIC ขนาดเล็กของเราสามารถทำเช่นนี้ได้อย่างง่ายดาย (
คล้ายกับพิน 14)
การควบคุมหลอดไฟ LED: เช่นเดียวกับวงจรควบคุมการชาร์จ ส่วนนี้ของโครงการของเราก็ใช้ MOSFET รุ่น IRLZ44N HEXFET เพื่อสลับการทำงานของ LED ขนาด 10 วัตต์ ซึ่งเป็นแหล่งกำเนิดแสงหลัก
เนื่องจากเราต้องการควบคุม LED ขนาด 10 วัตต์ด้วยแบตเตอรี่ 12 โวลต์ เราจึงจำเป็นต้องจ่ายกระแสไฟประมาณ 0.8 แอมป์
วงจรแสดงอยู่ในรูปที่ 8
วงจรเหล่านี้สามารถเชื่อมต่อกับแผงวงจรหรือเชื่อมต่อผ่านวงจรที่ชำรุดได้
บทความนี้เสนอการออกแบบโคมไฟถนนอัจฉริยะโดยใช้ SLG46140 V Greenpak CMIC เป็นองค์ประกอบควบคุมหลัก
ได้รับการพิสูจน์แล้วว่าวงจรรวมขนาดเล็กนี้สามารถทำงานที่ต้องการได้โดยใช้พลังงานน้อยที่สุด
การจัดหาเครื่องมือออกแบบที่เหมาะสมระหว่างการดำเนินโครงการนี้ก็มีประสิทธิภาพมากเช่นกัน
โครงการนี้สามารถพัฒนาให้ดียิ่งขึ้นได้ด้วยการเพิ่มวงจรอื่นๆ เช่น วงจรตรวจจับฝุ่นบนแผงโซลาร์เซลล์ หรือวงจรตรวจจับแรงดันไฟฟ้าเกินจากภายนอก -
สวิตช์ควบคุมจะล็อกการทำงานของไฟ LED