Kleurrijke Solar Garden Jar Light - Ajarnpa

2024 Auteur: John Day | [email protected]. Laatst gewijzigd: 2024-01-30 11:17

De eenvoudigste manier om een lamp op zonne-energie te maken, is door een van die goedkope tuinlampen op zonne-energie te demonteren en in een glazen pot te bevestigen. Als ingenieur wilde ik iets geavanceerders. Die witte lichten zijn saai, dus besloot ik mijn eigen ontwerp te draaien op basis van een Arduino, RGB-leds en een sensor, zodat de kleur kan worden veranderd door simpelweg het licht te kantelen.

De zonnecel laadt de lithiumbatterij op en dient tevens als lichtsensor om het licht automatisch aan te doen als het donker wordt. Ik heb veel zorg besteed aan het ontwerp om het stroomverbruik te verminderen wanneer het licht uit is en alle geoogste energie kan worden gebruikt om uw tuin te verlichten. Meer details over het ontwerpproces zijn te vinden op mijn blog: BashtelorOfScience.

Stap 1: Onderdelen

Deze componenten heb je nodig:

• 1x glazen pot (ik haal ze bij IKEA)
• 1x SolarGardenJarLight-printplaat
• 1x TP4054 laadregelaar (IC1)
• 2x weerstand, 1M, 0805 (R4, R6)
• 2x weerstand, 10M, 0805 (R3, R5)
• 3x weerstand, 10k, 0805 (R1, R2, R7)
• 4x condensator, 1uF, 0805 (C1, C2, C3, C4)
• 1x LED, 0805, Groen (LED1)
• 1x AO3401 MOSFET, P-kanaal, SOT23 (Q1)
• 1x WS2812 ledstrip gesneden tot 3 leds (100 leds per meter)
• 1x ADXL345 versnellingsmetermodule
• 1x Lithium Batterij, 500mAh, niet groter dan 40x40mm
• 1x Zonnepaneel, 5V of 5.5V, 45x45mm of 60x60mm

• 1x Arduino Pro Mini (ATmega328P of ATmega168P, 5V/16MHz-versie)

Alle componenten zijn verkrijgbaar op aliexpress door verschillende leveranciers. Ik heb de print ter beschikking gesteld op dirtyPCB's: hij is te bestellen in zwart of wit (je krijgt 10 printjes). De prijs per lantaarn bij het bestellen van onderdelen voor 10 stuks is ongeveer $ 12.

Stap 2: Bereid de Arduino voor op laag vermogen

De Arduino Pro Mini trekt veel ruststroom omdat er een power-LED op zit die altijd aan is en de spanningsregelaar is ook een energieverslindend beest als we het hebben over lage stroomsterkte in de volgorde van microampères. U moet deze twee componenten verwijderen. Er zijn verschillende versies van Arduino-klonen die er zijn. Op de foto hierboven heb ik de LED en de spanningsregelaar gemarkeerd in de meest voorkomende uitvoeringen.

Gebruik voor het verwijderen van de componenten een soldeerbout en doe veel soldeer op de componenten en verwarm ze goed. Maak de pads daarna eventueel schoon met een soldeerlont. Het is ook mogelijk om de componenten bruut te verwijderen met een zijsnijder of een mes. Pas op dat u de printplaat niet beschadigt.

Dit is ook een goed moment om de schets te uploaden. Ik gebruik versie 1.8.4 van de Arduino IDE, maar het zou ook in latere of oudere versies moeten werken. De Arduino Pro Mini heeft geen USB aan boord dus je moet een externe USB naar UART converter gebruiken. Koop er een van je favoriete Arduino-leverancier of je kunt ze vinden voor minder dan $ 2 op AliExpress. Er zijn verschillende tutorials online over het programmeren van de Pro Mini. Houd er rekening mee dat de Arduno-klonen niet altijd dezelfde pinvolgorde gebruiken, dus controleer uw bedrading voordat u deze aansluit. Zorg er ook voor dat u het juiste bord (Arduino Pro Mini) en de juiste processor hebt geselecteerd in het Arduino IDE Tools-menu (ATmega328P of ATmega168P, 5V, 16MHz).

