جهاز التحكم في الشحن بالطاقة الشمسية ARDUINO PWM (V 2.02): 25 خطوة (بالصور)

2024 مؤلف: John Day | [email protected]. آخر تعديل: 2024-01-30 07:37

إذا كنت تخطط لتثبيت نظام شمسي خارج الشبكة مع بنك بطارية ، فستحتاج إلى وحدة التحكم في الشحن بالطاقة الشمسية. هو جهاز يتم وضعه بين لوحة الطاقة الشمسية وبنك البطارية للتحكم في كمية الطاقة الكهربائية التي تنتجها الألواح الشمسية التي تدخل البطاريات. وتتمثل الوظيفة الرئيسية في التأكد من أن البطارية مشحونة بشكل صحيح ومحمية من الشحن الزائد. مع ارتفاع جهد الدخل من اللوحة الشمسية ، ينظم جهاز التحكم بالشحن الشحن إلى البطاريات لمنع أي شحن زائد ويفصل الحمل عند تفريغ البطارية.

يمكنك الاطلاع على مشاريع الطاقة الشمسية الخاصة بي على موقع الويب الخاص بي: www.opengreenenergy.com وقناة YouTube: Open Green Energy

أنواع أجهزة التحكم بالشحن بالطاقة الشمسية

يوجد حاليًا نوعان من أجهزة التحكم في الشحن شائعة الاستخدام في أنظمة الطاقة الكهروضوئية:

1. تحكم تعديل عرض النبض (PWM)

2. الحد الأقصى لمتحكم تتبع باور بوينت (MPPT)

في هذا Instructable ، سأشرح لك عن PWM Solar Charge Controller. لقد قمت بنشر بعض المقالات حول وحدات التحكم في الشحن PWM في وقت سابق أيضًا. تحظى النسخة السابقة من وحدات التحكم في الشحن بالطاقة الشمسية بشعبية كبيرة على الإنترنت ومفيدة للأشخاص في جميع أنحاء العالم.

من خلال النظر في التعليقات والأسئلة من إصداري السابقة ، قمت بتعديل V2.0 PWM Charge Controller الخاص بي لجعل الإصدار الجديد 2.02.

فيما يلي التغييرات في V2.02 w.r.t V2.0:

1. يتم استبدال منظم الجهد الخطي ذو الكفاءة المنخفضة بمحول باك MP2307 لإمداد الطاقة 5 فولت.

2. مستشعر تيار إضافي واحد لمراقبة التيار القادم من الألواح الشمسية.

3. تم استبدال MOSFET-IRF9540 بـ IRF4905 للحصول على أداء أفضل.

4. تم استبدال مستشعر درجة الحرارة على متن الطائرة LM35 بمسبار DS18B20 لمراقبة درجة حرارة البطارية بدقة.

5. منفذ USB لشحن الأجهزة الذكية.

6. استخدام فتيل واحد بدلاً من اثنين

7. مؤشر LED إضافي للإشارة إلى حالة الطاقة الشمسية.

8- تنفيذ خوارزمية الشحن بثلاث مراحل.

9- تنفيذ وحدة تحكم PID في خوارزمية الشحن

10. صنع ثنائي الفينيل متعدد الكلور مخصص للمشروع

تخصيص

1. جهاز التحكم بالشحن وكذلك عداد الطاقة

2. التحديد التلقائي لجهد البطارية (6 فولت / 12 فولت)

3. خوارزمية الشحن PWM مع نقطة ضبط الشحن التلقائي وفقًا لجهد البطارية

4. مؤشر LED لحالة الشحن وحالة التحميل

5. شاشة عرض LCD مقاس 20 × 4 أحرف لعرض الفولتية والتيار والطاقة والطاقة ودرجة الحرارة.

6. الحماية من الصواعق

7. عكس حماية التدفق الحالي

8. Short الدائرة وحماية الزائد

9. تعويض درجة الحرارة للشحن

10. منفذ USB لشحن الأدوات

اللوازم

يمكنك طلب PCB V2.02 من PCBWay

1. Arduino Nano (Amazon / Banggood)

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

3-صمام ثنائي الطاقة- MBR2045 (أمازون / أليكسبريس)

4. Buck Converter-MP2307 (Amazon / Banggood)

5-مستشعر درجة الحرارة - DS18B20 (Amazon / Banggood)

6. مستشعر التيار - ACS712 (Amazon / Banggood)

7. TVS ديود- P6KE36CA (أمازون / أليكسبريس)

8 الترانزستورات - 2N3904 (Amazon / Banggood)

9.المقاومات (100 كيلو × 2 ، 20 كيلو × 2 ، 10 كيلو × 2 ، 1 كيلو × 2 ، 330 أوم × 7) (Amazon / Banggood)

