วงจรไฟถนนพลังงานแสงอาทิตย์ LED อัตโนมัติ 40 วัตต์

บทความต่อไปนี้กล่าวถึงการสร้างวงจรไฟถนน LED อัตโนมัติ 40 วัตต์ที่น่าสนใจซึ่งจะเปิดโดยอัตโนมัติในเวลากลางคืนและปิดในเวลากลางวัน (ออกแบบโดยฉัน) ในเวลากลางวันแบตเตอรี่ในตัวจะถูกชาร์จผ่านแผงโซลาร์เซลล์เมื่อชาร์จแบตเตอรี่ก้อนเดียวกันแล้วจะใช้เพื่อเปิดหลอดไฟ LED ในเวลากลางคืนเพื่อให้แสงสว่างตามท้องถนน

ปัจจุบันแผงโซลาร์เซลล์และเซลล์แสงอาทิตย์ได้รับความนิยมอย่างมากและในอนาคตอันใกล้นี้เราอาจจะได้เห็นพวกเราทุกคนใช้มันในทางใดทางหนึ่งในชีวิตของเรา การใช้อุปกรณ์เหล่านี้ที่สำคัญอย่างหนึ่งคือในด้านการให้แสงสว่างบนท้องถนน

วงจรที่ได้รับการกล่าวถึงในที่นี้มีข้อกำหนดมาตรฐานส่วนใหญ่รวมอยู่ด้วยข้อมูลต่อไปนี้จะอธิบายอย่างละเอียดมากขึ้น:

ข้อมูลจำเพาะของหลอดไฟ LED

• แรงดันไฟฟ้า: 12 โวลต์ (แบตเตอรี่ 12V / 26AH)
• การบริโภคปัจจุบัน: 3.2 แอมป์ที่ 12 โวลต์
• การใช้พลังงาน: 39 วัตต์โดย 39nos ของไฟ LED 1 วัตต์
• ความเข้มของแสง: ประมาณ 2000 lm (ลูเมน)

ข้อกำหนดเครื่องชาร์จ / คอนโทรลเลอร์

• อินพุต: 32 โวลต์จากแผงโซลาร์เซลล์ที่ระบุด้วยแรงดันไฟฟ้าวงจรเปิดประมาณ 32 โวลต์และกระแสไฟฟ้าลัดวงจร 5 ถึง 7 แอมป์
• เอาต์พุต: สูงสุด. 14.3 โวลต์กระแส จำกัด ที่ 4.4 แอมป์
• แบตเตอรี่เต็ม - ตัดที่ 14.3 โวลต์ (ตั้งค่าโดย P2)
• แบตเตอรี่ต่ำ - ตัดที่ 11.04 โวลต์ (ตั้งค่าโดย P1)
• แบตเตอรี่ชาร์จที่อัตรา C / 5 โดยมีแรงดันไฟฟ้าลอยตัว จำกัด ไว้ที่ 13.4 โวลต์หลังจาก“ ปิดแบตเตอรี่เต็ม”
• การสลับกลางวัน / กลางคืนอัตโนมัติด้วยเซ็นเซอร์ LDR (ตั้งค่าโดยเลือก R10 ให้เหมาะสม)

ในส่วนแรกของบทความนี้เราจะศึกษาขั้นตอนของเครื่องชาร์จ / คอนโทรลเลอร์พลังงานแสงอาทิตย์และวงจรตัดแรงดันไฟฟ้าเกิน / ต่ำที่สอดคล้องกันและส่วนตัดอัตโนมัติทั้งกลางวัน / กลางคืน

การออกแบบข้างต้นสามารถทำให้ง่ายขึ้นได้มากโดยการกำจัดขั้นตอน IC 555 และโดยการเชื่อมต่อทรานซิสเตอร์ตัดการถ่ายทอดวันเวลาโดยตรงกับแผงโซลาร์เซลล์บวกดังที่แสดงด้านล่าง:

