XOD менен иштөөчү кайра заряддалуучу күн лампасы: 9 кадам (сүрөттөр менен)

2024 Автор: John Day | [email protected]. Акыркы өзгөртүү: 2024-01-30 10:42

Көпчүлүк үй буюмдары менен жабдуу дүкөндөрүндө арзан күн бакчасы/басуучу лампалары бар. Бирок эски айткандай, көбүнчө төлөгөнүңдү аласың. Алар колдонгон кадимки кубаттоо жана жарык берүү схемалары жөнөкөй жана арзан, бирок сиз алган жарыктын таасири башкача эмес (жана сиздин өтмөктү колдонуп жаткан кишилердин кайда баратканын көрүүгө араң жетет!)

Бул менин салыштырмалуу түрдө арзаныраак болуп турганда, бир кыйла жакшыртылган тармактан тышкары жарык модулун иштеп чыгуу аракетим. Ага бир аз "мээ" берүү менен. XOD.io - бул Arduino камтылган өнүктүрүү платформасына шайкеш келген жаңы IDE, анда сиз графикалык түрдө кодду "жаза аласыз". Айлана -чөйрө сиздин графикалык эскизиңизди заманбап C ++ форматына которот, ал компакт -кодду түзүүдө абдан эффективдүү жана мындан ары тышкы көз карандылыкты талап кылбастан Arduino IDE фондусуна толук шайкеш келген булакты түзөт. Ошентип, татаал милдеттерди аткаруу үчүн программасы жана маалыматтарды сактоо ресурстары чектелген кичинекей, арзан микроконтроллерлерди колдонсо болот.

Бул долбоор чырактын кубаттуулук талаптарын башкаруу үчүн кантип Arduino менен шайкеш келген ATTiny85 микроконтроллеринин кантип колдонуларын көрсөтөт. Биринчи процессор тышкы жабдуулардан айлана-чөйрөнүн маалыматын иштетет, экинчиси күндүз күндүн эң көп энергиясын чогултууга аракет кылат, андан кийин сактоо батареясы түн ичинде бошогондо жогорку кубаттуулуктагы LEDдин жарыгын көзөмөлдөйт. Экинчи процессор өз ишин "бүдөмүк логиканы" контролдоо аркылуу ишке ашырат. Эки чиптин программасы XOD чөйрөсүндө гана иштелип чыккан.

1 -кадам: Керектүү материалдар

Arduino IDE, акыркы версиясы, "Такта" менеджеринен ATTinyCore кеңейтүүсү орнотулган

Sparkfun USBTinyISP ATTiny программисти, 11801 же барабар Sparkfun продукт баракчасы

Pololu жөнгө салынуучу төмөн вольтту күчөткүч, өчүрүү киргизүү менен, U1V11A же ага барабар Pololu продукт бети

Муздаткыч, жалпы анод, Adafruit 2524 же ага барабар Adafruit продукт баракчасы бар жогорку кубаттуу ак же RGB LED

Microchip ATTiny85 8-пин DIP пакетте, 2 Mouser продукт баракчасы

8 пин DIP IC розеткасы, 2

Жапырт сактоо конденсатору, 16 в 220 uF

Чыгуу конденсатору, 6.3v 47uF

Учурдагы чектөөчү резисторлор, 50 Ом 1/4 Ватт

i2c тартма каршылыгы, 4.7k, 2

Панель чыңалуусун сезүүчү бөлүүчү резисторлор, 1/4 ватт, 100к, 470к

Учурдагы сезим каршылыгы, 10 ом 1⁄2 ватт 1% толеранттуулук

Айланып өтүүчү конденсаторлор, 0.1uF керамика, 2

2 3.7 v 100mAh литий-иондук кайра заряддалуучу батарея, PKCELL LP401 же эквиваленти

Панель үчүн баррель сайгычтын кирүүчү уячасы, 1

Мини терминал блоктору 3”x3” ширетүүчү такта, жана туташуу үчүн ичке катуу өзөктүү зым

Тестирлөө үчүн осциллограф, мультиметр жана отургуч электр менен камсыздоо дээрлик талап кылынат