10- مكثفات السيراميك (0.1 فائق التوهج × 2) (Amazon / Banggood)

11. 20x4 I2C LCD (Amazon / Banggood)

12. RGB LED (Amazon / Banggood)

13. Bi-Color LED (أمازون)

15.أسلاك / أسلاك العبور (أمازون / بانجود)

16.دبابيس الرأس (Amazon / Banggood)

17- مغاسل الحرارة (أمازون / أليكسبريس)

18.حامل الصمامات والصمامات (أمازون)

19. زر الضغط (Amazon / Banggood)

22. Screw Terminals 1x6 دبوس (Aliexpress)

23- مواجهات PCB (Banggood)

24. مقبس USB (Amazon / Banggood)

أدوات:

1- لحام الحديد (أمازون)

2.مضخة إزالة اللحام (أمازون)

2. Wire Cutter and Stripper (Amazon)

3. Screw Driver (الأمازون)

الخطوة 1: مبدأ العمل لوحدة تحكم الشحن PWM

يرمز PWM إلى تعديل عرض النبض ، والذي يرمز إلى الطريقة التي تستخدمها لتنظيم الشحن. وتتمثل وظيفتها في خفض جهد الألواح الشمسية إلى ما يقرب من البطارية لضمان شحن البطارية بشكل صحيح. بمعنى آخر ، يقومون بإغلاق جهد اللوحة الشمسية على جهد البطارية عن طريق سحب اللوحة الشمسية Vmp لأسفل إلى جهد نظام البطارية دون أي تغيير في التيار.

يستخدم مفتاحًا إلكترونيًا (MOSFET) لتوصيل وفصل اللوحة الشمسية بالبطارية. من خلال تبديل MOSFET بتردد عالٍ مع عروض نبض مختلفة ، يمكن الحفاظ على جهد ثابت. تضبط وحدة التحكم PWM ذاتيًا عن طريق تغيير عروض (أطوال) وتردد النبضات المرسلة إلى البطارية.

عندما يكون العرض عند 100٪ ، تكون MOSFET في وضع التشغيل الكامل ، مما يسمح للوحة الشمسية بشحن البطارية بكميات كبيرة. عندما يكون العرض عند 0٪ ، يكون الترانزستور في وضع الإيقاف ، حيث تقوم الدائرة المفتوحة للطاقة الشمسية بمنع أي تيار من التدفق إلى البطارية عندما تكون البطارية مشحونة بالكامل.

الخطوة الثانية: كيف تعمل الدائرة؟

قلب وحدة التحكم في الشحن هو لوحة Arduino Nano. يستشعر Arduino اللوحة الشمسية وجهود البطارية باستخدام دائرتين مقسمتين للجهد. وفقًا لمستويات الجهد هذه ، فإنه يقرر كيفية شحن البطارية والتحكم في الحمل.

ملاحظة: في الصورة أعلاه ، يوجد خطأ مطبعي في إشارة الطاقة والتحكم. الخط الأحمر للطاقة والخط الأصفر لإشارة التحكم.

التخطيطي بأكمله مقسم إلى الدوائر التالية:

1. دائرة توزيع الطاقة:

تنخفض الطاقة من البطارية (B + & B-) إلى 5 فولت بواسطة محول باك X1 (MP2307). يتم توزيع الإخراج من محول باك إلى

1. لوحة اردوينو

2. المصابيح للإشارة

3. شاشة LCD

4. منفذ USB لشحن الأدوات.

2. مجسات الإدخال:

يتم استشعار الفولتية للوحة الشمسية والبطارية باستخدام دائرتين مقسمتين للجهد تتكون من مقاومات R1-R2 و R3- R4. C1 و C2 عبارة عن مكثفات مرشح لتصفية إشارات الضوضاء غير المرغوب فيها. يتم توصيل الإخراج من فواصل الجهد بدبابيس Arduino التناظرية A0 و A1 على التوالي.

يتم استشعار الألواح الشمسية وتيارات الحمل باستخدام وحدتي ACS712. الإخراج من المستشعرات الحالية متصل بـ Arduino analog pin A3 و A2 على التوالي.

يتم قياس درجة حرارة البطارية باستخدام مستشعر درجة حرارة DS18B20. R16 (4.7K) هو مقاوم سحب. يتم توصيل خرج مستشعر درجة الحرارة بـ Arduino Digital pin D12.

3. دوائر التحكم:

يتم تشكيل دوائر التحكم بشكل أساسي من قبل اثنين من الدوائر الكهروضوئية p-MOSFETs Q1 و Q2. يتم استخدام MOSFET Q1 لإرسال نبضة الشحن إلى البطارية ويستخدم MOSFET Q2 لدفع الحمل. تتكون دائرتا تشغيل MOSFET من ترانزستورين T1 و T2 مع مقاومات سحب R6 و R8. يتم التحكم في التيار الأساسي للترانزستورات بواسطة المقاومات R5 و R7.

