در این آموزش با دور شدن از روش‌های متعارف تغذیه آردوینو، مانند استفاده از کابل برق، USB یا باتری روش جدیدی را امتحان خواهیم کرد. ما با یک منبع انرژی تجدیدپذیر که روز به روز محبوب‌تر می‌شود یعنی انرژی خورشیدی این آزمایش را انجام خواهیم داد.
همان طور که همه چیز را در کنار هم قرار می‌دهیم، متوجه خواهیم شد که آردوینو به چه تعداد پنل خورشیدی احتیاج دارد و همچنین چگونه می‌توانیم از یک منبع انرژی کاربردی در طول یک زمان استفاده کنیم. با ما همراه باشید تا از آردوینو به شیوه‌ای سازگار با محیط زیست استفاده کنیم، مانند مواقعی که نمی‌توانیم رایانه‌های شخصی خود را در حال کار نگه داریم یا مواقعی که از پریز برق دور هستیم.
قطعات مورد نیاز
- آردوینو (Arduino Pro Mini)
- برد بورد
- کیت خورشیدی قابل حمل 300mw
- تنظیم کننده ولتاژ (LDO3 خروجی: ۳.۳ ولت)
- خازن الکترولیتی 33μF –100μF 16V–35V
- خازن سرامیکی 1μF 50V
- LED
- مقاومت (۲۲۰ اهم)
ولتاژ عملیاتی آردوینو و ولتاژ پنل خورشیدی
Arduino Pro Mini که امروز با آن کار می‌کنیم، در ۳.۳ ولت عمل می‌کند، بنابراین به یک منبع تغذیه پایدار ۳.۳ ولت از پنل خورشیدی نیاز دارد. مشخصات پنل خورشیدی ما به شرح زیر است.
- حداکثر توان (300Mw :(Pmax
- ولتاژ مدار باز (5.7V :(OCV
- ولتاژ نقطه حداکثر توان (Vmpp): 4.5V
- جریان اتصال کوتاه 74mA :(Isc)
- جریان نقطه حداکثر توان (Impp): 65mA
Pmax (300Mw) = Vmpp (4.5V) * Impp (65mA)
بنابراین ولتاژ پنل خورشیدی (حداکثر ۴.۵ ولت) کمی بالاتر از ۳.۳ ولت آردوینو است.
تغذیه آردوینو با این سرعت بالا ممکن است به آردوینو آسیب برساند، بنابراین باید خروجی خود را تنظیم کنیم.
تصاویر زیر قرائت ولتاژ از پنل خورشیدی در یک روز آفتابی (Vmpp از ۴.۵ ولت مشاهده شد) و از نورپردازی داخلی (تقریباً ۲.۵ ولت) را نشان می‌دهد. اگر هوا خوب باشد با مشکل مواجه نخواهیم شد، این خوانش‌ها همچنین بدان معنی است که ما نمی‌توانیم ۳.۳ ولت مورد نیاز برای تأمین انرژی آردوینو را به تنهایی از نور خالص داخلی هنگام استفاده از یک پنل خورشیدی به دست آوریم. سیم‌کشی دو صفحه خورشیدی به صورت سری، خوانشی از ۹ – ۸.۸ ولت را به ما داده است، بنابراین توصیه می‌کنیم در صورت بد بودن هوا از دو پنل خورشیدی استفاده کنید. سیم‌کشی پنل‌های خورشیدی شما به طور موازی، همان ولتاژ را به شما می‌دهد، اما جریان بالاتری خواهید داشت. (باتری‌ها این گونه کار می‌کنند)
روشن کردن یک LED با پنل خورشیدی، قبل از اتصال آن به آردوینو
قبل از سیم‌کشی پنل خورشیدی به آردوینو، ابتدا باید یک تست آزمایشی را با استفاده از یک LED انجام دهیم. ما از یک LED سبز با ولتاژ فوروارد ۲ ولت استفاده کردیم، به این معنی که LED باید تا زمانی که پنل خورشیدی ما حداقل ۲ ولت تولید می‌کند، روشن بماند. مقدار آزمایش روشنایی داخلی ما در ابتدا حدود ۲.۵ ولت بود، بنابراین با اتصال این دو LED روشن شد و حرکت پنل به فاصله نزدیک‌تر یا دورتر از منبع نور باعث تغییر درخشندگی LED شد.
