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Fuente solar controlada por Arduino

julio 11, 2021
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Una fuente puede ser un buen elemento decorativo para su jardín. Pero no siempre es fácil colocar un cable de alimentación donde lo desee. Así que decidí ejecutarlo con energía solar. El sistema está controlado por un Arduino. Esto le permite ahorrar energía al programar cuándo se encenderá la fuente.

Paso 1: Encendido de la fuente

Alimentando la fuenteAlimentando la fuenteAlimentando la fuenteAlimentando la fuente

Un panel solar estándar y una batería proporcionan energía para la fuente y el circuito de control. Dado que la mayoría de las bombas de fuente funcionan con 120 VCA, también necesitará un pequeño inversor de energía para hacer funcionar la bomba.

Panel solar:
El tamaño del panel solar determina cuántas horas al día puede estar encendida la fuente. Si desea que la fuente esté encendida todo el tiempo, necesitará un panel más grande. Si solo desea que se ejecute durante unas pocas horas cada día, puede arreglárselas con un panel mucho más pequeño.

Batería:
La batería debe ser una batería recargable de 12 V (preferiblemente una que esté diseñada para aplicaciones de energía solar). Debe tener una capacidad lo suficientemente alta como para poder hacer funcionar la bomba durante unas horas con una sola carga.

Inversor de energia:
El inversor de energía solo necesita ser lo suficientemente fuerte para alimentar la bomba. Un pequeño inversor de 80 vatios debería ser más que suficiente para alimentar la mayoría de las fuentes.

Paso 2: Circuito del controlador de relé

Circuito del controlador de reléCircuito del controlador de relé

El circuito de control de este proyecto utiliza un relé para encender y apagar la fuente. Puede hacer esto con un protector de relé comercial. O puede hacer su propio controlador de relé.

Para hacer un controlador de relé, lo primero que necesita es un relé. Recomiendo usar un relé de 12V. Esto le permite alimentarlo directamente desde la batería. Entonces necesitas un transistor de potencia para activar el relé. Elegí un MOSFET IRF510, pero también pueden funcionar otros transistores de potencia.

Por último, debe agregar un diodo en paralelo con la bobina del relé para proteger el transistor de los picos de voltaje que pueden ocurrir cuando el relé se apaga.

Conecte el circuito del controlador de relé como se muestra en el diagrama y estará listo para conectarlo al Arduino.

Paso 3: conecte el circuito del controlador de relé al Arduino

Conecte el circuito del controlador de relé al Arduino

Para alimentar el Arduino, debe conectar el terminal negativo de la batería al pin GND en el Arduino y conectar el terminal positivo de la batería (o la línea + 12V del circuito del controlador de relé) al pin Vin. El pin Vin tiene un regulador de voltaje incorporado y la mayoría de los modelos Arduino pueden aceptar 7V-12V.

Por último, debe conectar uno de los pines digitales (en este caso, el pin 13) a la puerta del transistor. Esto proporcionará la señal que encenderá y apagará el relé.

Paso 4: conecte el panel solar, la batería y el inversor al circuito del relé

Conecte el panel solar, la batería y el inversor al circuito del reléConecte el panel solar, la batería y el inversor al circuito del relé

Decidí que la forma más conveniente de conectar los otros componentes era conectarlos todos a la placa de circuito del controlador de relé.

Si su panel solar no tiene un diodo de bloqueo incorporado, entonces debe agregar uno antes de conectarlo al resto del circuito. Esto evita que la electricidad fluya de regreso a través del panel cuando está oscuro y agota la batería. Los terminales negativos de cada componente se pueden conectar juntos como una tierra común. Los terminales positivos del panel solar, la batería, el Arduino y el controlador de relé también se pueden conectar juntos. La línea positiva que va al inversor está conectada a la salida del relé.

