如何创建一个由时间开关电池供电的太阳能充电电路
本文展示了如何创建一个由时间开关电池供电的太阳能充电电路，用于为 arduino uno 和一些外围设备（传感器、通信模块等）供电。
如果要设计远程数据记录仪，电源总是一个问题。大多数时候没有可用的电源插座，这迫使您使用一些电池为电路供电。但最终你的设备会没电了……你不想去那里充电，对吧？因此，提出了一种太阳能充电电路，以利用来自太阳的免费能量为电池充电并为您心爱的 arduino 供电。
您将面临的另一个问题是 arduino 的效率。即使您将其置于睡眠状态，它也会消耗大量电池电量。
例如，arduino串行和 usb 板使用 7805 类型的电源调节器，当 atmega ic 处于空闲模式时需要 10 ma。将这些板置于睡眠状态将减少几 ma 的总功耗，但它仍然会很高”。
如果您使用自己的电源电路绕过低效稳压器，或者使用具有相当高效电源的电路板，例如 arduino pro，那么睡眠对于降低功率和延长电池寿命非常有益。使用某些锂离子电池时，甚至可以完全移除调节器。
但大多数时候，您不想直接在 arduino uno 上使用您糟糕的焊接技能，或者不想购买更节能的设备。如果这是您的情况，本教程适合您。
另一个问题是，即使您的 arduino 处于睡眠状态，您的传感器可能仍处于活动状态，从而耗尽您的电池电量。因此，在太阳能充电电池中添加了一个定时器电路，它只为 arduino 供电几秒钟，然后再次将其关闭以节省电量。它适用于您的微控制器仅用于读取某些传感器、传输或保存数据以及返回休眠几分钟的应用。
此处描述的电路仍在测试中，未对所用组件进行彻底分析（模型二极管、晶体管和电阻值）。我打算稍后将此电路变成用于 arduino uno 的电池供电的太阳能充电板，但现在我仍在尝试和出错。因此，请随时发表评论并关注此项目，并自担风险使用它！
第 1 步：材料
您将需要以下组件来构建此太阳能供电电路：
arduino uno
小面包板
5v 升压器
锂电池充电器（tp4056）
6v太阳能电池
18560锂电池
电池座
1n4004 二极管 （x2）
555集成电路
2n3904 三极管（x2）
1 兆欧电阻 （x2）
100 kohm 电阻器 （x3）
10 kohm 电阻 （x1）
100 uf 电解电容器 （x2）
10 nf 陶瓷电容器 （x1）
5v 单刀双掷继电器
跳线
usb电缆
第 2 步：组装太阳能电池充电器
首先，您必须组装太阳能电池充电器电路。这使用来自一些太阳能电池的能量为电池充电，并将其电压提高到 arduino uno 使用的 5v。
太阳能电池连接到锂电池充电器（tp4056）的输入端，其输出连接到18560锂电池。5v 升压器也连接到电池，用于将 3.7v dc 转换为 5v dc。您可以检查图片中组件之间的连接。
一些引脚焊接到两个模块（tp4056 和升压器）的底部，以便更容易地连接到面包板。如果你不使用面包板，你可以用电线连接组件并焊接它们。
此时，您可能已经为 arduino uno 供电，将其连接到 booster 的 usb 连接器，您的 arduino 将一直工作到电池耗尽。当阳光充足时，电池会自动开始充电。
请注意，tp4056 输入被限制在 4.5 和 5.5v 之间。在这个电路中，太阳能电池板和电池充电器之间没有电压限制器。可能会使用齐纳二极管来限制电压并保护您的电路。
根据您的功耗，您的电池会快速放电。如果是这种情况，请执行下一步。
第 3 步：定时器电路
有很多项目涉及 arduinos 和一堆传感器。在大多数情况下，arduino 会定期读取传感器并在内部存储读数或使用 wi-fi、蓝牙、以太网等传输它们的值。。。。。。之后，它通常进入空闲状态，直到到达下一个采样时间。
在这段空闲时间里，您可能会让 arduino 进入睡眠状态，但这不会节省很多电量。尽管微处理器降低了其功耗，但稳压器和其他外围设备（例如您的传感器和通信模块）仍在工作，消耗了大部分电力。
此处提出的替代方案是使用外部定时器电路，该电路周期性地打开/关闭电源。当它打开时，arduino 将执行其设置、读取传感器并保存或传输数据。所有这一切都在几秒钟内完成。之后，电路将切断电源几分钟，然后重新启动该过程。
在关闭状态期间，定时器电路仅消耗几毫安。