اکنون که مطمئن هستیم پنل خورشیدی نیرو تولید می‌کند، می‌توانیم آن را به آردوینو متصل کنیم.
تأمین توان لازم برای آردوینو و نحوه استفاده از رگولاتور ولتاژ ۳ پایه
از آنجا که مقدار نوری که پنل خورشیدی از خورشید می‌گیرد میزان ولتاژ آن را تعیین می‌کند، برای تهیه یک ۳.۳ ولت ثابت برای آردوینو، باید از یک رگولاتور ولتاژ ۳ پایه استفاده کنیم. نام «رگولاتور ولتاژ ۳ پایه» ممکن است کمی دهان پر کن باشد، اما فقط یک قطعه ساده برای تبدیل هر ورودی ولتاژ به یک ولتاژ ثابت از پیش تعیین شده است و مناسب برای چنین مواردی است که ما قادر به ارائه ولتاژ ثابت نیستیم.
با خواندن رگولاتور ولتاژ ۳ پینی که آماده کرده‌ایم (ROHM LDO regulator – BA33DD0T) نشان می‌دهد که یک رگولاتور با افت ولتاژ کم است، به این معنی که حتی اگر ولتاژ ورودی فقط بین ۳ تا ۴ ولت باشد همچنان کار خواهد کرد. همچنین از ولتاژهای ورودی تا ۲۵ ولت پشتیبانی می‌کند، به این معنی که می‌توانید از آن برای پروژه‌هایی که به بیش از ۵ پنل خورشیدی به صورت سری نیاز دارند نیز استفاده کنید. (4.5V * 5 = 22.5V) استفاده از رگولاتور ولتاژ ۳ پینی ساده است. دارای سه پین برای IN ،GND ،OUT است، بنابراین تمام کاری که شما باید انجام دهید این است که پین + پنل خورشیدی را به IN و Arduino Vcc را به OUT بزنید تا بتوانید از پنل خورشیدی نیرو را بگیرید و بعد از عبور از تنظیم کننده با نرخ ثابت به آردوینو داده شود.
با این حال، نکته‌ای که شما باید هنگام استفاده از تنظیم کننده ولتاژ به خاطر داشته باشید این است که هنگام استفاده از یک خروجی ولتاژ «نوسان می‌کند». برای جلوگیری از این امر، باید یک خازن نیز وارد کنیم. بسیاری از تنظیم‌کننده‌های ولتاژ که در فروشگاه‌های قطعات خریداری شده‌اند، دارای خازن هستند. می‌توانید تنظیمات مورد نیاز مدار را در شکل ۱۰ مشاهده کنید. خازن از نوسان جلوگیری می‌کند و به شما امکان می‌دهد از پین OUT یک خروجی پایدار دریافت کنید.
با انجام این مرحله، ما آماده‌ی استفاده از آردوینو هستیم.
اتصال آردوینو
حالا که می‌دانیم رگولاتور ولتاژ ۳ پین چگونه کار می‌کند، می‌توانیم آن را به آردوینو وصل کنیم. مدار زیر را مشاهده کنید. برای اجرای آزمون از نمونه برنامه‌های آردوینو مانند Blink استفاده می‌کنیم. توجه کنید که تنظیمات داخلی درست کار نمی‌کند مگر اینکه نزدیک به یک لامپ باشد. این باعث می‌شود شما در مورد میزان شدت نور خورشید فکر کنید.
خلاصه
در این آموزش از پنل خورشیدی برای تغذیه آردوینو با حداقل قطعات استفاده کردیم. در آینده کمی بیشتر به انرژی خورشیدی خواهیم پرداخت و متوجه خواهیم شد که چگونه می‌توانیم باتری را شارژ کنیم تا از آن به عنوان منبع مکمل انرژی برای تأمین انرژی آردوینو در هنگام گرفتگی آفتاب توسط ابرها به طور موقت استفاده کنیم. با داشتن یک باتری در هر زمان، می‌توانیم از آن برای تأمین انرژی آردوینو حتی در شب، استفاده کنیم.
منبع: میکرودیزاینرالکترونیک