2 -кадам: Айлана -чөйрөнү орнотуу

XOD чөйрөсү ATTiny сериясындагы процессорлорду колдобойт, бирок Arduino ааламындагы үчүнчү тараптын китепканаларын колдонуп, бул AVR сериясына колдоо көрсөтүү оңой. Биринчи кадам - "ATTinyCore" китепканасын Arduino IDEнин "Куралдар → Такта → Такта менеджери" ачылуучу менюсунан орнотуу. Камтылган сүрөттө көрсөтүлгөндөй орнотуулардын туура экенине ынангыла - кандайдыр бир кодду жүктөөдөн мурун, чыңалуудагы чыңалууну жана сааттын ылдамдыгын жөндөөчү фунтту өзгөртүү үчүн "Жүктөгүчтү күйгүзүү" басуу керек экенин унутпаңыз!

Бул китепкана үчүн булак коду жеткиликтүү:

Репозиторийдеги дагы бир пайдалуу китепкана-бул "FixedPoints", бул Arduino колдогон процессорлор үчүн туруктуу чекит математикасын компиляциялоо жолу менен ишке ашыруу. ATTinyде SRAM жана программанын эс тутуму чектелүү, ал AVRде 4 байтты талап кылган, калкып жүрүүчү чекиттин ордуна, жалпы маалымат сактоо үчүн 2 байт бүтүн санды колдонууга акыркы эскиздин өлчөмүн кыскартууга чоң жардам берет. Аткаруу ылдамдыгы дагы жакшыртылышы керек, анткени ATTinyде аппараттык көбөйтүү бирдиги жок, анча-мынча жабдыктардын калкып турган чекити жок!

Булак коду жеткиликтүү:

XOD графикалык эскиздерин кантип түзүү, которуу жана жайылтуу боюнча үйрөткүч: https://github.com/Pharap/FixedPointsArduino камтылган булак файлдары кантип түзүлгөнүн түшүнүүгө көп жардам берет.

3 -кадам: Дизайнды карап чыгуу

Бортто эки ATTiny85 процессору i2c интерфейси аркылуу туташкан жана күн панелинин чыңалуусун, панел жарык болуп турганда, батарейкага агып жаткан токту, батареянын чыңалуусун жана батареяны башкаруу үчүн чогуу иштөө үчүн колдонулат. температура.

Күчөткүч конвертер-бул Texas Instruments TPS6120 ICге негизделген дүкөндүн модулу, ал 0,5 вольттон төмөн кирүү чыңалуусун кабыл алат жана аны 2 вольттон 5 вольтко чейин көтөрөт. Сенсор өзөгү бир нече функционалдык блокторду камтыйт. Башкы саат күн панелинин кирүүсүнөн күчөткүчтөргө кубат колдонулаары менен иштей баштайт. Бул эскиздин аткарылышын баштайт жана эң биринчи нерсе, панель батареяга заряддоо токун берүү үчүн жетиштүү жарык болгонун аныктоо.

Күн панелинин чыңалуусу эки санарип чыпкадан өтөт, эгерде ал белгилүү бир чектен жогору болсо, система панель жарыктандырылганын аныктайт жана башкы саатты учурдагы туюк мониторго киргизет. Бул чиптин санариптик конвертеринин аналогу, дифференциалдуу түрдө конфигурацияланган, ал 10 Ом 1% чыдамкайлык каршылыгынын чыңалуусун тездеткичтин чыгышы менен батарейканын киришинин ортосунда катар туташкандыгын сезет. Панель жарыктандырылбай калганда, бул ATTiny экинчи ATTinyге сигнал жөнөтүп, кубаттуулуктун ордуна LED кубаттуулугун көзөмөлдөп турууну, жана күчөткүчтү өчүрүп, кирүүнү изоляциялоону сунуштайт, андыктан батарея токту кайра панель аркылуу чыгарбайт..