Paso 5: haga una carcasa para el controlador de relé y el Arduino

Haga una carcasa para el controlador de relé y el ArduinoHaga una carcasa para el controlador de relé y el Arduino

Para ayudar a mantener las cosas un poco más organizadas, hice una carcasa simple para el controlador de relé y el Arduino. Corté ranuras en un lado de la caja para un par de cables que se conectan a la batería. En el otro lado, hice dos agujeros y agregué un par de tornillos que usé para sujetar las abrazaderas del panel solar. En un tercer lado, hice un agujero de 1 1/8 “y agregué una toma de corriente de 12V CC para el inversor.

Paso 6: coloque los componentes en un gabinete a prueba de intemperie

Coloque los componentes en un gabinete a prueba de intemperieColoque los componentes en un gabinete a prueba de intemperieColoque los componentes en un gabinete a prueba de intemperie

Dado que sus dispositivos electrónicos estarán en el exterior, debe protegerlos del clima. Solo usé una tina de plástico barata con una ranura en el costado para los cables de alimentación. No es completamente hermético, pero evitará que entre la lluvia. Para un mejor sellado, puede agregar burletes a lo largo de todos los bordes.

Paso 7: operación básica

Operación básica

La electricidad producida por el panel solar se almacena en la batería. Luego, la batería usa esta electricidad almacenada para alimentar todos los demás componentes. Cuando el Arduino envía una señal ALTA a la puerta del transistor, el relé se activa. Esto conecta la energía al inversor y lo enciende. Luego, el inversor toma los 12 V CC de la batería y los convierte en 120 V CA que alimentan la fuente.

Paso 8: programa el Arduino

Programa el Arduino

Ahora necesitas crear un programa para controlar la fuente. Lo primero que debe hacer es configurar uno de los pines digitales en modo de salida. Luego, debe decidir qué condiciones deben hacer que la fuente se encienda. Por ejemplo, tal vez desee que la fuente se encienda en determinados momentos. A continuación se muestra un ejemplo sencillo. Este programa enciende la fuente durante una hora después de activarse. La fuente continuará encendida todos los días a esta hora. También puede utilizar condiciones ambientales como la intensidad de la luz para activar la fuente. Sin embargo, esto requerirá que agregue algunos sensores adicionales. Se dan algunos ejemplos en los siguientes pasos.

int RelayPin = 13; // controlador de relé conectado al pin digital 13

configuración vacía ()
{
pinMode (RelayPin, SALIDA); // establece el pin digital como salida
}

bucle vacío ()
{
digitalWrite (RelayPin, ALTO); // enciende la fuente
retraso (3600000); // espera una hora
digitalWrite (RelayPin, BAJO); // apaga la fuente
retraso (82800000); // espera 23 horas
}

Paso 9: Sensor de voltaje de la batería

Sensor de voltaje de la batería

Debido a que la salida de un panel solar depende del clima, no siempre puede contar con él para mantener la batería completamente cargada. Por lo tanto, podría ser una buena idea que el Arduino controle el voltaje de la batería. Esto permitiría que el sistema se apague solo si la batería está demasiado baja.

Puede utilizar fácilmente la función AnalogRead para medir un voltaje. Desafortunadamente, solo puede medir voltajes de hasta 5V. Entonces necesitas hacer un divisor de voltaje para reducir el voltaje a algo que se pueda medir. Para hacer uno, necesitará dos resistencias. Uno de ellos debería tener el doble del valor del otro. Conecte un cable de la resistencia más grande a la línea 12V + de la batería. Conecte el otro cable de la resistencia más grande a uno de los pines analógicos en el modo de entrada. También conecte uno de los cables de la resistencia más pequeña a este mismo pin analógico. Luego, conecta el otro cable de la resistencia más pequeña al terminal negativo de la batería o al pin GND del Arduino. Luego puede usar la función AnalogRead para medir un voltaje como un número entero entre 0 y 1023. Para convertir esto en voltios, puede usar la fórmula: V = AnalogRead * 0.0049 * RMás grande/ RMenor. Aquí hay un ejemplo de cómo puede usar esta configuración para monitorear el voltaje de la batería y apagar la fuente cuando la batería se está agotando. Las resistencias elegidas son 10K y 4.7K.