4. دوائر الحماية:

يتم حماية الجهد الزائد للإدخال من جانب اللوحة الشمسية باستخدام الصمام الثنائي TVS D1. التيار العكسي من البطارية إلى الألواح الشمسية محمي بواسطة صمام ثنائي شوتكي D2. التيار الزائد محمي بواسطة فتيل F1.

5. مؤشر LED:

تستخدم مؤشرات LED1 و LED2 و LED3 للإشارة إلى حالة الطاقة الشمسية والبطارية والحمل على التوالي. المقاومات R9 إلى R15 هي مقاومات مقيدة حاليًا.

7. شاشة LCD:

يتم استخدام شاشة I2C LCD لعرض المعلمات المختلفة.

8. شحن USB:

يتم توصيل مقبس USB بإخراج يصل إلى 5 فولت من محول باك.

9. إعادة تعيين النظام:

SW1 هو زر ضغط لإعادة ضبط Arduino.

يمكنك تنزيل التخطيطي بتنسيق PDF المرفق أدناه.

الخطوة 3: الوظائف الرئيسية لجهاز التحكم في شحن الطاقة الشمسية

تم تصميم جهاز التحكم بالشحن من خلال الاهتمام بالنقاط التالية.

1. منع الشحن الزائد للبطارية: للحد من الطاقة التي توفرها اللوحة الشمسية للبطارية عندما تصبح البطارية مشحونة بالكامل. يتم تنفيذ هذا في charge_cycle () من الكود الخاص بي.

2. منع الإفراط في تفريغ البطارية: لفصل البطارية عن الأحمال الكهربائية عندما تصل البطارية إلى حالة شحن منخفضة. يتم تنفيذ هذا في load_control () من الكود الخاص بي.

3. توفير وظائف التحكم في الحمل: لتوصيل وفصل الحمل الكهربائي تلقائيًا في وقت محدد. سيتم تشغيل الحمل عند غروب الشمس وإيقاف تشغيله عند شروق الشمس. يتم تنفيذ هذا في load_control () من الكود الخاص بي. 4. مراقبة الطاقة والطاقة: لرصد قوة الحمل والطاقة وعرضها.

5. الحماية من الظروف غير الطبيعية: لحماية الدائرة من المواقف غير الطبيعية المختلفة مثل البرق ، والجهد الزائد ، والتيار الزائد ، وقصر الدائرة الكهربائية ، إلخ.

6- الإشارة والعرض: للإشارة إلى المتغيرات المختلفة وعرضها

7-الاتصال التسلسلي: لطباعة معلمات مختلفة في الشاشة التسلسلية

8. شحن USB: لشحن الأجهزة الذكية

الخطوة 4: قياس الجهد

تستخدم مستشعرات الجهد لاستشعار جهد الألواح الشمسية والبطارية. يتم تنفيذه باستخدام دائرتين مقسمتين للجهد. يتكون من مقاومين R1 = 100k و R2 = 20k لاستشعار جهد اللوحة الشمسية وبالمثل R3 = 100k و R4 = 20k لجهد البطارية. يتم توصيل الإخراج من R1 و R2 بدبوس Arduino التناظري A0 والإخراج من R3 و R4 متصل بدبوس Arduino التناظري A1.

قياس الجهد: يمكن استخدام مدخلات Arduino التناظرية لقياس جهد التيار المستمر بين 0 و 5 فولت (عند استخدام الجهد المرجعي القياسي التناظري 5 فولت) ويمكن زيادة هذا النطاق باستخدام شبكة مقسم الجهد. يقوم مقسم الجهد بتخفيض الجهد الذي يتم قياسه ضمن نطاق مدخلات Arduino التناظرية.

لدائرة مقسم الجهد Vout = R2 / (R1 + R2) x Vin

فين = (R1 + R2) / R2 × Vout

تقرأ الدالة analogRead () الفولتية وتحولها إلى رقم بين 0 و 1023

المعايرة: سنقرأ قيمة الإخراج بأحد المدخلات التناظرية لـ Arduino ووظيفة analogRead (). تنتج هذه الدالة قيمة بين 0 و 1023 تساوي 0.00488 فولت لكل زيادة (مثل 5/1024 = 0.00488 فولت)