非稳态模式下的 555 定时器电路旨在控制 arduino 及其外围设备何时开启/关闭。在非稳态电路中，输出电压在 vcc （+5v）（高态）和 gnd （0v）（低态）之间连续交替。该输出用于驱动继电器，该继电器将定期切断 arduino 的电源。
通过选择 r1、r2 和 c1 的值，可以确定周期（on/off 周期重复所需的时间长度）和占空比（输出打开的时间百分比）。增加 c1 将增加周期。增加 r1 会增加高电平时间 （t1），但不会影响低电平时间 （t0）。增加 r2 将增加高电平时间 （t1），增加低电平时间 （t0） 并降低占空比。
这种电路的最小占空比为 50%。这意味着，在最好的情况下，非稳态只会在一半的时间内切断电路电源，这还不够。因此决定在定时器的输出端添加一个简单的逻辑反相器（tq1 和 r4）。这样，将选择 r1、r2 和 c1 的值，使占空比约为 90%（在逻辑反相器之前）。逆变器后，只有 10% 的时间输出为 on。该反向输出用于驱动另一个晶体管 （tq2），该晶体管用于驱动 5v 继电器 （k1），最终切断 arduino 及其外围设备的电源。
在第一次模拟中使用了任意值的电阻器和电容器，以验证电路的功耗。在关断状态期间，电路指示仅消耗 0.8 ma。当电路开启（短时间）时，它消耗大约 40 ma，这会添加到 arduino（和其他外围设备）消耗的电流中。
很难测量实际值，但 arduino uno 通常消耗大约 52 ma。
考虑到这些值（关闭 5 分钟和开启 27 秒），具有睡眠模式的 arduino 将消耗大约 36 mah。如果使用定时开关电路，耗电量只有8毫安左右。功耗降低 77% 对我来说似乎很好。您还必须考虑其余电子设备（传感器和通信模块）以及升压器和电池充电器消耗的电流，以获得精确的电流值……
第 4 步：组装定时器电路
根据原理图组装定时器电路。
以下值可用于电阻器和电容器以实现 5 分钟关闭/27 秒开启时间：
r1 = 2 兆欧
r2 = 200 千欧
r4 = 10 欧姆
r5 = 10千欧姆
c1 = 200 uf
c2 = 10 nf
值得注意的是，我使用了 spdt 继电器的常开 （no） 输出。我意识到有些继电器只有常闭输出，虽然它们具有相同的封装，并且所有指示都相同。
另请注意，在图片中我使用了不同的值，因为我不想等待 5 分钟才能看到我的电路工作。
图为安装在面包板上的电路。我有一个输入（+5v/gnd 来自升压器）和一个输出（+5v/gnd 到 arduino）。
为时间电路供电，将 arduino 连接到它，看看它是否工作。您会不时听到继电器被启动的声音。
第 5 步：完成电路和测试
定时器电路工作后，将其输出连接到arduino 5v和gnd引脚。它看起来像图片中的那个。
arduino 将每 5 分钟通电一次并保持 27 秒。您可以更改这些值，为之前描述的电阻器和电容器选择不同的值。
设计一个漂亮的外壳来保护你的电路，把它放在阳光下，看看它是否有效！
第 6 步：功耗和运行时间
我想对功耗和运行时间做一些考虑。
考虑5分钟off和27秒on，电路+arduino的功耗如下：
不带开关电路（使用睡眠模式）：
平均电流 （iavg） = （ton*ion + toff*ioff ） / （ton +toff）
吨（arduino 处于活动状态）= 27 秒
离子 = 51.7 ma
toff（arduino 关闭）= 5 分钟 = 300 秒
ioff = 34.9 毫安
iavg = 36.3 毫安
工作电压 （vo） = 5v
平均功率 （pavg） = vo * iavg = 5 * 36.3 = 181 mw
锂离子电池容量 = 3000 mah
电池电压 = 3.7v
功率 =3.7 * 3000 = 11100 毫瓦时
电池寿命 = 11100/181 = 61 小时 = 2.5 天
带定时开关电路：
平均电流 （iavg） = （ton*ion + toff*ioff ） / （ton +toff）
吨（arduino 处于活动状态）= 27 s
离子 = 92 ma
toff（arduino 关闭）= 5 分钟 = 300 秒
ioff = 0.8 毫安
iavg = 8.2 毫安
工作电压 （vo） = 5v
平均功率 （pavg） = vo * iavg = 5 * 8.2 = 41 mw
锂离子电池容量 = 3000 mah
电池电压 = 3.7v
功率 =3.7 * 3000 = 11100 毫瓦时
