ARDUINO PWM SOLARLADUNGSREGLER (V 2.02) - Gunook

2024 Autor: John Day | [email protected]. Zuletzt bearbeitet: 2024-01-30 07:16

Wenn Sie planen, ein netzunabhängiges Solarsystem mit einer Batteriebank zu installieren, benötigen Sie einen Solarladeregler. Es ist ein Gerät, das zwischen dem Solarpanel und der Batteriebank platziert wird, um die Menge der von den Solarpanels erzeugten elektrischen Energie zu steuern, die in die Batterien fließt. Die Hauptfunktion besteht darin, sicherzustellen, dass der Akku ordnungsgemäß geladen und vor Überladung geschützt ist. Wenn die Eingangsspannung des Solarpanels ansteigt, regelt der Laderegler die Ladung der Batterien, verhindert eine Überladung und trennt die Last, wenn die Batterie entladen ist.

Sie können meine Solarprojekte auf meiner Website ansehen: www.opengreenenergy.com und YouTube-Kanal: Open Green Energy

Arten von Solarladereglern

Derzeit gibt es zwei Arten von Ladereglern, die in PV-Stromversorgungssystemen gebräuchlich sind:

1. Pulsweitenmodulation (PWM)-Controller

2. Maximum Power Point Tracking (MPPT) Controller

In diesem Instructable erkläre ich Ihnen den PWM-Solarladeregler. Ich habe früher auch einige Artikel über PWM-Laderegler gepostet. Die früheren Versionen meiner Solarladeregler sind im Internet sehr beliebt und für Menschen auf der ganzen Welt nützlich.

Unter Berücksichtigung der Kommentare und Fragen aus meinen früheren Versionen habe ich meinen bestehenden V2.0 PWM-Laderegler modifiziert, um die neue Version 2.02 zu erstellen.

Im Folgenden sind die Änderungen in V2.02 gegenüber V2.0 aufgeführt:

1. Der lineare Spannungsregler mit niedrigem Wirkungsgrad wird durch den Abwärtswandler MP2307 für die 5V-Stromversorgung ersetzt.

2. Ein zusätzlicher Stromsensor zur Überwachung des vom Solarpanel kommenden Stroms.

3. MOSFET-IRF9540 wird für eine bessere Leistung durch IRF4905 ersetzt.

4. Der integrierte LM35-Temperatursensor wird durch einen DS18B20-Fühler zur genauen Überwachung der Batterietemperatur ersetzt.

5. USB-Anschluss zum Aufladen von Smart-Geräten.

6. Verwendung einer einzelnen Sicherung anstelle von zwei

7. Eine zusätzliche LED zur Anzeige des Solarstromstatus.

8. Implementierung des Ladealgorithmus mit 3 Stufen.

9. Implementierung des PID-Reglers im Ladealgorithmus

10. Eine benutzerdefinierte Leiterplatte für das Projekt erstellt

Spezifikation

1. Laderegler sowie Energiezähler

2. Automatische Batteriespannungsauswahl (6V/12V)

3. PWM-Ladealgorithmus mit automatischem Ladesollwert entsprechend der Batteriespannung

4. LED-Anzeige für Ladezustand und Ladestatus

5. LCD-Display mit 20 x 4 Zeichen zur Anzeige von Spannungen, Strom, Leistung, Energie und Temperatur.

6. Blitzschutz

7. Rückstromschutz

8. Kurzschluss- und Überlastschutz

9. Temperaturkompensation für das Laden

10. USB-Anschluss zum Laden von Gadgets

Lieferungen

Sie können die Leiterplatte V2.02 bei PCBWay bestellen

1. Arduino Nano (Amazon / Banggood)

2. P-MOSFET - IRF4905 (Amazon / Banggood)

3. Leistungsdiode -MBR2045 (Amazon / Aliexpress)

4. Buck Converter-MP2307 (Amazon / Banggood)

5. Temperatursensor - DS18B20 (Amazon / Banggood)

6. Stromsensor - ACS712 (Amazon / Banggood)

7. TVS-Diode - P6KE36CA (Amazon / Aliexpress)

8. Transistoren - 2N3904 (Amazon / Banggood)

9. Widerstände (100k x 2, 20k x 2, 10k x 2, 1k x 2, 330 Ohm x 7) (Amazon / Banggood)

10. Keramikkondensatoren (0,1uF x 2) (Amazon / Banggood)

11. 20x4 I2C-LCD (Amazon / Banggood)