int RelayPin = 13; // controlador de relé conectado al pin digital 13
int analogPin = 3; // Centro de voltaje dividido conectado al pin analógico 3
int val = 0; // variable para almacenar el valor leído

configuración vacía ()
{
pinMode (RelayPin, SALIDA); // establece el pin digital como salida
}

bucle vacío ()
{
val = analogRead (analogPin); // lee el pin de entrada
if (val <720) // si el voltaje de la batería es menor que 11
// con las resistencias elegidas de 10K y 4.7K, el divisor de voltaje convierte 11V en 3.5167V
// esto es leído por la función analogRead como 720
{
digitalWrite (RelayPin, BAJO); // apaga la fuente si el voltaje de la batería es inferior a 11 V
}

if (val> 785) // si el voltaje de la batería es superior a 12
// con las resistencias elegidas de 10K y 4.7K, el divisor de voltaje convierte 12V en 3.8364V
// esto es leído por la función analogRead como 785
{
digitalWrite (RelayPin, ALTO); // enciende la fuente si el voltaje de la batería es superior a 12V
}
retraso (60000); // espera un minuto
}

Paso 10: Sensor de luz

Sensor de luzSensor de luzSensor de luz

También puede utilizar los niveles de luz como condición para encender y apagar la fuente. Este es un ejemplo simple de cómo usar sensores de luz para que su fuente solo esté encendida durante el día.

Para construir el sensor de este ejemplo, necesitará un fotorresistor CdS y un resistor fijo de 10K. Úselos para montar un divisor de voltaje como en el paso anterior. El fotorresistor debe estar conectado al voltaje positivo de la batería y el resistor de 10K debe estar conectado a tierra. Debido a que los fotorresistores vienen en una amplia variedad de resistencias, es posible que deba cambiar el valor de la resistencia fija o el valor de referencia utilizado en la declaración if del código. De lo contrario, el código debería ser el mismo que en el paso anterior. Si su caja resistente a la intemperie del paso 6 tiene lados transparentes, entonces puede montar el sensor de luz en la caja del circuito de relé del paso 5.

También es posible utilizar una célula solar como sensor de luz. Para hacer esto, conecte el terminal negativo de la celda al pin GND en el Arduino y conecte el terminal positivo al pin de entrada analógica.

int RelayPin = 13; // controlador de relé conectado al pin digital 13
int analogPin = 3; // Centro de voltaje dividido conectado al pin analógico 3
int val = 0; // variable para almacenar el valor leído

configuración vacía ()
{
pinMode (RelayPin, SALIDA); // establece el pin digital como salida
}

bucle vacío ()
{
val = analogRead (analogPin); // lee el pin de entrada
if (val> 720) // si el nivel de luz es alto
{
digitalWrite (RelayPin, ALTO); // enciende la fuente si brilla el sol
}
demás
{
digitalWrite (RelayPin, BAJO); // apaga la fuente si brilla el sol
}
retraso (60000); // espera un minuto
}

Paso 11: Fuente solar programable terminada

Fuente solar programable terminada

Siguiendo los ejemplos anteriores, puede agregar cualquier número de sensores a su fuente. Puede agregar un sensor de nivel bajo de agua, un sensor de lluvia o incluso un sensor de movimiento. Luego, simplemente programe el Arduino para que reaccione en consecuencia. Usa tu imaginación y diviértete.

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    15 comentarios

    0
    Al514
    Al514

    Pregunta

    Hace 4 semanas el Paso 9

    Buen proyecto, sé que esta es una publicación antigua, pero tenía un par de preguntas. Tengo un pequeño panel solar que emite unos 5,3 voltios. y quería usarlo para construir una pequeña fuente de agua que se enciende cuando sale el sol para un baño de pájaros. Estoy haciendo que el panel solar cargue una batería de 3.7 voltios que venía con el panel y su propia placa de circuito, pero quería deshacerme de la placa de circuito y mantener este diseño como mi propio, más o menos, ya que sigo tu idea aquí. pero, ¿qué necesito configurar para esto? Soy un poco nuevo en proyectos de construcción como este. Gracias

    0
    Raghdado
    Raghdado

    hace 3 años …

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