电池寿命 = 11100/41 = 270 小时 = 11 天
此处未考虑 tp4056 和升压器的功率损耗，这两种情况肯定会缩短电池寿命。
这里要注意的重要一点是，该定时器电路还将节省一些降低传感器功率的能量，而睡眠模式将继续降低微处理器的消耗。
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例如，arduino串行和 usb 板使用 7805 类型的电源调节器，当 atmega ic 处于空闲模式时需要 10 ma。将这些板置于睡眠状态将减少几 ma 的总功耗，但它仍然会很高”。
如果您使用自己的电源电路绕过低效稳压器，或者使用具有相当高效电源的电路板，例如 arduino pro，那么睡眠对于降低功率和延长电池寿命非常有益。使用某些锂离子电池时，甚至可以完全移除调节器。
但大多数时候，您不想直接在 arduino uno 上使用您糟糕的焊接技能，或者不想购买更节能的设备。如果这是您的情况，本教程适合您。
另一个问题是，即使您的 arduino 处于睡眠状态，您的传感器可能仍处于活动状态，从而耗尽您的电池电量。因此，在太阳能充电电池中添加了一个定时器电路，它只为 arduino 供电几秒钟，然后再次将其关闭以节省电量。它适用于您的微控制器仅用于读取某些传感器、传输或保存数据以及返回休眠几分钟的应用。
此处描述的电路仍在测试中，未对所用组件进行彻底分析（模型二极管、晶体管和电阻值）。我打算稍后将此电路变成用于 arduino uno 的电池供电的太阳能充电板，但现在我仍在尝试和出错。因此，请随时发表评论并关注此项目，并自担风险使用它！
第 1 步：材料
您将需要以下组件来构建此太阳能供电电路：
arduino uno
小面包板
5v 升压器
锂电池充电器（tp4056）
6v太阳能电池
18560锂电池
电池座
1n4004 二极管 （x2）
555集成电路
2n3904 三极管（x2）
1 兆欧电阻 （x2）
100 kohm 电阻器 （x3）
10 kohm 电阻 （x1）
100 uf 电解电容器 （x2）
10 nf 陶瓷电容器 （x1）
5v 单刀双掷继电器
跳线
usb电缆
第 2 步：组装太阳能电池充电器
首先，您必须组装太阳能电池充电器电路。这使用来自一些太阳能电池的能量为电池充电，并将其电压提高到 arduino uno 使用的 5v。
太阳能电池连接到锂电池充电器（tp4056）的输入端，其输出连接到18560锂电池。5v 升压器也连接到电池，用于将 3.7v dc 转换为 5v dc。您可以检查图片中组件之间的连接。
一些引脚焊接到两个模块（tp4056 和升压器）的底部，以便更容易地连接到面包板。如果你不使用面包板，你可以用电线连接组件并焊接它们。
此时，您可能已经为 arduino uno 供电，将其连接到 booster 的 usb 连接器，您的 arduino 将一直工作到电池耗尽。当阳光充足时，电池会自动开始充电。
请注意，tp4056 输入被限制在 4.5 和 5.5v 之间。在这个电路中，太阳能电池板和电池充电器之间没有电压限制器。可能会使用齐纳二极管来限制电压并保护您的电路。
根据您的功耗，您的电池会快速放电。如果是这种情况，请执行下一步。
第 3 步：定时器电路
有很多项目涉及 arduinos 和一堆传感器。在大多数情况下，arduino 会定期读取传感器并在内部存储读数或使用 wi-fi、蓝牙、以太网等传输它们的值。。。。。。之后，它通常进入空闲状态，直到到达下一个采样时间。
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此处提出的替代方案是使用外部定时器电路，该电路周期性地打开/关闭电源。当它打开时，arduino 将执行其设置、读取传感器并保存或传输数据。所有这一切都在几秒钟内完成。之后，电路将切断电源几分钟，然后重新启动该过程。
在关闭状态期间，定时器电路仅消耗几毫安。
非稳态模式下的 555 定时器电路旨在控制 arduino 及其外围设备何时开启/关闭。在非稳态电路中，输出电压在 vcc （+5v）（高态）和 gnd （0v）（低态）之间连续交替。该输出用于驱动继电器，该继电器将定期切断 arduino 的电源。