12. RGB-LED (Amazon / Banggood)

13. Zweifarbige LED (Amazon)

15. Jumper Drähte/Drähte (Amazon / Banggood)

16. Header-Pins (Amazon / Banggood)

17. Kühlkörper (Amazon / Aliexpress)

18. Sicherungshalter und Sicherungen (Amazon)

19. Druckknopf (Amazon / Banggood)

22. Schraubklemmen 1x6 Pin (Aliexpress)

23. PCB-Abstandshalter (Banggood)

24. USB-Buchse (Amazon / Banggood)

Werkzeuge:

1. Lötkolben (Amazon)

2. Entlötpumpe (Amazon)

2. Drahtschneider und Abisolierer (Amazon)

3. Schraubendreher (Amazon)

Schritt 1: Funktionsprinzip eines PWM-Ladereglers

PWM steht für Pulsweitenmodulation, was für die Methode steht, mit der die Ladung reguliert wird. Seine Funktion besteht darin, die Spannung des Solarpanels auf die der Batterie zu senken, um sicherzustellen, dass die Batterie richtig geladen wird. Mit anderen Worten, sie verriegeln die Solarpanelspannung auf die Batteriespannung, indem sie die Solarpanel-Vmp ohne Änderung des Stroms auf die Batteriesystemspannung herunterziehen.

Es verwendet einen elektronischen Schalter (MOSFET), um das Solarpanel mit der Batterie zu verbinden und zu trennen. Durch Hochfrequenzschalten des MOSFET mit verschiedenen Pulsbreiten kann eine konstante Spannung aufrechterhalten werden. Der PWM-Controller passt sich selbst an, indem er die Breiten (Längen) und die Frequenz der an die Batterie gesendeten Impulse variiert.

Wenn die Breite 100 % beträgt, ist der MOSFET vollständig eingeschaltet, sodass das Solarpanel die Batterie massenhaft aufladen kann. Wenn die Breite 0% beträgt, ist der Transistor AUS, wodurch das Solarpanel unterbrochen wird und verhindert, dass Strom zur Batterie fließt, wenn die Batterie vollständig geladen ist.

Schritt 2: Wie funktioniert die Schaltung?

Das Herzstück des Ladereglers ist ein Arduino Nano Board. Der Arduino erfasst die Solarpanel- und Batteriespannungen mithilfe von zwei Spannungsteilerschaltungen. Anhand dieser Spannungspegel entscheidet es, wie die Batterie geladen und die Last gesteuert wird.

Hinweis: Im obigen Bild liegt ein Tippfehler im Strom- und Steuersignal vor. Die rote Linie ist für die Stromversorgung und die gelbe Linie ist für das Steuersignal.

Der gesamte Schaltplan ist in folgende Schaltungen unterteilt:

1. Stromverteilungskreis:

Der Strom von der Batterie (B+ & B-) wird durch den X1 (MP2307) Abwärtswandler auf 5V heruntergesetzt. Der Ausgang des Abwärtswandlers wird verteilt auf

1. Arduino-Board

2. LEDs zur Anzeige

3. LCD-Anzeige

4. USB-Anschluss zum Aufladen von Geräten.

2. Eingangssensoren:

Die Solarpanel- und Batteriespannungen werden mit Hilfe von zwei Spannungsteilerschaltungen erfasst, die aus den Widerständen R1-R2 und R3-R4 bestehen. C1 und C2 sind Filterkondensatoren zum Herausfiltern der unerwünschten Rauschsignale. Der Ausgang der Spannungsteiler ist mit den analogen Arduino-Pins A0 bzw. A1 verbunden.

Die Solarpanel- und Lastströme werden mithilfe von zwei ACS712-Modulen erfasst. Der Ausgang der Stromsensoren ist mit dem analogen Arduino-Pin A3 bzw. A2 verbunden.

Die Batterietemperatur wird mit einem DS18B20 Temperatursensor gemessen. R16 (4,7K) ist ein Pull-Up-Widerstand. Der Ausgang des Temperatursensors ist mit dem Arduino Digital Pin D12 verbunden.

3. Steuerkreise:

Die Steuerschaltungen werden grundsätzlich durch zwei p-MOSFETs Q1 und Q2 gebildet. Der MOSFET Q1 wird verwendet, um den Ladeimpuls an die Batterie zu senden, und der MOSFET Q2 wird verwendet, um die Last anzusteuern. Zwei MOSFET-Treiberschaltungen bestehen aus zwei Transistoren T1 und T2 mit Pull-Up-Widerständen R6 und R8. Der Basisstrom der Transistoren wird durch die Widerstände R5 und R7 gesteuert.

