اصنع مصباح شارع ذكي يعمل بالطاقة الشمسية

يصف هذا الدليل تصميم مصباح شارع شمسي ذكي سهل التصنيع باستخدام GreenPak.
بفضل الطاقة الشمسية والبطاريات، يمكنها توفير الطاقة بشكل فعال لأي نوع من أنواع الإضاءة دون التسبب في أي مشاكل.
تتميز مصابيح الشوارع التي تعمل بالطاقة الشمسية بأنها مبتكرة لأنها قابلة للإطفاء.
في حالة انقطاع التيار الكهربائي، يمكنه الاستمرار في العمل بشكل طبيعي.
كما أنه يتيح استخدام الكهرباء لأغراض أخرى.
يمكن للجزء "الذكي" من مصباح الشارع أن يضيء تلقائيًا عند اكتشاف الأجسام المتحركة.
التصميم النهائي عبارة عن مصباح شارع ذكي يعمل بالطاقة الشمسية وموفر للطاقة بشكل حقيقي.
يمكن توسيع هذا التصميم ليشمل مصابيح ذات قدرة كهربائية أكبر، مثل مصابيح إضاءة البنية التحتية، أو مصابيح صغيرة جدًا، مثل مصابيح تجميل وإنارة الطرق والمناظر الطبيعية والحدائق.
في جميع هذه التطبيقات، سيظل تصميم GreenPak متشابهًا.
في هذا المشروع، تم استخدام الدائرة المتكاملة ذات الإشارات المختلطة القابلة للتكوين Greenpak من Silego (CMIC).
تتمثل الوظائف الرئيسية الثلاث لبرمجة الشريحة فيما يلي: 1. -
الحث الحركي 2-
الحث الشمسي 3-
يساهم نظام استشعار الحركة الاستقرائي الذي يعمل بمستوى البطارية في توفير الطاقة الكهربائية. ولا يُسمح للضوء بالدوران إلا عند اكتشاف أي جسم متحرك.
وللقيام بذلك، البنية التحتية السلبية - الحمراء (PIR)
تم تصميم أجهزة الاستشعار.
يحتوي مستشعر الحركة بالأشعة تحت الحمراء السلبية على دبوس إخراج منفصل ودبابيس VCC وGND.
يقوم مستشعر الأشعة تحت الحمراء السلبية (PIR) بشكل أساسي بالكشف عن مستوى الإشعاع تحت الأحمر.
بمجرد اكتشاف تغيير في مستوى الإشعاع، فإنه يرسل إشارة لإعلامنا بهذا التغيير.
يُعد هذا المستشعر أحد أكثر المستشعرات استخدامًا في كشف الحركة. (انظر الشكل 2)
تُستخدم الألواح الشمسية الحثية المحيطة لاستشعار الضوء المحيط.
توفر الألواح الشمسية إنتاجاً كاملاً في ضوء الشمس المباشر الكامل، وإنتاجاً صفرياً في حالة غياب الضوء.
ويمكن بعد ذلك تحويل هذه الشروط إلى المستوى المناسب لتوليد دبابيس الإدخال الرقمية لـ CMIC.
باستخدام دائرة تقسيم الجهد البسيطة، يمكن تحويل الـ 18 فولت التي تولدها الألواح الشمسية إلى 3 فولت.
إشارة 3 فولت للجهد العالي-
مدخل مستوى المنطق لـ SLG46140 V CMIC.
تُعد مراقبة طاقة البطارية وشحنها جانبًا مهمًا من النظام.
في هذا التصميم، سلك مغلق - حمض (SLA)
البطاريات قيد الاستخدام.
تتميز بطاريات الرصاص الحمضية بتطبيقات واسعة، وموثوقية عالية، وتكلفة عالية.
بطاريات فعالة.
بالمقارنة مع البطاريات ذات المكونات الكيميائية الأخرى، فإن طريقة شحن البطاريات الثانوية أبسط بكثير.
يجب شحن بطاريات الرصاص الحمضية بتيار ثابت يساوي 0.1C (
هنا C = سعة البطارية عند الشحن الكامل، أمبير-ساعة)
الجهد حوالي 1.
وهو أعلى بمقدار 5 إلى 2 فولت من جهد الخرج المقنن.
لذلك، يمكن أن تكون دائرة الشحن أبسط أيضاً.
من المهم ملاحظة أنه عند السعة الكاملة، ستوفر بطارية الرصاص الحمضية 12 فولت جهد دائرة مفتوحة يبلغ حوالي 13.2 فولت.