Vin = Vout * (R1 + R2) / R2 ؛ R1 = 100 كيلو و R2 = 20 كيلو

Vin = عدد ADC * 0.00488 * (120/20) Volt // الجزء المميز هو عامل المقياس

ملاحظة: هذا يقودنا إلى الاعتقاد بأن قراءة 1023 تقابل جهد إدخال يبلغ 5.0 فولت بالضبط. من الناحية العملية ، قد لا تحصل دائمًا على 5 فولت من Arduino pin 5V. لذلك أثناء المعايرة ، قم أولاً بقياس الجهد بين دبابيس Arduino 5v و GND باستخدام مقياس متعدد ، واستخدم عامل القياس باستخدام الصيغة أدناه:

عامل المقياس = الجهد المقاس / 1024

الخطوة 5: القياس الحالي

للقياس الحالي ، استخدمت مستشعر تيار Hall Effect الحالي ACS 712 -5A البديل. هناك ثلاثة أنواع مختلفة من مستشعر ACS712 بناءً على نطاق استشعاره الحالي. يقرأ مستشعر ACS712 القيمة الحالية ويحولها إلى قيمة جهد ذات صلة ، والقيمة التي تربط بين القياسين هي الحساسية. حساسية الإخراج لجميع المتغيرات كما يلي:

طراز ACS712 -> النطاق الحالي-> الحساسية

ACS712 ELC-05 -> +/- 5A -> 185 مللي فولت / أمبير

ACS712 ELC-20 -> +/- 20 أمبير -> 100 مللي فولت / أمبير

ACS712 ELC-30 -> +/- 30 أمبير -> 66 مللي فولت / أمبير

في هذا المشروع ، استخدمت متغير 5A ، حيث تكون الحساسية 185mV / A ويكون جهد الاستشعار الأوسط 2.5V في حالة عدم وجود تيار.

معايرة:

قيمة القراءة التناظرية = analogRead (Pin) ؛

القيمة = (5/1024) * قيمة القراءة التناظرية // إذا كنت لا تحصل على 5 فولت من Arduino 5V pin إذن ،

التيار في أمبير = (القيمة - الإزاحة الجهد) / الحساسية

ولكن وفقًا لجهد إزاحة أوراق البيانات 2.5 فولت والحساسية 185 مللي فولت / أمبير

التيار في أمبير = (القيمة 2.5) / 0.185

الخطوة 6: قياس درجة الحرارة

لماذا يلزم مراقبة درجة الحرارة؟

تتغير التفاعلات الكيميائية للبطارية مع تغير درجة الحرارة. مع ارتفاع درجة حرارة البطارية ، يزداد الغاز. عندما تصبح البطارية أكثر برودة ، تصبح أكثر مقاومة للشحن. اعتمادًا على مدى اختلاف درجة حرارة البطارية ، من المهم ضبط الشحن للتغيرات في درجة الحرارة. لذلك من المهم ضبط الشحن لمراعاة تأثيرات درجة الحرارة. سيقيس مستشعر درجة الحرارة درجة حرارة البطارية ، ويستخدم جهاز التحكم في الشحن الشمسي هذا الإدخال لضبط نقطة تعيين الشحن كما هو مطلوب. قيمة التعويض - 5mv / degC / خلية لبطاريات الرصاص الحمضية. (-30mV / C لـ 12V و 15mV / C لبطارية 6V). تشير العلامة السلبية لتعويض درجة الحرارة إلى زيادة في درجة الحرارة تتطلب تقليل نقطة ضبط الشحن. لمزيد من التفاصيل ، يمكنك متابعة هذه المقالة.

قياس درجة الحرارة بواسطة DS18B20

لقد استخدمت مسبار DS18B20 خارجيًا لقياس درجة حرارة البطارية. يستخدم بروتوكول السلك الواحد للتواصل مع المتحكم الدقيق. يمكن توصيله في المنفذ J4 على السبورة.

للتفاعل مع مستشعر درجة الحرارة DS18B20 ، تحتاج إلى تثبيت مكتبة One Wire ومكتبة Dallas Temperature.

يمكنك قراءة هذه المقالة لمزيد من التفاصيل حول مستشعر DS18B20.

الخطوة 7: دائرة شحن USB

محول باك MP2307 المستخدم لإمداد الطاقة يمكنه توصيل تيار يصل إلى 3 أمبير. لذلك فإن لديها هامشًا كافيًا لشحن أدوات USB. مقبس USB VCC متصل بـ 5V و GND متصل بـ GND. يمكنك الرجوع إلى التخطيطي أعلاه.

ملاحظة: لا يتم الحفاظ على جهد خرج USB حتى 5 فولت عندما يتجاوز تيار الحمل 1A. لذلك أوصي بالحد من تحميل USB أقل من 1A.

الخطوة 8: خوارزمية الشحن

عند توصيل وحدة التحكم بالبطارية ، سيبدأ البرنامج العملية. في البداية ، يتحقق ما إذا كان جهد اللوحة كافياً لشحن البطارية. إذا كانت الإجابة بنعم ، فسوف تدخل في دورة الشحن. تتكون دورة الشحن من 3 مراحل.