4. Schutzschaltungen:

Die Eingangsüberspannung von der Solarpanelseite wird durch die Verwendung einer TVS-Diode D1 geschützt. Der Rückstrom von der Batterie zum Solarpanel wird durch eine Schottky-Diode D2 geschützt. Der Überstrom wird durch eine Sicherung F1 geschützt.

5. LED-Anzeige:

LED1, LED2 und LED3 werden verwendet, um den Solar-, Batterie- und Laststatus anzuzeigen. Die Widerstände R9 bis R15 sind Strombegrenzungswiderstände.

7. LCD-Anzeige:

Ein I2C-LCD-Display dient zur Anzeige verschiedener Parameter.

8. USB-Aufladung:

Die USB-Buchse wird an den 5-V-Ausgang des Buck-Konverters angeschlossen.

9. System-Reset:

SW1 ist ein Druckknopf zum Zurücksetzen des Arduino.

Den Schaltplan können Sie unten im PDF-Format herunterladen.

Schritt 3: Hauptfunktionen des Solarladereglers

Der Laderegler wird unter Beachtung der folgenden Punkte entwickelt.

1. Verhindern einer Überladung der Batterie: Um die vom Solarpanel an die Batterie gelieferte Energie zu begrenzen, wenn die Batterie vollständig aufgeladen ist. Dies ist in charge_cycle() meines Codes implementiert.

2. Verhindern einer Tiefentladung der Batterie: Um die Batterie von elektrischen Lasten zu trennen, wenn die Batterie einen niedrigen Ladezustand erreicht. Dies ist in load_control() meines Codes implementiert.

3. Bereitstellung von Laststeuerungsfunktionen: Zum automatischen Anschließen und Trennen einer elektrischen Last zu einer bestimmten Zeit. Die Last wird bei Sonnenuntergang eingeschaltet und bei Sonnenaufgang ausgeschaltet. Dies ist in load_control() meines Codes implementiert. 4. Überwachung von Leistung und Energie: Um die Lastleistung und -energie zu überwachen und anzuzeigen.

5. Vor anormalem Zustand schützen: Um den Stromkreis vor den verschiedenen anormalen Situationen wie Blitz, Überspannung, Überstrom und Kurzschluss usw. zu schützen.

6. Anzeigen und Anzeigen: Zur Anzeige und Anzeige der verschiedenen Parameter

7. Serielle Kommunikation: Zum Drucken verschiedener Parameter im seriellen Monitor

8. USB-Aufladung: Zum Aufladen von Smart-Geräten

Schritt 4: Spannungsmessung

Die Spannungssensoren werden verwendet, um die Spannung von Solarpanel und Batterie zu messen. Es wird durch die Verwendung von zwei Spannungsteilerschaltungen realisiert. Es besteht aus zwei Widerständen R1=100k und R2=20k zum Erfassen der Solarpanelspannung und ähnlich R3=100k und R4=20k für die Batteriespannung. Der Ausgang von R1 und R2 ist mit dem analogen Arduino-Pin A0 verbunden und der Ausgang von R3 und R4 ist mit dem analogen Arduino-Pin A1 verbunden.

Spannungsmessung: Die analogen Eingänge von Arduino können verwendet werden, um eine Gleichspannung zwischen 0 und 5 V zu messen (bei Verwendung der standardmäßigen analogen 5 V-Referenzspannung) und dieser Bereich kann durch Verwendung eines Spannungsteilernetzwerks erhöht werden. Der Spannungsteiler reduziert die gemessene Spannung im Bereich der Arduino-Analogeingänge.

Für eine Spannungsteilerschaltung Vout = R2/(R1+R2) x Vin

Vin = (R1+R2)/R2 x Vout

Die Funktion analogRead() liest die Spannung und wandelt sie in eine Zahl zwischen 0 und 1023. um

Kalibrierung: Wir werden den Ausgabewert mit einem der analogen Eingänge von Arduino und seiner analogRead()-Funktion lesen. Diese Funktion gibt einen Wert zwischen 0 und 1023 aus, der 0,00488 V für jedes Inkrement beträgt (As 5/1024 = 0,00488 V).

