如何创建一个由时间开关电池供电的太阳能充电威廉希尔官方网站

　　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威廉希尔官方网站 ，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威廉希尔官方网站 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威廉希尔官方网站 ，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威廉希尔官方网站 绕过低效稳压器，或者使用具有相当高效电源的威廉希尔官方网站 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威廉希尔官方网站 ，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。

　　此处描述的威廉希尔官方网站 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）。我打算稍后将此威廉希尔官方网站 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威廉希尔官方网站 ：

　　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集成威廉希尔官方网站

　　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威廉希尔官方网站 。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。在这个威廉希尔官方网站 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威廉希尔官方网站 。

　　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：定时器威廉希尔官方网站

　　

　　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威廉希尔官方网站 ，该威廉希尔官方网站 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，威廉希尔官方网站 将切断电源几分钟，然后重新启动该过程。

　　在关闭状态期间，定时器威廉希尔官方网站 仅消耗几毫安。

　　非稳态模式下的 555 定时器威廉希尔官方网站 旨在控制 Arduino 及其外围设备何时开启/关闭。在非稳态威廉希尔官方网站 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。

　　这种威廉希尔官方网站 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威廉希尔官方网站 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，以验证威廉希尔官方网站 的功耗。在关断状态期间，威廉希尔官方网站 指示仅消耗 0.8 mA。当威廉希尔官方网站 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。如果使用定时开关威廉希尔官方网站 ，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：组装定时器威廉希尔官方网站

　　

　　根据原理图组装定时器威廉希尔官方网站 。

　　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 分钟才能看到我的威廉希尔官方网站 工作。

　　图为安装在面包板上的威廉希尔官方网站 。我有一个输入（+5V/GND 来自升压器）和一个输出（+5V/GND 到 Arduino）。

　　为时间威廉希尔官方网站 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：完成威廉希尔官方网站 和测试

　　

　　定时器威廉希尔官方网站 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威廉希尔官方网站 ，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，威廉希尔官方网站 +Arduino的功耗如下：

　　不带开关威廉希尔官方网站 （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

　　带定时开关威廉希尔官方网站 ：

　　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，该定时器威廉希尔官方网站 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。