帶傾斜傳感器的光強(qiáng)和太陽(yáng)能探測(cè)器

描述

描述

為了用太陽(yáng)能電池板為電池充電以在我的家庭辦公室中運(yùn)行一些設(shè)備，我根據(jù)我的預(yù)測(cè)將太陽(yáng)能電池板放置在可能的最佳位置，而沒有收集可靠的數(shù)據(jù)。因此，我思考了一種廉價(jià)且易于使用的機(jī)制，以根據(jù)給定方向的光強(qiáng)度確定太陽(yáng)能電池板充電的理想位置。由于太陽(yáng)能電池板產(chǎn)生的能量與太陽(yáng)輻射量密切相關(guān)，因此我能夠比以前更有效、更可持續(xù)地為電池充電。因此，我使用光強(qiáng)度值作為替代值來近似計(jì)算太陽(yáng)能的大小。您可以在下面查看我用來計(jì)算太陽(yáng)能的公式。

在運(yùn)行代碼以計(jì)算由 10 毫米光敏電阻收集的光強(qiáng)度值的太陽(yáng)能后，我對(duì)電池和太陽(yáng)能電池板進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)，以確定太陽(yáng)能充電性能水平的閾值：低、中、高。而且，為了顯示性能水平，我為每個(gè)方向使用了不同的 LED 顏色——紅色（低）、黃色（中等）、綠色（高）。

毫不奇怪，將設(shè)備垂直放置以準(zhǔn)確檢測(cè)光強(qiáng)度至關(guān)重要，因此我使用了傾斜傳感器（水銀傳感器）來檢查設(shè)備是否移動(dòng)到傾斜位置。而且，為了通知用戶，當(dāng)設(shè)備移動(dòng)到傾斜位置時(shí)，我在設(shè)備上添加了一個(gè)蜂鳴器。

在面包板上完成設(shè)計(jì)并測(cè)試代碼后，我設(shè)計(jì)了一個(gè)具有獨(dú)特圓形形狀的 PCB（帶傾斜傳感器的光強(qiáng)度和太陽(yáng)能探測(cè)器），以創(chuàng)建一個(gè)支持四個(gè)方向的靈活且易于使用的設(shè)備。

非常感謝JLCPCB贊助這個(gè)項(xiàng)目。

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第 1 步：設(shè)計(jì)和焊接帶有傾斜傳感器 PCB 的光強(qiáng)和太陽(yáng)能探測(cè)器

我使用 KiCad 設(shè)計(jì)了帶有傾斜傳感器 PCB 的光強(qiáng)和太陽(yáng)能探測(cè)器。我附上了下面 PCB 的 Gerber 文件，所以如果您愿意，您可以從 JLCPCB 訂購(gòu)此 PCB，以便像我一樣更有效、更可持續(xù)地使用您的太陽(yáng)能電池板 :)

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首先，通過使用烙鐵，我連接了接頭、220Ω 電阻、1K 電阻、10mm 光敏電阻、電源插孔、5mm 紅色 LED、5mm 黃色 LED、5mm 綠色 LED、蜂鳴器和傾斜傳感器（水銀傳感器）。

PCB上的元件清單：

A1（Arduino Nano 接頭）

P1、P2、P3、P4（10mm 光敏電阻）

蜂鳴器（蜂鳴器）

傾斜傳感器（傾斜傳感器）

R（5mm 紅色 LED）

Y（5mm 黃色 LED）

G（5mm 綠色 LED）

R1、R2、R3、R4、R5、R6、R7、R8、R9、R10、R11、R12、R13（220Ω電阻）

R14、R15、R16、R17、R18（1K 電阻）

J1（電源插孔）

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第 2 步：大約計(jì)算太陽(yáng)能

[ E = A * r * H * PR ]是我用來近似計(jì)算太陽(yáng)能量級(jí)的公式，其中：

A是太陽(yáng)能電池板的面積，

r是效率，

H是平均太陽(yáng)輻射，

PR為性能比或系數(shù)（一般為0.75）。

// Define the solar panel (SP) specifications which differ amid different brands. So, change these variables with that of your solar panel.
#define SP_area 0.0088
#define SP_efficiency 6.2
#define SP_coefficient 0.75

float Solar_Panel_Energy(float Area, float Efficiency, int Radiation, float Coefficient){
  // Calculate the possible magnitude of solar energy by using the light intensity values as a substitute for radiation. 
  float Energy = Area * Efficiency * Radiation * Coefficient;
  return Energy;
}