Vin = Vout*(R1+R2)/R2; R1=100k und R2=20k

Vin = ADC-Zählung * 0,00488 * (120/20) Volt // Der hervorgehobene Teil ist der Skalierungsfaktor

Hinweis: Dies lässt uns vermuten, dass ein Messwert von 1023 einer Eingangsspannung von genau 5,0 Volt entspricht. In der Praxis erhalten Sie möglicherweise nicht immer 5V vom Arduino-Pin 5V. Messen Sie also während der Kalibrierung zuerst die Spannung zwischen den 5V- und GND-Pins von Arduino mit einem Multimeter und verwenden Sie den Skalierungsfaktor mithilfe der folgenden Formel:

Skalierungsfaktor = gemessene Spannung/1024

Schritt 5: Strommessung

Zur Strommessung habe ich einen Hall-Effekt-Stromsensor ACS 712 -5A Variante verwendet. Es gibt drei Varianten des ACS712 Sensors basierend auf dem Bereich seiner Stromerfassung. Der ACS712-Sensor liest den Stromwert und wandelt ihn in einen relevanten Spannungswert um. Der Wert, der die beiden Messungen verbindet, ist die Empfindlichkeit. Die Ausgangsempfindlichkeit für alle Varianten ist wie folgt:

ACS712-Modell -> Strombereich- > Empfindlichkeit

ACS712 ELC-05 - > +/- 5A - > 185 mV/A

ACS712 ELC-20 - > +/- 20A - > 100 mV/A

ACS712 ELC-30 - > +/- 30A - > 66 mV/A

In diesem Projekt habe ich die 5A-Variante verwendet, für die die Empfindlichkeit 185 mV / A beträgt und die mittlere Erfassungsspannung 2,5 V beträgt, wenn kein Strom vorhanden ist.

Kalibrierung:

analoger Lesewert = analogRead (Pin);

Wert = (5/1024) * analoger Lesewert // Wenn Sie keine 5 V vom Arduino 5 V-Pin erhalten, dann

Strom in Ampere = (Wert – offsetVoltage) / Empfindlichkeit

Aber laut Datenblättern beträgt die Offsetspannung 2,5 V und die Empfindlichkeit 185 mV/A

Strom in Ampere = (Wert-2,5)/0,185

Schritt 6: Temperaturmessung

Warum ist eine Temperaturüberwachung erforderlich?

Die chemischen Reaktionen der Batterie ändern sich mit der Temperatur. Wenn die Batterie wärmer wird, nimmt die Gasung zu. Wenn der Akku kälter wird, wird er widerstandsfähiger gegen das Aufladen. Je nachdem, wie stark die Batterietemperatur schwankt, ist es wichtig, den Ladevorgang an Temperaturänderungen anzupassen. Daher ist es wichtig, den Ladevorgang an die Temperatureffekte anzupassen. Der Temperatursensor misst die Batterietemperatur und der Solarladeregler verwendet diesen Eingang, um den Ladesollwert nach Bedarf anzupassen. Der Kompensationswert beträgt - 5 mv /degC/Zelle für Blei-Säure-Batterien. (–30 mV/ºC für 12 V und 15 mV/ºC für 6 V-Batterie). Das negative Vorzeichen der Temperaturkompensation zeigt an, dass eine Temperaturerhöhung eine Reduzierung des Ladesollwerts erfordert. Für weitere Details können Sie diesem Artikel folgen.

Temperaturmessung mit DS18B20

Ich habe eine externe DS18B20-Sonde zur Messung der Batterietemperatur verwendet. Es verwendet ein Eindrahtprotokoll, um mit dem Mikrocontroller zu kommunizieren. Es kann an Port-J4 auf der Platine angeschlossen werden.

Um eine Verbindung mit dem DS18B20-Temperatursensor herzustellen, müssen Sie die One-Wire-Bibliothek und die Dallas-Temperaturbibliothek installieren.

Weitere Informationen zum DS18B20-Sensor finden Sie in diesem Artikel.

Schritt 7: USB-Ladeschaltung

Der zur Stromversorgung verwendete Abwärtswandler MP2307 kann Strom bis zu 3A liefern. Es hat also einen ausreichenden Spielraum zum Aufladen der USB-Gadgets. Die USB-Buchse VCC ist mit 5V und GND mit GND verbunden. Sie können sich auf das obige Schema beziehen.

Hinweis: Die USB-Ausgangsspannung wird nicht auf 5 V gehalten, wenn der Laststrom 1 A überschreitet. Daher würde ich empfehlen, die USB-Last unter 1A zu begrenzen.