Stap 3: Solderen van de SMD-componenten

Gebruik de lay-outafbeelding hierboven om alle componenten op de juiste plek te plaatsen. De componentaanduidingen staan in de onderdelenlijst in stap 1.

Als u het schema of de lay-out nodig heeft, kunt u hier de Eagle-ontwerpbestanden downloaden.

Sommige componenten zijn vrij klein en kunnen moeilijk te solderen zijn voor een rookie. Ik gebruik een spuitje met een klein mondje om soldeerpasta op de pads aan te brengen en reflow-soldeer de componenten dan met mijn zelfgemaakte soldeerplaat, maar je kunt het natuurlijk ook doen met een soldeerbout en 0,8 mm (of dunner) soldeerdraad.

Gebruik na het solderen van alle componenten een vergrootglas om uw werk te inspecteren en controleer op kortsluitingen, vooral op de laadregelaar.

Stap 4: Soldeer de Arduino

Om te communiceren met de accelerometer met het I2C-communicatieprotocol moeten we pinnen A4 en A5 van de arduino verbinden met de PCB. Deze pinnen zitten meestal naast de processor (zie foto in stap 2) maar bij sommige klonen zitten ze aan de rand en ook niet altijd op dezelfde plek. Het PCB-ontwerp werkt met alle verschillende versies: voor de standaardversie met de pinnen naast de processor voegt u de pinheader toe zoals hierboven weergegeven.

Voor de andere versies kun je een stukje draad gebruiken om de A4- en A5-pinnen aan te sluiten op de pads op de print. Knip de draden na het solderen op lengte.

Sommige arduino's worden geleverd met de pin-headers gesoldeerd, sommige zonder. Ik vond dat het het gemakkelijkst is om de headers eerst aan de tuinpotlicht-pcb te solderen en vervolgens de Arduino toe te voegen. Zorg ervoor dat de headers er recht in zijn gesoldeerd, anders wordt het moeilijk om de pinnen in de pads te plaatsen.

Stap 5: Afwerking van de PCB

Bij het solderen van de ADXL345 accelerometer module is het belangrijk dat deze parallel loopt aan de print. De beste manier om dit te garanderen is door de module direct op de printplaat te plaatsen en de pin-header van onderaf in te steken, zoals weergegeven op de foto's. Voeg soldeer toe vanaf de bovenkant en na het snijden van de kop aan de onderkant, voeg daar ook soldeer toe.

Snijd alle pinnen aan de onderkant af met een zijsnijder en plak dan wat plakband op alle pinnen om te voorkomen dat de scherpe pinnen in de batterij terechtkomen en kortsluiting veroorzaken.

De laatste stap is het toevoegen van de ledstrip. Zorg ervoor dat de polariteit van de pads correct is en let op de richting van de datapin: zorg dat de pijlen op de ledstrip overeenkomen met de pijlen op de print.

Stap 6: Zonnepaneel en batterij

Gebruik ongeveer 5 cm lange kabels om het zonnepaneel aan te sluiten op de twee pads gemarkeerd met 'solar' en let op de plus- en mintekens.

Het laatste dat moet worden gesoldeerd, is de batterij. Let hier extra op: lithiumbatterijen hebben veel vermogen en kunnen je printje in rook doen opgaan als je per ongeluk wat sporen kortsluit. Als die er nog niet is, plak dan wat tape op de positieve draad van de batterij om onbedoelde kortsluiting te voorkomen. Soldeer eerst de zwarte minkabel omdat deze moeilijker te solderen is. Verwijder de beschermende tape van de rode draad en soldeer deze. Je ziet de LED op het Arduino-bord kort knipperen als je de batterij aansluit.