المرحلة 1 الشحن بالجملة:

سيقوم Arduino بتوصيل الألواح الشمسية بالبطارية مباشرة (دورة عمل 99٪). سيزداد جهد البطارية تدريجيًا. عندما يصل جهد البطارية إلى 14.4 فولت ، ستبدأ المرحلة الثانية.

في هذه المرحلة ، يكون التيار ثابتًا تقريبًا.

المرحلة الثانية حشوة الامتصاص:

في هذه المرحلة ، ينظم Arduino تيار الشحن عن طريق الحفاظ على مستوى الجهد عند 14.4 لمدة ساعة واحدة. يتم الحفاظ على الجهد ثابتًا عن طريق ضبط دورة العمل.

المرحلة 3 تعويم الشحن:

يولد جهاز التحكم شحنة هزيلة للحفاظ على مستوى الجهد عند 13.5 فولت. تحافظ هذه المرحلة على شحن البطارية بالكامل. إذا كان جهد البطارية أقل من 13.2 فولت لمدة 10 دقائق.

سوف تتكرر دورة الشحن.

الخطوة 9: التحكم في الحمل

لتوصيل وفصل الحمل تلقائيًا عن طريق مراقبة الغسق / الفجر وجهد البطارية ، يتم استخدام التحكم في الحمل.

الغرض الأساسي من التحكم في الحمل هو فصل الحمولة عن البطارية لحمايتها من التفريغ العميق. قد يؤدي التفريغ العميق إلى تلف البطارية.

تم تصميم محطة تحميل التيار المباشر من أجل تحميل تيار مستمر منخفض الطاقة مثل إنارة الشوارع.

يتم استخدام اللوحة الكهروضوئية نفسها كمستشعر للضوء.

بافتراض أن جهد الألواح الشمسية أكبر من 5 فولت يعني الفجر وعند الغسق <5 فولت.

حالة التشغيل: في المساء ، عندما ينخفض مستوى الجهد الكهروضوئي عن 5 فولت ويكون جهد البطارية أعلى من إعداد LVD ، ستقوم وحدة التحكم بتشغيل الحمل وسيتوهج المصباح الأخضر.

حالة إيقاف التشغيل: سيتم قطع الحمولة في الحالتين التاليتين.

1. في الصباح عندما يكون الجهد الكهروضوئي أكبر من 5 فولت ،

2 عندما يكون جهد البطارية أقل من إعداد LVD ، يشير مؤشر التشغيل الأحمر للحمل إلى أن الحمل قد تم قطعه.

يشار إلى LVD بفصل الجهد المنخفض

الخطوة العاشرة: القوة والطاقة

الطاقة: الطاقة هي نتاج الجهد (فولت) والتيار (أمبير)

P = VxI وحدة الطاقة هي Watt أو KW

الطاقة: الطاقة هي نتاج الطاقة (واط) والوقت (ساعة)

E = Pxt وحدة الطاقة هي واط / ساعة أو كيلوواط / ساعة (kWh)

لمراقبة الطاقة والطاقة أعلاه ، يتم تنفيذ المنطق في البرنامج ويتم عرض المعلمات في شاشة LCD مقاس 20 × 4 حرف.

رصيد الصورة: imgoat

الخطوة 11: الحماية

1. عكس القطبية وعكس الحماية الحالية للوحة الطاقة الشمسية

للقطبية العكسية وحماية تدفق التيار العكسي ، يتم استخدام صمام ثنائي شوتكي (MBR2045).

2. الشحن الزائد وحماية التفريغ العميق

يتم تنفيذ حماية الشحن الزائد والتفريغ العميق بواسطة البرنامج.

3. ماس كهربائى وحماية الزائد

تتحقق حماية الدائرة القصيرة والحمل الزائد من خلال الصمامات F1.

4. حماية الجهد الزائد في مدخلات الألواح الشمسية

تحدث فرط الجهد الزائد المؤقت في أنظمة الطاقة لعدة أسباب ، ولكن البرق يسبب أخطر جهد زائد. هذا صحيح بشكل خاص مع الأنظمة الكهروضوئية بسبب المواقع المكشوفة وكابلات توصيل النظام. في هذا التصميم الجديد ، استخدمت الصمام الثنائي TVS ثنائي الاتجاه بقدرة 600 وات (P6KE36CA) لقمع البرق والجهد الزائد في المحطات الكهروضوئية.

رصيد الصورة: freeimages

الخطوة 12: مؤشرات LED

1. الصمام الشمسي: LED1 يستخدم الصمام الثنائي اللون (أحمر / أخضر) للإشارة إلى حالة الطاقة الشمسية ، أي الغسق أو الفجر.