Schritt 8: Ladealgorithmus

Wenn der Controller an die Batterie angeschlossen ist, startet das Programm den Betrieb. Es prüft zunächst, ob die Panelspannung zum Laden des Akkus ausreicht. Wenn ja, dann tritt es in den Ladezyklus ein. Der Ladezyklus besteht aus 3 Phasen.

Stufe 1 Massenladung:

Arduino verbindet das Solarpanel direkt mit der Batterie (99 % Duty Cycle). Die Batteriespannung steigt allmählich an. Wenn die Batteriespannung 14,4 V erreicht, beginnt Stufe 2.

In dieser Phase ist der Strom fast konstant.

Stufe 2 Absorptionsgebühr:

In dieser Phase reguliert Arduino den Ladestrom, indem es das Spannungsniveau eine Stunde lang auf 14,4 hält. Durch Einstellen des Tastverhältnisses wird die Spannung konstant gehalten.

Stufe 3 Erhaltungsladung:

Der Controller erzeugt die Erhaltungsladung, um den Spannungspegel bei 13,5 V zu halten. In dieser Phase bleibt die Batterie voll aufgeladen. Wenn die Batteriespannung 10 Minuten lang weniger als 13,2 V beträgt.

Der Ladezyklus wird wiederholt.

Schritt 9: Lastkontrolle

Um die Last durch Überwachung von Dämmerung/Morgendämmerung und Batteriespannung automatisch zu- und abzuschalten, wird die Laststeuerung verwendet.

Der Hauptzweck der Laststeuerung besteht darin, die Last von der Batterie zu trennen, um sie vor Tiefentladung zu schützen. Eine Tiefentladung kann den Akku beschädigen.

Der DC-Lastanschluss ist für DC-Lasten mit geringer Leistung wie z. B. Straßenlaternen ausgelegt.

Als Lichtsensor wird das PV-Panel selbst verwendet.

Angenommen Solarpanelspannung > 5V bedeutet Morgendämmerung und wenn < 5V Abenddämmerung.

EIN-Zustand: Abends, wenn die PV-Spannung unter 5 V fällt und die Batteriespannung höher als die LVD-Einstellung ist, schaltet der Controller die Last ein und die grüne Last-LED leuchtet.

AUS-Zustand: Die Last wird unter den folgenden beiden Zuständen abgeschaltet.

1. Morgens, wenn die PV-Spannung größer als 5 V ist, 2. Wenn die Batteriespannung niedriger als die LVD-Einstellung ist Die rote LED der Last zeigt an, dass die Last abgeschaltet ist.

LVD wird als Niederspannungstrennung bezeichnet

Schritt 10: Leistung und Energie

Leistung: Leistung ist das Produkt aus Spannung (Volt) und Strom (Ampere)

P=VxI Leistungseinheit ist Watt oder KW

Energie: Energie ist das Produkt aus Leistung (Watt) und Zeit (Stunde)

E= Pxt Energieeinheit ist Wattstunde oder Kilowattstunde (kWh)

Zur Überwachung der Leistung und Energie ist die obige Logik in Software implementiert und die Parameter werden in einem 20x4 Zeichen LCD angezeigt.

Bildnachweis: Imgoat

Schritt 11: Schutzmaßnahmen

1. Verpolung und Rückstromschutz für Solarpanel

Als Verpolungs- und Rückstromschutz wird eine Schottky-Diode (MBR2045) verwendet.

2. Überladungs- und Tiefentladungsschutz

Überlade- und Tiefentladeschutz werden von der Software implementiert.

3. Kurzschluss- und Überlastschutz

Kurzschluss- und Überlastschutz wird durch eine Sicherung F1 realisiert.

4. Überspannungsschutz am Solarpaneleingang

Temporäre Überspannungen treten in Stromversorgungssystemen aus verschiedenen Gründen auf, aber Blitze verursachen die stärksten Überspannungen. Dies gilt insbesondere bei PV-Anlagen aufgrund der exponierten Lagen und Anlagenanschlussleitungen. In diesem neuen Design habe ich eine 600-Watt-bidirektionale TVS-Diode (P6KE36CA) verwendet, um den Blitz und die Überspannung an den PV-Klemmen zu unterdrücken.

Bildnachweis: freeimages

Schritt 12: LED-Anzeigen

1. Solar-LED: LED1 Eine zweifarbige (rot/grün) LED wird verwendet, um den Solarstromstatus anzuzeigen, d. h. Dämmerung oder Morgendämmerung.