عند التفريغ، يكون جهد الدائرة المفتوحة الذي تقيسه البطارية أقل بقليل من 12 فولت.
ولكن نظرًا لأن شريحة CMIC الخاصة بنا لا تستطيع قياس هذا الجهد العالي، فيجب تحويل هذه القيم إلى نطاق مقبول.
وبالمثل، يتم استخدام مقسم جهد بسيط لتقسيم الجهد إلى حوالي 800 مللي فولت، مما يشير إلى أن البطارية قد تم تفريغها، وحوالي 1150 مللي فولت مما يشير إلى أن البطارية قد تم شحنها بالكامل.
ثم يتم إدخال مستويات الجهد هذه في SLG46140 V CMIC ومقارنتها مع أجهزة المقارنة التناظرية الخاصة بها.
كما سنرى في القسم التالي، تلعب هذه المقارنات دورًا حاسمًا في التنفيذ الشامل للمشروع.
عن طريق تنزيل برنامج greenpak لعرض المكونات، يمكن برمجة شريحة greenpak بسهولة للتحكم في مصابيح الشوارع الشمسية الذكية.
قم بإعداد وثيقة تصميم مصابيح الشوارع الذكية.
قم بتوصيل مجموعة تطوير GreenPak بالكمبيوتر، وأدخل شريحة SLG46140 V GreenPak IC غير المبرمجة في مقبس مجموعة التطوير، ثم انقر فوق البرنامج.
سيتم برمجة الدائرة المتكاملة تلقائيًا لتصبح دائرة متكاملة، والتي ستتحكم في مصابيح الشوارع الشمسية الذكية.
بعد برمجة الدائرة المتكاملة، يمكنك حفظها في مقبس أدوات التطوير لتسهيل الوصول إلى دبابيسها، أو للإنتاج بكميات كبيرة. كما يمكنك إنشاء لوحة دوائر مطبوعة صغيرة للوصول إلى الشريحة.
الآن بعد أن تمت برمجة شريحة Greenpak للتحكم في مصابيح الشوارع الذكية، يمكنك الانتقال إلى الخطوة 4.
إذا كنت ترغب في فهم وتعديل الدائرة الداخلية لملف تصميم مصباح الشارع الذكي بشكل أفضل، فإن الخطوة 3 ستمنحك نظرة عامة على كيفية برمجة ملف تصميم مصباح الشارع الذكي من Greenpak.
يوضح الشكل 5 المخطط التوضيحي لـ GreenPak لتنفيذ التصميم.
وصف المبيعات المستخدمة:
الدبوس 3: دبوس إدخال رقمي للكشف عن وجود ضوء محيط.
الدبوس رقم 4: دبوس إدخال رقمي للكشف عن الحركة أو وجود جسم ما.
الدبوس رقم 10: دبوس إدخال تناظري لمراقبة طاقة البطارية.
PIN12: مخرج رقمي مع زر ضغط واحد
يُستخدم للتحكم في وضع سحب مصباح LED.
-
PIN14: مخرج رقمي مع زر ضغط واحد
اسحب وضع الإخراج للتحكم في تيار الشحن الداخل إلى البطارية.
3- بت وبوابة: 3-
تضمن الأجزاء والأبواب في هذا التصميم تشغيل الأضواء فقط عند استيفاء جميع الشروط.
إن الشروط مثل اكتشاف الحركة القريبة، ووجود ضوء الشمس المحيط، وطاقة البطارية المطلوبة هي البتات الثلاثة التي تحدد خرج البوابة.
مراقبة طاقة البطارية: مقارنان تناظريان (ACMP0 و ACMP1)
راقب جهد البطارية.
كما ذكرنا سابقاً، يتم استخدام مستويين من الجهد 800 مللي فولت و 1150 مللي فولت لتحديد حالة البطارية.
إذا انخفض جهد البطارية المقاس إلى 800 مللي فولت أو أقل، فإن المقارن (ACMP0)
الناتج يساوي صفرًا.
يتم إدخال هذا الناتج إلى 3-
المدخل والبوابة، بدورهما، يكون الخرج صفرًا، ويتم إطفاء الأنوار عندما يتم اكتشاف أن جهد البطارية منخفض جدًا.
يتم قياس الجهد العالي أثناء الشحن وسيتم استخدامه كمقارن إدخال مقسم الجهد لطرف الإدخال 10 لـ CMIC. (ACMP1).
بمجرد أن يصل مستوى الجهد إلى الجهد المرجعي المحدد على المدخل العكسي أو يتجاوزه (
في هذه الحالة، 1150 مللي فولت)
يكون خرج المقارن عاليًا.