通过选择 r1、r2 和 c1 的值，可以确定周期（on/off 周期重复所需的时间长度）和占空比（输出打开的时间百分比）。增加 c1 将增加周期。增加 r1 会增加高电平时间 （t1），但不会影响低电平时间 （t0）。增加 r2 将增加高电平时间 （t1），增加低电平时间 （t0） 并降低占空比。
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在第一次模拟中使用了任意值的电阻器和电容器，以验证电路的功耗。在关断状态期间，电路指示仅消耗 0.8 ma。当电路开启（短时间）时，它消耗大约 40 ma，这会添加到 arduino（和其他外围设备）消耗的电流中。
很难测量实际值，但 arduino uno 通常消耗大约 52 ma。
考虑到这些值（关闭 5 分钟和开启 27 秒），具有睡眠模式的 arduino 将消耗大约 36 mah。如果使用定时开关电路，耗电量只有8毫安左右。功耗降低 77% 对我来说似乎很好。您还必须考虑其余电子设备（传感器和通信模块）以及升压器和电池充电器消耗的电流，以获得精确的电流值……
第 4 步：组装定时器电路
根据原理图组装定时器电路。
以下值可用于电阻器和电容器以实现 5 分钟关闭/27 秒开启时间：
r1 = 2 兆欧
r2 = 200 千欧
r4 = 10 欧姆
r5 = 10千欧姆
c1 = 200 uf
c2 = 10 nf
值得注意的是，我使用了 spdt 继电器的常开 （no） 输出。我意识到有些继电器只有常闭输出，虽然它们具有相同的封装，并且所有指示都相同。
另请注意，在图片中我使用了不同的值，因为我不想等待 5 分钟才能看到我的电路工作。
图为安装在面包板上的电路。我有一个输入（+5v/gnd 来自升压器）和一个输出（+5v/gnd 到 arduino）。
为时间电路供电，将 arduino 连接到它，看看它是否工作。您会不时听到继电器被启动的声音。
第 5 步：完成电路和测试
定时器电路工作后，将其输出连接到arduino 5v和gnd引脚。它看起来像图片中的那个。
arduino 将每 5 分钟通电一次并保持 27 秒。您可以更改这些值，为之前描述的电阻器和电容器选择不同的值。
设计一个漂亮的外壳来保护你的电路，把它放在阳光下，看看它是否有效！
第 6 步：功耗和运行时间
我想对功耗和运行时间做一些考虑。
考虑5分钟off和27秒on，电路+arduino的功耗如下：
不带开关电路（使用睡眠模式）：
平均电流 （iavg） = （ton*ion + toff*ioff ） / （ton +toff）
吨（arduino 处于活动状态）= 27 秒
离子 = 51.7 ma
toff（arduino 关闭）= 5 分钟 = 300 秒
ioff = 34.9 毫安
iavg = 36.3 毫安
工作电压 （vo） = 5v
平均功率 （pavg） = vo * iavg = 5 * 36.3 = 181 mw
锂离子电池容量 = 3000 mah
电池电压 = 3.7v
功率 =3.7 * 3000 = 11100 毫瓦时
电池寿命 = 11100/181 = 61 小时 = 2.5 天
带定时开关电路：
平均电流 （iavg） = （ton*ion + toff*ioff ） / （ton +toff）
吨（arduino 处于活动状态）= 27 s
离子 = 92 ma
toff（arduino 关闭）= 5 分钟 = 300 秒
ioff = 0.8 毫安
iavg = 8.2 毫安
工作电压 （vo） = 5v
平均功率 （pavg） = vo * iavg = 5 * 8.2 = 41 mw
锂离子电池容量 = 3000 mah
电池电压 = 3.7v
功率 =3.7 * 3000 = 11100 毫瓦时
电池寿命 = 11100/41 = 270 小时 = 11 天
此处未考虑 tp4056 和升压器的功率损耗，这两种情况肯定会缩短电池寿命。
这里要注意的重要一点是，该定时器电路还将节省一些降低传感器功率的能量，而睡眠模式将继续降低微处理器的消耗。
支持4G网络的信号放大器要怎么做？
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光照培养箱是什么,有哪些特点
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电梯上常用的几种传动装置