Экинчи ATTiny өзөгү - бул LED контроллери жана батареянын кубаттуулугун көзөмөлдөө системасы. Панелдин чыңалуусу, батареянын чыңалуусу жана батарейканын кубатталуу маалыматы бул ядрого түшүнүксүз-логикалык тармак аркылуу иштетүү үчүн жөнөтүлөт, ал SHTDN пинине тиешелүү PWM сигналын чыгарууга аракет кылат, ошону менен батареяга жөнөтүлгөн токтун көлөмүн көзөмөлдөйт. жарык болгондо аны кубаттоо үчүн-максималдуу кубат чекитине көз салуунун негизги формасы (MPPT.) Ошондой эле сенсордун өзөгүнөн сигналды алат, ал сенсор өзөгүнүн күнүнө жараша LEDди күйгүзүү же өчүрүү керектигин айтат/ түнкү флип.

LED түнкүсүн активдүү болгондо, бул ATTiny анын досунан жана чиптин температурасы сенсорунан жөнөтүлгөн батареянын чыңалуусун көзөмөлдөйт жана LEDге канча кубат берилери жөнүндө болжолдуу баа алат (батареянын чыңалуусу төмөндөйт) жана микросхемалардын температурасы анын казыктарынан чыгарылган сайын жогорулайт.) LED PWM патчасы менен байланышкан бүдөмүк-логикалык тармак батарейканын кубаттуулугу дагы деле бар экенине өкүм чыгарууга аракет кылат жана батарея түгөнгөндө LED интенсивдүүлүгүн төмөндөтөт.

4 -кадам: XOD Core китепканасынан ыңгайлаштырылган патчтарды түзүү

Бул дизайн үчүн бир нече ыңгайлаштырылган патч түйүндөрү колдонулган, алардын кээ бирлери толугу менен киргизилген XOD түйүндөрүнөн, ал эми кээ бирлери C ++ тилинде ишке ашырылышы мүмкүн.

Сүрөттөгү эки бажы түйүнүнүн биринчиси экспоненциалдуу орточо чыпканы ишке ашыруу. Бул эскизде катар колдонулган аз өтүүчү санарип чыпкасы, бир жолу логикалык ядро үчүн күн панелинин чыңалуусун чыпкалоо үчүн жана дагы бир жолу узак мөөнөттүү чөйрөнүн жарыктандыруусун аныктоочу триггерди азыктандыруу үчүн колдонулат. Экспоненциалдуу тегиздөө боюнча Википедиядагы жазууну караңыз.

Сүрөттөгү түйүндүн структурасы - бул макалада өткөрүп берүү функциясынын түз графикалык көрүнүшү, алар тиешелүү кириштерден чыгууга шилтемелерди колдонуу менен бириктирилген. Китепканадан артка кайтаруу түйүнү бар, ал кайтарым байланыштын циклин түзүүгө мүмкүндүк берет (эгерде сиз XOD аткаруу моделинде сүрөттөлгөндөй, циклге кечигүү киргизбестен, кайтарым байланышты түзсөңүз, XOD сизге эскертет.) жамаачы жакшы иштейт, бул жөнөкөй.

Экинчи ыңгайлаштырылган патч түйүнү, чыпкаланган панелдин чыңалуусу менен камсыздалган, XOD камтылган флип-флоптун вариациясы. Ал кирүү сигналы белгилүү бир босогодон жогору же ылдый болгонуна жараша жогорку же төмөн кармайт. Түйүн түйүндөрү булуттун чыгуу баалуулуктарын импульстун түрүнө айландыруу үчүн колдонулат, анткени абал төмөндөн жогоруга өтөт. Бул патч түйүнүнүн дизайны скриншоттон бир аз түшүнүктүү болушу керек.

5 -кадам: C ++ аркылуу бажы патчтарын түзүү

Өзгөчө талаптар үчүн, түйүндүн функционалдуулугу графикалык жактан оңой эле сүрөттөө үчүн өтө татаал болуп калат, же Arduino чөйрөсүнө таандык болбогон Arduino китепканаларына таянат, XOD кээ бир C/C ++ билими барларга чакан көлөмдөгү бөлүктөрдү жазууну жеңилдетет. код, андан кийин башка колдонуучу жараткан же биржалык түйүн сыяктуу патчка бириктирилиши мүмкүн. Файл менюсунан "жаңы жамаачы түзүүнү" тандоо иштөө үчүн бош баракты түзөт жана киргизүү жана чыгаруу түйүндөрүн негизги китепкананын "түйүндөрү" бөлүмүнөн сүйрөп барууга болот. Андан кийин "xod-in-xod эмес" түйүнүн сүйрөп барууга болот, ал басылганда керектүү функцияларды C ++ тилинде ишке ашырууга мүмкүн болгон текст редакторун алып келет. Кантип ички абалды башкаруу жана C ++ кодунан кирүү жана чыгуу портторуна кирүү бул жерде камтылган.