Solar-LED -------------------Solarstatus

Grüner Tag

ROT -------------------------- Nacht

2. Batterieladezustand (SOC) LED: LED2

Ein wichtiger Parameter, der den Energieinhalt der Batterie definiert, ist der State of Charge (SOC). Dieser Parameter gibt an, wie viel Ladung in der Batterie verfügbar ist. RGB-LED wird verwendet, um den Ladezustand des Akkus anzuzeigen. Für den Anschluss siehe obiges Schema.

Akku-LED ----------Akkustatus

ROT ------------------ Spannung ist NIEDRIG

GRÜN ------------------ Spannung ist gesund

BLAU ------------------ Vollständig aufgeladen

2. LED laden: LED3

Zur Anzeige des Ladezustands wird eine zweifarbige (rot/grün) LED verwendet. Siehe obiges Schema für den Anschluss.

Lade-LED ------------------- Ladestatus

GRÜN ----------------------- Verbunden (EIN)

ROT -------------------------- Getrennt (AUS)

Schritt 13: LCD-Anzeige

Ein 20X4-Chart-LCD wird zur Überwachung von Solarpanel-, Batterie- und Lastparametern verwendet.

Der Einfachheit halber wird für dieses Projekt ein I2C-LCD-Display gewählt. Es benötigt nur 4 Drähte, um mit dem Arduino zu kommunizieren.

Die Verbindung ist unten:

LCD-Arduino

VCC 5V, GNDGND, SDAA4, SCLA5

Zeile-1: Solarpanelspannung, Strom und Leistung

Zeile-2: Batteriespannung, Temperatur und Ladegerätstatus (wird geladen / nicht geladen)

Zeile-3: Laststrom, Leistung und Laststatus

Zeile-4: Eingangsenergie vom Solarpanel und von der Last verbrauchte Energie.

Sie müssen die Bibliothek von LiquidCrystal_I2C herunterladen.

Schritt 14: Prototyping und Testen

1. Steckbrett:

Zuerst habe ich die Schaltung auf einem Steckbrett gemacht. Der Hauptvorteil eines lötfreien Steckbretts besteht darin, dass es lötfrei ist. So können Sie das Design ganz einfach ändern, indem Sie Komponenten und Kabel nach Bedarf abziehen.

2. Lochplatte:

Nachdem ich den Steckbretttest gemacht hatte, machte ich die Schaltung auf einem perforierten Brett. Um es zu machen, folgen Sie den Anweisungen unten

i) Setzen Sie zuerst alle Teile in das Loch der Lochplatte ein.

ii) Löten Sie alle Komponentenpads und schneiden Sie die zusätzlichen Beine mit einer Zange ab.

iii) Verbinden Sie die Lötpads mit Drähten gemäß dem Schaltplan.

iv) Verwenden Sie einen Abstandshalter, um den Stromkreis von der Erde zu isolieren.

Die Lochplatine ist wirklich stark und kann dauerhaft in einem Projekt eingesetzt werden. Wenn nach dem Testen des Prototyps alles perfekt funktioniert, können wir mit dem Design der endgültigen Leiterplatte übergehen.

Schritt 15: PCB-Design

Ich habe den Schaltplan mit der Online-Software EasyEDA gezeichnet, nachdem ich zum PCB-Layout gewechselt habe.

Alle Komponenten, die Sie im Schaltplan hinzugefügt haben, sollten dort übereinander gestapelt sein und bereit sein, platziert und geroutet zu werden. Ziehen Sie die Komponenten, indem Sie an den Pads greifen. Platzieren Sie es dann innerhalb der rechteckigen Begrenzungslinie.

Ordnen Sie alle Komponenten so an, dass die Platine minimalen Platz einnimmt. Je kleiner die Leiterplattengröße, desto günstiger sind die Herstellungskosten der Leiterplatte. Es ist nützlich, wenn diese Platine einige Befestigungslöcher hat, damit sie in einem Gehäuse montiert werden kann.

Jetzt müssen Sie routen. Das Routing ist der unterhaltsamste Teil dieses gesamten Prozesses. Es ist, als würde man ein Puzzle lösen! Mit dem Tracking-Tool müssen wir alle Komponenten verbinden. Sie können sowohl die obere als auch die untere Ebene verwenden, um Überlappungen zwischen zwei verschiedenen Spuren zu vermeiden und die Spuren kürzer zu machen.