الصمام الشمسي ------------------- حالة الطاقة الشمسية

اليوم الأخضر

ليل احمر

2. حالة شحن البطارية (SOC) LED: LED2

إحدى المعلمات المهمة التي تحدد محتوى الطاقة في البطارية هي حالة الشحن (SOC). تشير هذه المعلمة إلى مقدار الشحن المتاح في البطارية. يستخدم RGB LED للإشارة إلى حالة شحن البطارية. للاتصال يشير إلى التخطيطي أعلاه.

LED البطارية ---------- حالة البطارية

أحمر ------------------ الجهد منخفض

أخضر ------------------ الجهد صحي

أزرق ------------------ مشحون بالكامل

2. تحميل LED: LED3

يُستخدم مصباح LED ثنائي اللون (أحمر / أخضر) لبيان حالة الحمل. الرجوع إلى التخطيطي أعلاه للاتصال.

تحميل LED ------------------- حالة التحميل

أخضر ----------------------- متصل (تشغيل)

RED ------------------------- غير متصل (OFF)

الخطوة 13: شاشة LCD

يتم استخدام شاشة LCD 20X4 char لمراقبة الألواح الشمسية والبطارية ومعلمات الحمل.

من أجل البساطة ، تم اختيار شاشة I2C LCD لهذا المشروع. يحتاج فقط إلى 4 أسلاك للتفاعل مع Arduino.

الاتصال أدناه:

اردوينو ال سي دي

VCC 5V ،

GNDGND ،

SDAA4 ،

SCLA5

الصف الأول: جهد الألواح الشمسية ، التيار والطاقة

الصف 2: جهد البطارية ودرجة الحرارة وحالة الشاحن (الشحن / عدم الشحن)

الصف 3: الحمل الحالي والطاقة وحالة الحمل

الصف 4: إدخال الطاقة من الألواح الشمسية والطاقة التي يستهلكها الحمل.

يجب عليك تنزيل المكتبة من LiquidCrystal_I2C.

الخطوة 14: النماذج الأولية والاختبار

1. اللوح:

أولاً ، لقد صنعت الدائرة على لوحة توصيل. الميزة الرئيسية للوح غير الملحوم أنه غير ملحوم. وبالتالي يمكنك بسهولة تغيير التصميم بمجرد فصل المكونات والخيوط حسب حاجتك.

2. مجلس مثقوب:

بعد إجراء اختبار اللوح ، قمت بعمل الدائرة على لوحة مثقبة. لجعلها تتبع التعليمات أدناه

1) أدخل أولاً جميع الأجزاء في فتحة اللوحة المثقبة.

ب) قم بتلحيم جميع وسادات المكونات وتقليم الأرجل الإضافية بواسطة القراص.

ج) قم بتوصيل وسادات اللحام باستخدام الأسلاك حسب التخطيطي.

4) استخدم المواجهة لعزل الدائرة عن الأرض.

دائرة اللوحة المثقبة قوية حقًا ويمكن نشرها في المشروع بشكل دائم. بعد اختبار النموذج الأولي ، إذا كان كل شيء يعمل بشكل مثالي ، فيمكننا الانتقال إلى تصميم ثنائي الفينيل متعدد الكلور النهائي.

الخطوة 15: تصميم ثنائي الفينيل متعدد الكلور

لقد رسمت التخطيطي باستخدام برنامج EasyEDA عبر الإنترنت بعد أن تحولت إلى تخطيط ثنائي الفينيل متعدد الكلور.

يجب أن تكون جميع المكونات التي أضفتها في المخطط موجودة ، ومكدسة فوق بعضها البعض ، وجاهزة لوضعها وتوجيهها. اسحب المكونات عن طريق الإمساك بوساداتها. ثم ضعه داخل خط الحدود المستطيل.

رتب جميع المكونات بحيث تشغل اللوحة مساحة صغيرة. أصغر حجم اللوحة ، سيكون أرخص تكلفة تصنيع ثنائي الفينيل متعدد الكلور. سيكون مفيدًا إذا كانت هذه اللوحة بها بعض الثقوب المتصاعدة بحيث يمكن تثبيتها في حاوية.

الآن عليك أن تسلك الطريق. التوجيه هو الجزء الأكثر متعة في هذه العملية برمتها. إنه مثل حل اللغز! باستخدام أداة التتبع ، نحتاج إلى توصيل جميع المكونات. يمكنك استخدام الطبقة العلوية والسفلية لتجنب التداخل بين مسارين مختلفين وجعل المسارات أقصر.