C ++ тилинде бажы патчаларын ишке ашыруунун мисалы катары, айдоочунун өзөгүнүн дагы эки ыңгайлаштырылган тактары айдоочунун ядросунун чыңалуусуна жана өзөктүк температурасына баа берүү үчүн колдонулат. Анын бүдөмүк тармагы менен бирге, бул караңгыда светодиоддорду иштетүү үчүн калган батарея кубаттуулугун болжолдуу баалоого мүмкүндүк берет.

Температура сенсорунун патчасы дагы жакшыраак баа алуу үчүн камсыздоо чыңалуу сенсорунун чыгышы менен азыктанат - негизги температураны сезүү бизге LEDларда канча күч күйүп жатканын болжолдуу баалоого мүмкүндүк берет жана качан камсыздоо чыңалуусунун көрсөткүчү менен бирге батареянын иштөө мөөнөтү дагы канча батареянын күчү калганын болжолдуу эсептөө. Бул супер-так болушу керек эмес; эгерде негизги светодиоддор көп токту тартып жатканын билсе, бирок батареянын чыңалуусу тез төмөндөп жатат, балким батареянын кубаты көпкө созулбайт деп айтууга болот жана чыракты өчүрүү убактысы келди.

6 -кадам: Курулуш

Мен проекти тешик бөлүктөрү үчүн жез төшөмөлөрү бар кичинекей прототип тактасына курдум. ICлер үчүн розеткаларды колдонуу программалоо/өзгөртүү/тестирлөө үчүн көп жардам берет; Sparkfunдан келген USBTiny ISPнин тактайында ушундай розетка бар, андыктан эки чипти программалоо программистти компьютердин USB портуна туташтыруудан, тиешелүү Arduino.ino файлдарынан которулган XOD кодун жүктөөдөн турат. андан кийин чиптерди программисттин розеткасынан акырын чыгарып, аларды протобордук розеткаларга салыңыз.

Pololu TPS6120 негизделген тездеткич алмаштыргыч модулу төөнөгүчтөрдүн үстүңкү бетиндеги протоберге кошулган көтөргүч тактага келет, андыктан кээ бир компоненттерди астына орнотуу менен мейкиндикти үнөмдөсө болот. Менин прототипиме эки 4.7k тартма каршылыгын астына койдум. Бул чиптердин ортосундагы i2c автобусу туура иштеши үчүн талап кылынат - аларсыз байланыш туура иштебейт! Тактанын оң жагында күн панелинин сайгычынын кирүүчү уячасы жана сактоочу конденсатор бар. Мүмкүн болушунча аз каршылыкка жетүү үчүн, туташтыргыч зым менен эмес, лак менен "чуркоо" аркылуу джекти жана бул капкакты туташтырууга аракет кылуу эң жакшы. Катуу ширетүү чуркагандан кийин сактоочу конденсатордун оң терминалын күчөтүү модулунун кирүү чыңалуу терминалына, ал эми күчөтүү модулунун жерге төөнөгүчүн джектин жерге төөнөгүчүнө туташтыруу үчүн колдонулат.

Эки ATTinys үчүн розеткалардын оң жана сол жагында 0.1uF despike/deglitching конденсаторлору бар. Бул компоненттер сыртта калбоо үчүн да маанилүү жана ICлердин кубаттуулугуна жана жер казыктарына мүмкүн болушунча кыска жана түз жол аркылуу туташтырылышы керек. 10 Ом учурдагы сезүү резистору сол жакта, бул күчөткүчтүн чыгышына жараша туташкан жана ар бир тарабы сенсордун негизги кирүү пинине туташкан - бул казыктар дифференциалдуу ADC катары иштөө үчүн орнотулган. батареяга ток кирет. I2c автобусу үчүн IC казыктары менен тездеткичтин өчүрүү пини ортосундагы байланыштар протоборддун астындагы туташтыруучу зымдын жардамы менен жасалышы мүмкүн, бул үчүн абдан ичке катуу өзөктүү кошуу зымы жакшы иштейт. Бул өзгөртүүлөрдү жеңилдетет, ошондой эле үстүңкү тешиктердин ортосунда секирип чуркагандан бир топ тыкан көрүнөт.