Als je de schets al naar de Arduino hebt geüpload, kun je nu het licht inschakelen door herhaaldelijk met een vingernagel op de print te tikken. Als het niet werkt, moet u beginnen met debuggen met behulp van een multimeter. Controleer eerst de spanning van de accu. Als er geen stroom is, bevindt deze zich mogelijk in de beveiligingsmodus. Schijn wat fel licht op het zonnepaneel om de batterij uit deze modus te halen. Als dit niet helpt en er is nog steeds geen stroom, koppel dan de batterij los en controleer je printplaat op kortsluiting of open circuits met behulp van het schema totdat je de fout hebt gevonden.

Stap 7: Maak het licht af

Nadat de schakeling met succes is getest, bevestigt u de batterij met lijm of dubbelzijdig plakband aan de onderkant van de printplaat. Gebruik geen lijm op waterbasis zoals witte lijm, omdat deze geleidend is tot deze droog is. Het beste wat je kunt gebruiken is siliconen.

Bevestig het zonnepaneel bovenop de batterij en gebruik ook lijm of dubbelzijdig plakband om een mooi klein elektronica-sandwich te vormen. Stop de kabels weg en maak ze vast met wat meer lijm en laat alles drogen. Test of het nog werkt voordat je het in de pot monteert.

Stap 8: Monteer de Jar

Pak je glazen pot en zorg ervoor dat het zonnepaneel in het deksel past. Je kunt in principe elke pot gebruiken die je wilt, zolang deze aan de bovenkant transparant en waterdicht is.

De voorkeurslijm is siliconen omdat het gemakkelijk bestand is tegen de hoge en lage temperaturen buiten. Hoe transparanter hoe beter, maar de iets melkachtige werkt prima, gebruik alleen geen witte of grijze siliconen. Je kunt ook epoxy gebruiken, maar deze kan barsten onder thermische belasting.

Doe wat siliconen op het glas en druk dan het lampje op de lijm met het zonnepaneel natuurlijk naar het glas gericht. Zorg ervoor dat het er van buiten mooi uitziet, verwijder, maak schoon, herhaal als je het verknoeid hebt en laat het drogen.

Zet de pot op een zonnige plek. Het duurt 2-3 dagen zonlicht om de batterij volledig op te laden en zelfs langer als deze in de schaduw wordt geplaatst. Als het lampje rood begint te knipperen, betekent dit dat de batterij leeg is en meer licht nodig heeft om op te laden. Als u de lamp lange tijd (d.w.z. enkele weken) op een donkere plaats zet, kan de batterij leeg raken en moet deze worden vervangen, dus zorg ervoor dat deze voldoende licht krijgt en jaren meegaat.

Stap 9: Gebruikershandleiding

Op

Het licht wordt automatisch ingeschakeld bij zonsopgang als het gedurende enkele minuten weinig licht detecteert en de batterij voldoende energie heeft opgeslagen. Om het licht handmatig in te schakelen, tikt u een paar keer op de bovenkant of schudt u de pot krachtig.

Uit

Bij handmatig inschakelen schakelt het licht na ongeveer drie uur automatisch uit. Bij automatisch inschakelen loopt hij tot de batterij ongeveer half leeg is (je kunt hem dus nog steeds handmatig aanzetten). Om het onmiddellijk uit te schakelen, draait u het ondersteboven.

Verander kleur

Om de kleur te veranderen, kantelt u eenvoudig het licht. Het heeft drie modi van kleurverandering:

1. Helderheid wijzigen
2. Verander de kleur
3. Kleurverzadiging wijzigen

Tik eenmaal op het deksel om tussen deze modi te schakelen. Hoe meer je kantelt, hoe sneller het verandert.

Kaarsmodus

Dubbeltik op het deksel om te wisselen tussen constant licht en flikkerende kaarsmodus. De verzadiging en helderheid worden teruggezet naar de standaard (maximale) niveaus bij het overschakelen van kaars naar stabiele modus.