يمكنك استخدام طبقة الحرير لإضافة نص إلى اللوحة. أيضًا ، يمكننا إدخال ملف صورة ، لذلك أقوم بإضافة صورة لشعار موقع الويب الخاص بي ليتم طباعته على السبورة. في النهاية ، باستخدام أداة المنطقة النحاسية ، نحتاج إلى إنشاء منطقة أرضية لثنائي الفينيل متعدد الكلور.

الآن PCB جاهز للتصنيع.

الخطوة 16: قم بتنزيل ملفات جربر

بعد إنشاء ثنائي الفينيل متعدد الكلور ، يتعين علينا إنشاء الملفات التي يمكن إرسالها إلى شركة تصنيع ثنائي الفينيل متعدد الكلور والتي ستعيدنا في الوقت المناسب بعضًا من ثنائي الفينيل متعدد الكلور حقيقي.

في EasyEDA ، يمكنك إخراج ملفات التصنيع (ملف Gerber) عبر Document> Generate Gerber ، أو بالنقر فوق الزر Generate Gerber من شريط الأدوات. ملف جربر الذي تم إنشاؤه عبارة عن حزمة مضغوطة. بعد فك الضغط يمكنك مشاهدة الملفات الثمانية التالية:

1. النحاس السفلي: gbl

2. قمة النحاس:.gtl

3. أقنعة اللحام السفلي: gbs

4. أعلى أقنعة اللحام:.gts

5. أسفل الشاشة الحريرية:. gbo

6. أعلى الشاشة الحريرية:.gto

7. الحفر:.drl

8. المخطط التفصيلي:

يمكنك تنزيل ملفات Gerber من PCBWay

عندما تقدم طلبًا من PCBWay ، سأحصل على تبرع بنسبة 10 ٪ من PCBWay لمساهمة في عملي. قد تشجعني مساعدتك الصغيرة على القيام بمزيد من العمل الرائع في المستقبل. شكرا لتعاونكم.

الخطوة 17: تصنيع ثنائي الفينيل متعدد الكلور

حان الوقت الآن لاكتشاف مُصنِّع ثنائي الفينيل متعدد الكلور يمكنه تحويل ملفات جربر إلى ثنائي الفينيل متعدد الكلور حقيقي. لقد أرسلت ملفات جربر الخاصة بي إلى JLCPCB لتصنيع ثنائي الفينيل متعدد الكلور. خدمتهم جيدة للغاية. لقد استلمت ثنائي الفينيل متعدد الكلور في الهند خلال 10 أيام.

تم إرفاق قائمة المواد الخاصة بالمشروع أدناه.

الخطوة 18: لحام المكونات

بعد استلام اللوحة من منزل PCB fab ، يجب عليك لحام المكونات.

بالنسبة للحام ، ستحتاج إلى مكواة لحام مناسبة ، أو لحام ، أو قراص ، أو فتائل إزالة اللحام أو مضخة ومقياس متعدد.

من الممارسات الجيدة لحام المكونات وفقًا لارتفاعها. جندى المكونات الأقل ارتفاعًا أولاً.

يمكنك اتباع الخطوات التالية لحام المكونات:

1. ادفع أرجل المكونات من خلال فتحاتها ، وأدر لوحة الدوائر المطبوعة على ظهرها.

2. امسك طرف مكواة اللحام عند تقاطع الوسادة وساق المكون.

3. قم بتغذية اللحام في المفصل بحيث يتدفق حول السلك ويغطي الوسادة. بمجرد أن يتدفق في كل مكان ، حرك الطرف بعيدًا.

4. تقليم الساقين الزائدة باستخدام القراص.

اتبع القواعد المذكورة أعلاه لحام جميع المكونات.

الخطوة 19: تركيب مستشعر التيار ACS712

يحتوي مستشعر التيار ACS712 الذي تلقيته على طرف لولبي ملحوم مسبقًا للتوصيل. لتلحيم الوحدة مباشرة على لوحة PCB ، يجب عليك إزالة طرف المسمار أولاً.

أقوم بفك طرف المسمار بمساعدة مضخة إزالة اللحام كما هو موضح أعلاه.

ثم أقوم بلحام وحدة ACS712 رأسًا على عقب.

لتوصيل طرفي Ip + و Ip بـ PCB ، استخدمت أرجل الصمام الثنائي الطرفية.

الخطوة 20: إضافة محول باك

لتلحيم وحدة محول باك ، يجب عليك تحضير 4 دبابيس رأسية مستقيمة كما هو موضح أعلاه.

قم بلحام دبابيس الرأس الأربعة في X1 ، 2 للإخراج والاثنان المتبقيان مخصصان للمدخلات.

الخطوة 21: إضافة Arduino Nano

عندما تشتري الرؤوس المستقيمة ، ستكون طويلة جدًا بالنسبة إلى Arduino Nano. سوف تحتاج إلى تقليمهم إلى الطول المناسب. هذا يعني 15 دبوسًا لكل منهما.