بمجرد أن نصل إلى المستوى المطلوب، نحتاج إلى قطع شحن البطارية، حتى يصبح مستوى الشحن منخفضًا.
يلزم وجود خرج مستوى، لذلك يتم استخدام عاكس بسيط.
مدخلات الخلايا الشمسية: كما ذكرنا سابقاً، عندما لا يكون هناك ضوء محيط، يكون خرج الخلايا الشمسية صفراً/رقمياً. - إشارة منخفضة.
لأن نقص ضوء الشمس أحد شروط تشغيل مصابيح الشوارع، فنحن بحاجة إلى تحويله إلى إشارات رقمية.
مرتفع، لذا فإن هيمين لدينا تصدر أيضاً مرتفعاً.
لذلك، يتم استخدام العاكس هنا أيضًا.
استخدم العدادات كوسيلة لإطالة دورة الإخراج: في التصميم أعلاه، العدادات (CNT0/DLY0)
كما يُستخدم أيضًا لإنتاج تأخير معين عندما يقوم الدبوس 12 من CMIC بإيقاف تشغيل الإشارة.
ينتج عن ذلك تأخير متوقع ويتجنب التبديل السريع للمخرجات. (انظر الشكل 6)
استخدام العدادات كوسيلة لإطالة دورات الإخراج: في التصميم أعلاه، العدادات (CNT0/DLY0)
كما يُستخدم أيضًا لإنتاج تأخير معين عندما يقوم الدبوس 12 من CMIC بإيقاف تشغيل الإشارة.
ينتج عن ذلك تأخير متوقع ويتجنب التبديل السريع للمخرجات. (انظر الشكل 6)
يصف هذا القسم استخدام الدوائر الخارجية اللازمة لتشغيل الأحمال الأكبر (مثل مصابيح LED بقوة 10 وات) وإعادة شحن البطاريات.
من أجل إنشاء الدائرة الأكثر كفاءة وتوفيرًا للطاقة، تم استخدام MOSFET على عكس BJT العادي.
سيؤدي ذلك إلى وقت تبديل أسرع واستهلاك طاقة أعلى/أقل.
التحكم في شحن البطارية: وحدة تزويد الطاقة MOSFET من نوع HEXFET IRLZ44N (
يمكن أيضًا استخدام أنواع مشابهة من الترانزستورات MOSFET، مثل fqp30n06l.
عند استخدامه، يكون n-
MOSFET ذو قناة محسّنة.
تم تصميم هذا النوع من ترانزستورات MOSFET خصيصًا للعمل عند مستوى جهد البوابة (3 فولت و 5 فولت).
يسهل إنتاج وحدات التحكم الصغيرة والدوائر المتكاملة.
يصف جدول بيانات MOSFET جهد العتبة بين البوابة والمصدر. (Vgs(th))
بالنسبة لتيار التسرب ID الذي يبلغ حوالي 1 أمبير، فإن الجهد يبلغ حوالي 3 فولت.
وفقًا للمواصفات الكهربائية للطرف رقم 12، يمكن لشريحة CMIC الصغيرة الخاصة بنا تحقيق ذلك بسهولة.
(على غرار الدبوس رقم 14).
التحكم في مصباح LED: على غرار دائرة التحكم في الشحن، يستخدم هذا الجزء من مشروعنا أيضًا ترانزستور MOSFET من نوع HEXFET من نوع IRLZ44N لتشغيل مصباح LED بقوة 10 وات، وهو مصدر الإضاءة الرئيسي.
لأننا نريد التحكم في مصباح LED بقوة 10 واط باستخدام بطارية 12 فولت، نحتاج إلى توفير تيار كهربائي يبلغ حوالي 0.8 أمبير.
الدائرة موضحة في الشكل 8.
يمكن توصيل هذه الدوائر بلوحة الدوائر أو توصيلها عبر دائرة معطلة.
تقدم هذه الورقة تصميم مصباح الشارع الذكي باستخدام SLG46140 V Greenpak CMIC كعنصر التحكم الرئيسي.
لقد ثبت أن هذه الدائرة المتكاملة الصغيرة يمكنها أداء المهمة المطلوبة مع تقليل استهلاك الطاقة إلى الحد الأدنى.
كما أنه من الفعال جداً توفير أدوات التصميم المناسبة أثناء تنفيذ هذا المشروع.
يمكن أيضاً تحسين المشروع بإضافة دوائر أخرى، مثل الكشف عن الغبار على الألواح الشمسية أو الفولتية الزائدة الخارجية.
يقوم مفتاح التشغيل بقفل خرج مؤشر LED.