不要忘記更改太陽(yáng)能電池板規(guī)格——面積、效率和性能比——這可能因太陽(yáng)能電池板品牌而異。

為了計(jì)算太陽(yáng)能的可能大小，我在公式中使用光強(qiáng)度值代替太陽(yáng)輻射。

當(dāng)然，這種方法并不提供準(zhǔn)確的太陽(yáng)能值，而是一個(gè)指標(biāo)來確定閾值（低、中、高），以檢測(cè)給定方向上的太陽(yáng)能充電性能。

注意：我通過使用我的太陽(yáng)能電池板進(jìn)行測(cè)試來確定每個(gè)級(jí)別的閾值：我觀察到在給定的光強(qiáng)度和估計(jì)的太陽(yáng)能值下經(jīng)過的時(shí)間來為 3.7V 鋰聚合物電池充滿電。

第 3 步：對(duì) Arduino Nano 進(jìn)行編程

• 為每個(gè)方向定義指示器（紅色、黃色、綠色）。
• 為每個(gè)方向定義 LDR 引腳以收集光強(qiáng)度值。
• 定義蜂鳴器引腳和傾斜傳感器引腳。
• 定義不同品牌的太陽(yáng)能電池板 (SP) 規(guī)格。所以，用你的太陽(yáng)能電池板改變這些變量。
• 通過實(shí)驗(yàn)定義閾值。
• 在get_Light_Intensity()函數(shù)中，從光敏電阻收集光強(qiáng)度數(shù)據(jù)。
• 在Tilt()函數(shù)中，如果設(shè)備移動(dòng)到傾斜位置，則會(huì)收到通知。
• 為每個(gè)方向啟動(dòng)閾值檢測(cè)（低、中、高）。
• 在Indicate_Thresholds()函數(shù)中：
• 打印所選方向及其太陽(yáng)能值。
• 根據(jù)每個(gè)方向的太陽(yáng)能值調(diào)整閾值指示燈 (LED)。

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連接和調(diào)整

// Connections
// Arduino Nano :           
//                                direction_1_LOW
// D4  ---------------------------
//                                direction_1_MODERATE
// D3  ---------------------------
//                                direction_1_HIGH
// D2  ---------------------------
//                                direction_2_LOW
// D7  ---------------------------
//                                direction_2_MODERATE
// D6  ---------------------------
//                                direction_2_HIGH
// D5  ---------------------------
//                                direction_3_LOW
// D8  ---------------------------
//                                direction_3_MODERATE
// D9  ---------------------------
//                                direction_3_HIGH
// D10 ---------------------------
//                                direction_4_LOW
// D13 ---------------------------
//                                direction_4_MODERATE
// A4  ---------------------------
//                                direction_4_HIGH
// A5  ---------------------------
//                                Buzzer
// D11 ---------------------------
//                                Tilt Sensor
// D12 ---------------------------
//                                direction_1_LDR
// A0  ---------------------------
//                                direction_2_LDR
// A1  ---------------------------
//                                direction_3_LDR
// A2  ---------------------------
//                                direction_4_LDR
// A3  ---------------------------

完成并將代碼上傳到 Arduino Nano 后，我通過標(biāo)題將其連接到板上。

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特征

1) 在串行監(jiān)視器上顯示每個(gè)方向的估計(jì)太陽(yáng)能量。

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2）對(duì)于每個(gè)方向，通過根據(jù)太陽(yáng)能閾值（級(jí)別）調(diào)整的指標(biāo)觀察太陽(yáng)能充電的性能：

紅色 - 低

黃色 - 中等

綠色 - 高

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3) 如果設(shè)備移動(dòng)到傾斜位置以使用垂直光束更有效地為電池充電，則會(huì)收到通知。

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