أفضل طريقة لقص قطع الرأس الأنثوية هي عد 15 سنًا ، وسحب الدبوس السادس عشر ، ثم استخدام القراص لقطع الفجوة بين الدبوس الخامس عشر والسابع عشر.

الآن نحن بحاجة إلى تثبيت الرؤوس الأنثوية على ثنائي الفينيل متعدد الكلور. خذ رؤوسك الأنثوية وضعها على رؤوس الذكور على لوحة Arduino Nano.

ثم قم بتوصيل دبابيس الرأس الأنثوية بوحدة التحكم في الشحن PCB.

الخطوة 22: تحضير MOSFETs

قبل لحام MOSFETs Q1 Q2 والصمام الثنائي D1 على PCB ، من الأفضل إرفاق مبددات الحرارة بهم أولاً. تستخدم المشتتات الحرارية لنقل الحرارة بعيدًا عن الجهاز من أجل الحفاظ على درجة حرارة أقل للجهاز.

ضع طبقة من مركب المشتت الحراري فوق لوحة القاعدة المعدنية MOSFET. ثم ضع الوسادة الموصلة حراريًا بين MOSFET والمشتت الحراري وشد المسمار. يمكنك قراءة هذا المقال حول سبب أهمية المشتت الحراري.

أخيرًا ، قم بتثبيتها على جهاز التحكم في الشحن ثنائي الفينيل متعدد الكلور.

الخطوة 23: تصاعد المواجهات

بعد لحام جميع الأجزاء ، قم بتركيب المواجهات في 4 زوايا. لقد استخدمت M3 Brass Hex Standoffs.

سيوفر استخدام المواجهات خلوصًا كافيًا لمفاصل وأسلاك اللحام من الأرض.

الخطوة 24: البرامج والمكتبات

أولاً ، قم بتنزيل كود Arduino المرفق. ثم قم بتنزيل المكتبات التالية وتثبيتها.

1. سلك واحد

2. دالاس درجة الحرارة

3. LiquidCrystal_I2C

4. مكتبة PID

يتم تقسيم الكود بأكمله إلى كتلة وظيفية صغيرة من أجل المرونة. لنفترض أن المستخدم غير مهتم باستخدام شاشة LCD وأنه سعيد بمؤشر LED. ثم قم فقط بتعطيل lcd_display () من الحلقة الفارغة (). هذا كل شئ. وبالمثل ، وفقًا لمتطلبات المستخدم ، يمكنه تمكين الوظائف المختلفة وتعطيلها.

بعد تثبيت جميع المكتبات المذكورة أعلاه ، قم بتحميل كود Arduino.

ملاحظة: أنا الآن أعمل على البرنامج لتنفيذ خوارزمية شحن أفضل. يرجى البقاء على اتصال للحصول على أحدث إصدار.

التحديث بتاريخ 02.04.2020

تم تحميل برنامج جديد مع خوارزمية شحن محسّنة وتنفيذ وحدة تحكم PID فيه.

الخطوة 25: الاختبار النهائي

قم بتوصيل أطراف بطارية وحدة التحكم في الشحن (BAT) ببطارية 12 فولت. تأكد من صحة القطبية. بعد التوصيل ، سيبدأ مصباح LED و LCD في العمل على الفور. ستلاحظ أيضًا جهد البطارية ودرجة الحرارة على الصف الثاني من شاشة LCD.

ثم قم بتوصيل لوحة للطاقة الشمسية بالمحطة الشمسية (SOL) ، يمكنك رؤية الجهد والتيار والطاقة الشمسية على الصف الأول من شاشة LCD. لقد استخدمت مصدر طاقة معمل لمحاكاة الألواح الشمسية. لقد استخدمت عدادات الطاقة الخاصة بي لمقارنة قيم الجهد والتيار والطاقة مع شاشة LCD.

يتم عرض إجراء الاختبار في هذا الفيديو التوضيحي

في المستقبل ، سأصمم حاوية مطبوعة ثلاثية الأبعاد لهذا المشروع. أبق على اتصال.

هذا المشروع هو إدخال في مسابقة PCB ، يرجى التصويت لي. تصويتاتك هي مصدر إلهام حقيقي بالنسبة لي للقيام بمزيد من العمل الجاد لكتابة المزيد من المشاريع المفيدة مثل هذا.

شكرًا على قراءة Instructable الخاص بي. إذا كنت تحب مشروعي ، فلا تنس مشاركته.

التعليقات وردود الفعل هي دائما موضع ترحيب.

الوصيف في تحدي تصميم ثنائي الفينيل متعدد الكلور