Мен колдонгон LED модулу үч түстүү RGB бирдиги болчу, менин планым аккумулятор дээрлик толугу менен заряддалганда ак өндүрүү үчүн бардык үч светодиоддун активдүү болушу жана заряд түгөнгөндө акырындык менен көк LEDди өчүрүү. Бирок бул функция азырынча ишке ашырыла элек. Бир ак чектөөчү резистору бар бир ак LED да жакшы иштейт.

7 -кадам: Тестирлөө, 1 -бөлүк

ATTiny ICлерди Arduino чөйрөсүнөн USB программисти аркылуу киргизилген эскиз файлдары менен программалагандан кийин, батарейканы күн панелинен кубаттоо үчүн прототиптеги эки өзөктүн туура иштеп жатканын текшерүүгө жардам берет. Идеалында, бул негизги осциллоскопту, мультиметрди жана отургучту электр менен камсыздоону талап кылат.

Эң биринчи текшере турган нерсе, мүмкүн болгон бузулууларды болтурбоо үчүн ICлерди, батареяны жана панелди розеткасына туташтыруудан мурун тактайда эч жерде кыска туташуу жок! Мунун эң оңой жолу - бул кырдаал болгон учурда анын чыгуу агымын коопсуз мааниге чейин чектей ала турган отургуч электр булагын колдонуу. Мен 3 вольттогу жана 100 мА чектердеги күн батареясынын кирүү уячасынын терминалдарына позитивдүү жана терс электр энергиясын жеткирүү үчүн орнотулган отургучту колдондум. Пассивдүү компоненттерден башка эч нерсе орнотулбагандыктан, электр энергиясынын учурдагы мониторунда сүйлөө үчүн эч кандай учурдагы чүчүкулак болбошу керек. Эгерде олуттуу агым бар болсо же жабдуу токту чектөөгө кирсе, анда бир нерсе туура эмес болуп калды жана тактай тескери полярдыкка ээ болгон туура эмес туташуулар же конденсаторлор жок экенине ынануу үчүн текшерилиши керек.

Кийинки кадам - бул тездеткичтин туура иштешин камсыз кылуу. Тактада винт-потенциометр бар, электр энергиясы дагы эле туташып турат жана конвертердин төрт казыгы тиешелүү түрдө туташкан, модулдун чыгыш терминалындагы чыңалуу 3,8-3,9 вольттун тегерегине чейин потенциометр кичинекей бурагычтын учу менен бурулушу керек. Бул DC мааниси иштөө учурунда өзгөрбөйт, айдоочунун ядросу модулдун өчүрүү пинин кагуу аркылуу орточо чыгуу чыңалуусун көзөмөлдөйт.

8 -кадам: Тестирлөө, 2 -бөлүк

Кийинки текшериле турган нерсе, i2c коммуникациясы жакшы иштеп жатат, такта отургучтун кубатынан өчүп калганда, сенсор өзөгүн IC орнотсо болот. Осциллографта физикалык чиптин 5 жана 7 -пиндеринде импульстук сигналдар болушу керек, чиптеги i2c драйвери досуна маалыматтарды жөнөтүүгө аракет кылат. Айдоочунун өзөгүн орноткондон кийин жана туташууну осциллограф менен кайра текшергенден кийин, эки линияда тең көрүнүүчү импульстун чоң ырааттуулугу болушу керек. Бул чиптер туура байланышып жатканын билдирет.

Бул акыркы толук сыноо үчүн батарейканы бир аз заряддоого жардам берет. Скамейка менен камсыз кылуу, муну ишке ашыруу үчүн да колдонулушу мүмкүн, учурдагы чек 50 мАга чейин жана чыңалуу 3,8 вольтто, LiPo батарейкасы бир нече мүнөткө түз туташып турат.