Sie können die Seidenebene verwenden, um dem Board Text hinzuzufügen. Außerdem können wir eine Bilddatei einfügen, sodass ich ein Bild meines Website-Logos hinzufüge, das auf die Tafel gedruckt werden soll. Am Ende müssen wir mit dem Kupferflächenwerkzeug die Massefläche der Leiterplatte erstellen.

Jetzt ist die Leiterplatte bereit für die Fertigung.

Schritt 16: Laden Sie die Gerber-Dateien herunter

Nach der Herstellung der Leiterplatte müssen wir die Dateien generieren, die an eine Leiterplattenfertigungsfirma gesendet werden können, die uns zu gegebener Zeit echte Leiterplatten zurücksendet.

In EasyEDA können Sie die Fertigungsdateien (Gerber-Datei) über Dokument > Gerber generieren oder durch Klicken auf die Schaltfläche Gerber generieren in der Symbolleiste ausgeben. Die generierte Gerber-Datei ist ein komprimiertes Paket. Nach der Dekompression können Sie die folgenden 8 Dateien sehen:

1. Unteres Kupfer:.gbl

2. Oberes Kupfer:.gtl

3. Untere Lötmasken:.gbs

4. Top Lötmasken:.gts

5. Unterer Siebdruck:.gbo

6. Oberer Siebdruck:.gto

7. Bohren:.drl

8. Umriss:. Umriss

Sie können die Gerber-Dateien von PCBWay herunterladen

Wenn Sie eine Bestellung bei PCBWay aufgeben, erhalte ich eine Spende von 10% von PCBWay für einen Beitrag zu meiner Arbeit. Ihre kleine Hilfe kann mich ermutigen, in Zukunft noch mehr großartige Arbeit zu leisten. Danke für Ihre Kooperation.

Schritt 17: PCB-Herstellung

Jetzt ist es an der Zeit, einen Leiterplattenhersteller zu finden, der unsere Gerber-Dateien in eine echte Leiterplatte verwandeln kann. Ich habe meine Gerber-Dateien an JLCPCB gesendet, um meine Leiterplatte herzustellen. Ihr Service ist sehr gut. Ich habe mein PCB in Indien innerhalb von 10 Tagen erhalten.

Die Stückliste für das Projekt ist unten angehängt.

Schritt 18: Löten der Komponenten

Nachdem Sie die Platine vom PCB-Fabhouse erhalten haben, müssen Sie die Komponenten verlöten.

Zum Löten benötigen Sie einen anständigen Lötkolben, Lötzinn, Nipper, Entlötdochte oder Pumpe und ein Multimeter.

Es empfiehlt sich, die Bauteile entsprechend ihrer Höhe zu verlöten. Löten Sie zuerst die Komponenten mit geringerer Höhe.

Sie können die folgenden Schritte ausführen, um die Komponenten zu verlöten:

1. Schieben Sie die Komponentenbeine durch ihre Löcher und drehen Sie die Platine auf die Rückseite.

2. Halten Sie die Spitze des Lötkolbens an die Verbindungsstelle zwischen Pad und Bein des Bauteils.

3. Führen Sie das Lot in die Verbindung ein, so dass es rund um die Leitung fließt und das Pad bedeckt. Sobald es rundherum geflossen ist, bewegen Sie die Spitze weg.

4. Schneiden Sie die zusätzlichen Beine mit einer Zange ab.

Befolgen Sie die obigen Regeln zum Löten aller Komponenten.

Schritt 19: Montage des ACS712 Stromsensors

Der von mir erhaltene ACS712-Stromsensor hat eine vorgelötete Schraubklemme zum Anschluss. Um das Modul direkt auf der Platine zu verlöten, müssen Sie zuerst die Schraubklemme entlöten.

Die Schraubklemme entlöte ich mit Hilfe einer Entlötpumpe wie oben gezeigt.

Dann löte ich das ACS712-Modul auf den Kopf.

Um den Ip+ und Ip- Anschluss mit der Platine zu verbinden, habe ich die Diodenanschlussbeine verwendet.

Schritt 20: Hinzufügen des Buck-Konverters

Um das Buck Converter-Modul zu verlöten, müssen Sie 4 gerade Header-Pins wie oben gezeigt vorbereiten.

Löten Sie die 4 Header-Pins an den X1, 2 für den Ausgang und die restlichen zwei für die Eingänge.

Schritt 21: Hinzufügen des Arduino Nano

Wenn Sie die geraden Header kaufen, sind sie für den Arduino Nano zu lang. Sie müssen sie auf eine geeignete Länge zuschneiden. Das bedeutet jeweils 15 Pins.

