如何创建一个由时间开关电池供电的太阳能充电电路

大家好，小科来为大家解答以上问题。如何创建一个由时间开关电池供电的太阳能充电电路这个很多人还不知道，现在让我们一起来看看吧！

解答：

1、 本文展示了用于为ArduinoUno和一些外围设备(传感器、通信模块等)供电的如何创建一个由时间开关电池供电的太阳能充电电路，).

2、 如果要设计一个远程数据记录仪，电源始终是个问题。大多数时候没有可用的电源插座，这迫使你使用一些电池为电路供电。但是最终你的设备会没电.你不会想去那里充电吧？因此，建议使用太阳能充电电路，利用来自太阳的免费能量为电池充电，为您心爱的Arduino供电。

3、 你将面临的另一个问题是Arduino的效率。即使让它休眠，也会消耗大量电池电量。

4、 例如，Arduino串行和USB板使用7805型电源调节器，当AtmegaIC处于空闲模式时，需要10mA。将这些电路板置于休眠状态会将总功耗降低几毫安，但仍然很高”。

5、 如果你用自己的供电电路绕过效率不高的稳压器，或者用一个供电相当高效的电路板，比如ArduinoPro，那么睡眠对于降低功耗，延长电池寿命是非常有利的。当使用一些锂离子电池时，调节器甚至可以完全移除。

6、 但很多时候，你并不想把自己糟糕的焊接技术直接用在ArduinoUno上，或者买更节能的设备。如果这是你的情况，这个教程适合你。

7、 另一个问题是，即使你的Arduino处于睡眠状态，你的传感器可能仍然处于活动状态，从而耗尽你的电池。因此，在太阳能充电电池上增加了一个定时器电路，它只向Arduino供电几秒钟，然后再次关闭以省电。它适用于您的微控制器仅用于读取一些传感器、传输或保存数据以及返回睡眠几分钟的应用。

8、 这里描述的电路还在测试中，使用的元件还没有分析透彻(模型二极管，晶体管和电阻值)。我打算以后把这个电路变成ArduinoUno的电池供电太阳能充电板，但是现在还在试错。所以，请随时评论关注本项目，使用风险自担！

9、 步骤1:材料

10、 您将需要以下组件来构建这个太阳能电路：

11、 ArduinoUno

12、 小面包板

13、 5V升压器

14、 锂电池充电器(TP4056)

15、 6V太阳能电池

16、 8560锂电池

17、 电池盒

18、 1N4004二极管(x2)

19、 55集成电路

20、 2N3904三极管(x2)

21、 1兆欧电阻(x2)

22、 100千欧电阻器(x3)

23、 10千欧电阻(x1)

24、 100微法电解电容器(x2)

25、 1nf陶瓷电容(x1)

26、 5VSPDT继电器

27、 跳高运动员

28、 usb电缆

29、 第二步：组装太阳能电池充电器

30、 首先，你必须组装太阳能电池充电器电路。它使用一些太阳能电池的能量给电池充电，并将其电压提高到ArduinoUno使用的5V。

31、 太阳能电池连接到锂电池充电器(TP4056)的输入端，其输出端连接到18560锂电池。5V升压器也连接到电池，用于将3.7V直流电转换成5V直流电。你可以检查图中组件之间的连接。

32、 一些引脚焊接到两个模块(TP4056和升压器)的底部，以便更容易连接到面包板。如果不用面包板，可以用电线把元器件连接起来，焊接起来。

33、 此时，你可能已经给ArduinoUno上电了，把它接到booster的USB接口上，你的Arduino就会一直工作到电池耗尽。当阳光照耀时，电池会自动开始充电。

34、 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。齐纳二极管可以用来限制电压和保护电路。

35、 根据您的功耗，您的电池会很快放电。如果是这种情况，请执行下一步。

36、 第三步：定时器电路

37、 有许多项目涉及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，或者使用Wi-Fi、蓝牙、以太网等传输它们的值。之后，它通常会进入空闲状态，直到下一个采样时间到来。

38、 在这段空闲时间，你可能会让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功耗，但电压调节器和其他外围设备(如传感器和通信模块)

39、 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。

40、 在关闭状态期间，定时器电路仅消耗几毫安。

41、 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。

42、 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。

43、 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。

44、 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0.8mA。当电路开启（短时间）时，它消耗大约40mA，这会添加到Arduino（和其他外围设备）消耗的电流中。

45、 很难测量实际值，但ArduinoUno通常消耗大约52mA。

46、 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36mAh。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……

47、 第4步：组装定时器电路

48、

49、 根据原理图组装定时器电路。

50、 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：

51、 R1=2兆欧

52、 R2=200千欧

53、 R4=10欧姆

54、 R5=10千欧姆

55、 C1=200uF

56、 C2=10nF

57、 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。

58、 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。

59、 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）。

60、 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。

61、 第5步：完成电路和测试

62、

63、 定时器电路工作后，将其输出连接到Arduino5V和GND引脚。它看起来像图片中的那个。

64、 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。

65、 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！

66、 第6步：功耗和运行时间

67、 我想对功耗和运行时间做一些考虑。

68、 考虑5分钟OFF和27秒ON，电路+Arduino的功耗如下：

69、 不带开关电路（使用睡眠模式）：

70、 平均电流（Iavg）=（Ton*Ion+Toff*Ioff）/（Ton+Toff）

71、 吨（Arduino处于活动状态）=27秒

72、 离子=51.7mA

73、 Toff（arduino关闭）=5分钟=300秒

74、 Ioff=34.9毫安

75、 Iavg=36.3毫安

76、 工作电压（Vo）=5V

77、 平均功率（Pavg）=Vo*Iavg=5*36.3=181mW

78、 锂离子电池容量=3000mAh

79、 电池电压=3.7V

80、 功率=3.7*3000=11100毫瓦时

81、 电池寿命=11100/181=61小时=2.5天

82、 带定时开关电路：

83、 平均电流（Iavg）=（Ton*Ion+Toff*Ioff）/（Ton+Toff）

84、 吨（arduino处于活动状态）=27s

85、 离子=92mA

86、 Toff（arduino关闭）=5分钟=300秒

87、 Ioff=0.8毫安

88、 Iavg=8.2毫安

89、 工作电压（Vo）=5V

90、 平均功率（Pavg）=Vo*Iavg=5*8.2=41mW

91、 锂离子电池容量=3000mAh

92、 电池电压=3.7V

93、 功率=3.7*3000=11100毫瓦时

94、 电池寿命=11100/41=270小时=11天

95、 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。

96、 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。

本文到此结束，希望对大家有所帮助。

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