Акыркы кадам - толук системаны сыноо - панел он же 15 секундада жабылган болсо, баары кошулганда, жарык айдоочунун PWM чыгаруусу аркылуу күйүп турушу керек. Панель жаркыраган күн нурунда болгондо, батарейка тездеткичтин кубаттуулугунан кубатталууга тийиш. Бүдөмүк логикалык тармакты күчөткүчтү өчүрүүчү пинди башкаруучу PWM линиясын карап, анын туура иштеп жаткандыгын билүү үчүн кыйыр түрдө текшерүүгө болот; заряддын заряды аз болгон батарея менен жарык көбөйгөн сайын, импульстун туурасы көбөйүшү керек, бул күн нурунан көбүрөөк энергия пайда болгондо, айдоочунун өзөгү батарейкага көбүрөөк күч жөнөтүлөрүн билдирет!

9 -кадам: Fuzzy Logic боюнча тиркеме

Бүдөмүк логика - бул башкаруучу системанын көптөгөн параметрлеринде белгисиздик болгон, аппараттык тутумдарды башкарууда колдонула турган, машинаны үйрөнүү ыкмасы, бул максатты математикалык жактан жазуу кыйын болгон чыгарууну башкаруу чечимине ачык киргизүү. Бул 0 (жалган) жана 1 (чыныгы) ортосундагы логикалык баалуулуктарды колдонуу менен ишке ашат, белгисиздикти адамдыкына окшоштуруп ("көбүнчө чын" же "чынында эмес") жана боз аянтка уруксат берүү аркылуу ишке ашырылат. 100% чындык жана 100% жалган сөздөрдүн ортосунда. Мунун жолу - бул адегенде чечимге негизделиши керек болгон киргизүү өзгөрмөлөрүнүн үлгүлөрүн алуу жана аларды "бышыктоо".

Кандайдыр бир логикалык системанын жүрөгү - "бүдөмүк ассоциативдик эс". Бул матрицаны эске салат, мында батарейканын заряддоо схемасында 3x3төн 0гө чейин 1 маанилердин топтому сакталат. Матрицанын баалуулуктары, жогоруда көрсөтүлгөн мүчөлүк функциясынын кириштердин топтомун кандай талаптарга жооп берерине жараша, күчөткүчтүн SHTDN пинин башкаруучу PWM факторунун кандай болушу керектиги жөнүндө адамдын кандай ой жүгүртүүсү менен байланыштуу болушу мүмкүн. Мисалы, эгер панелдин кирүү чыңалуусу жогору болсо, бирок батарейкага тартылып жаткан ток аз болсо, бул көбүрөөк энергияны тартууну жана PWM жөндөөсүнүн оптималдуу эместигин жана жогорулатылышы керектигин билдирет. Тескерисинче, эгерде панелдин чыңалуусу төмөндөп кетсе, бирок заряддагыч дагы эле чоң кубаттуулукту батарейканын кубатына өткөрүүгө аракет кылып жатса, анда ал PWM сигналын күчөткүчтөргө азайтуу үчүн жакшы болмок. Кириш сигналдары бүдөмүк топтомго "бүктөлгөндө", алар "билимдин" канчалык оор клетканы камтыган трансформацияланган жыйындысын чыгаруу үчүн, вектордун матрицага көбөйтүлүшүнө окшош, бул маанилерге көбөйтүлөт. матрицанын акыркы айкалышуу функциясына кошулушу керек.

Өзгөчөлөнгөн функцияларды ишке ашыруучу XOD түйүндөрүн структуралык блоктордон жасоо акылга сыярлык XOD түйүндөрүнө мүмкүндүк берүүчү "ишке ашпай калган" түйүнүн колдонуу жана бир аз Arduino стилиндеги C ++, ассоциативдик эс, салмактоо функциясы жана Бул шилтемеде сүрөттөлгөн блокторго окшош фузификатор: https://www.drdobbs.com/cpp/fuzzy-logic-in-c/184408940 жасоо оңой жана эксперимент жасоо оңой.