Der beste Weg, die Buchsenleistenstücke zu trimmen, besteht darin, 15 Stifte abzuzählen, den 16. Stift zu ziehen und dann mit einer Zange die Lücke zwischen dem 15. und 17. Stift zu schneiden.

Jetzt müssen wir die Buchsenleisten auf der Platine installieren. Nehmen Sie Ihre Buchsenleisten und legen Sie sie auf die Buchsenleisten auf der Arduino Nano-Platine.

Löten Sie dann die Buchsenleistenstifte an die Ladereglerplatine.

Schritt 22: Vorbereiten der MOSFETs

Bevor Sie die MOSFETs Q1 Q2 und die Diode D1 auf die Platine löten, ist es besser, zuerst die Kühlkörper daran zu befestigen. Kühlkörper werden verwendet, um Wärme vom Gerät abzuleiten, um eine niedrigere Gerätetemperatur aufrechtzuerhalten.

Tragen Sie eine Schicht Kühlkörpermasse auf die MOSFET-Metallgrundplatte auf. Legen Sie dann das wärmeleitende Pad zwischen MOSFET und Kühlkörper und ziehen Sie die Schraube fest. In diesem Artikel erfahren Sie, warum ein Kühlkörper so wichtig ist.

Schließlich löten Sie sie auf die Ladereglerplatine.

Schritt 23: Montage der Abstandshalter

Nachdem Sie alle Teile gelötet haben, montieren Sie die Abstandshalter an 4 Ecken. Ich habe M3 Messing Sechskantabstandshalter verwendet.

Die Verwendung von Abstandshaltern sorgt für ausreichend Abstand zu den Lötstellen und Drähten vom Boden.

Schritt 24: Software & Bibliotheken

Laden Sie zuerst den beigefügten Arduino-Code herunter. Laden Sie dann die folgenden Bibliotheken herunter und installieren Sie sie.

1. Ein Draht

2. DallasTemperatur

3. LiquidCrystal_I2C

4. PID-Bibliothek

Der gesamte Code ist aus Gründen der Flexibilität in den kleinen Funktionsblock unterteilt. Angenommen, der Benutzer ist nicht daran interessiert, ein LCD-Display zu verwenden, und ist mit der LED-Anzeige zufrieden. Dann deaktivieren Sie einfach lcd_display() aus der void loop(). Das ist alles. Ebenso kann er je nach Benutzeranforderung die verschiedenen Funktionen aktivieren und deaktivieren.

Nachdem Sie alle oben genannten Bibliotheken installiert haben, laden Sie den Arduino-Code hoch.

Hinweis: Ich arbeite gerade an der Software, um einen besseren Ladealgorithmus zu implementieren. Bitte bleiben Sie in Kontakt, um die neueste Version zu erhalten.

Update vom 02.04.2020

Hochgeladen einer neuen Software mit einem verbesserten Ladealgorithmus und der Implementierung des PID-Reglers darin.

Schritt 25: Abschlussprüfung

Verbinden Sie die Batterieklemmen des Ladereglers (BAT) mit einer 12-V-Batterie. Achten Sie auf die richtige Polarität. Nach dem Anschließen beginnen die LED und das LCD sofort zu arbeiten. Sie werden auch die Batteriespannung und -temperatur in der 2. Zeile des LCD-Displays sehen.

Schließen Sie dann ein Solarpanel an das Solarterminal (SOL) an. Sie können die Solarspannung, den Strom und die Leistung in der ersten Zeile des LCD-Displays sehen. Ich habe ein Labornetzteil verwendet, um das Solarpanel zu simulieren. Ich habe meine Leistungsmesser verwendet, um die Spannungs-, Strom- und Leistungswerte mit dem LCD-Display zu vergleichen.

Das Testverfahren wird in diesem Demo-Video gezeigt

In Zukunft werde ich für dieses Projekt ein 3D-gedrucktes Gehäuse entwerfen. Den Kontakt halten.

Dieses Projekt ist ein Beitrag zum PCB Contest, bitte stimmen Sie für mich. Ihre Stimmen sind eine echte Inspiration für mich, mehr harte Arbeit zu leisten, um nützlichere Projekte wie dieses zu schreiben.

Vielen Dank für das Lesen meines Instructable. Wenn Sie mein Projekt mögen, vergessen Sie nicht, es zu teilen.

Kommentare und Feedback sind immer willkommen.

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