ส่วนรายการ

• R1, R3, R4, R12 = 10k
• R5 = 240 โอห์ม
• P1, P2 = 10K ที่ตั้งไว้ล่วงหน้า
• P3 = 10k pot หรือ preset
• R10 = 470K,
• R9 = 2M2
• R11 = 100K
• R8 = 10 โอห์ม 2 วัตต์
• T1 ---- T4 = BC547
• A1 / A2 = 1/2 IC324
• ไดโอดซีเนอร์ทั้งหมด = 4.7V, 1/2 วัตต์
• D1 - D3, D6 = 1N4007
• D4, D5 = 6AMP ไดโอด
• IC2 = IC555
• IC1 = LM338
• รีเลย์ = 12V, 400 OHMS, SPDT
• แบตเตอรี่ = 12V, 26AH
• แผงโซล่าร์ = วงจรเปิด 21V, 7AMP @ วงจรสั้น

เครื่องชาร์จ / ตัวควบคุมพลังงานแสงอาทิตย์, การตัดแบตเตอรี่สูง / ต่ำและขั้นตอนวงจรตรวจจับแสงโดยรอบ:

ข้อควรระวัง : อุปกรณ์ควบคุมการชาร์จเป็นสิ่งจำเป็นสำหรับระบบไฟถนนใด ๆ คุณอาจพบการออกแบบอื่น ๆ บนอินเทอร์เน็ตที่ไม่มีคุณสมบัตินี้เพียงแค่เพิกเฉย สิ่งเหล่านี้อาจเป็นอันตรายต่อแบตเตอรี่!

อ้างอิงจากแผนภาพวงจรไฟถนน 40 วัตต์ด้านบนแรงดันไฟฟ้าของแผงจะถูกควบคุมและปรับให้เสถียรถึง 14.4 โวลต์ที่ต้องการโดย IC LM 338

P3 ใช้สำหรับตั้งค่าแรงดันเอาต์พุตเป็น 14.3 โวลต์หรือที่ไหนสักแห่งใกล้ ๆ

R6 และ R7 สร้างส่วนประกอบที่ จำกัด ในปัจจุบันและต้องคำนวณอย่างเหมาะสมตามที่กล่าวไว้ ในวงจรควบคุมแรงดันไฟฟ้าของแผงโซลาร์เซลล์นี้ .

แรงดันไฟฟ้าที่เสถียรจะถูกนำไปใช้กับการควบคุมแรงดันไฟฟ้า / ประจุและขั้นตอนที่เกี่ยวข้อง

opamps A1 และ A2 สองตัวเชื่อมต่อกับการกำหนดค่าคอนเวิร์สซึ่งหมายความว่าเอาต์พุตของ A1 จะสูงเมื่อตรวจพบค่าแรงดันไฟฟ้าที่กำหนดไว้ล่วงหน้าในขณะที่เอาต์พุตของ A2 จะสูงเมื่อตรวจพบเกณฑ์แรงดันไฟฟ้าต่ำที่กำหนดไว้ล่วงหน้า

เกณฑ์แรงดันไฟฟ้าสูงและต่ำข้างต้นได้รับการกำหนดอย่างเหมาะสมโดย P2 และ P1 ที่ตั้งไว้ล่วงหน้าตามลำดับ

ทรานซิสเตอร์ T1 และ T2 ตอบสนองตามเอาต์พุตข้างต้นจาก opamps และเปิดใช้งานรีเลย์ตามลำดับเพื่อควบคุมระดับการชาร์จของแบตเตอรี่ที่เชื่อมต่อตามพารามิเตอร์ที่กำหนด

รีเลย์ที่เชื่อมต่อกับ T1 ควบคุมขีด จำกัด การชาร์จไฟเกินของแบตเตอรี่โดยเฉพาะ

รีเลย์ที่เชื่อมต่อกับ T3 มีหน้าที่รับแรงดันไฟฟ้าเข้ากับหลอดไฟ LED ตราบเท่าที่แรงดันไฟฟ้าของแบตเตอรี่สูงกว่าเกณฑ์แรงดันไฟฟ้าต่ำและตราบเท่าที่ไม่มีแสงรอบข้างอยู่รอบ ๆ ระบบรีเลย์นี้จะยังคงเปิดหลอดไฟอยู่โมดูล LED จะปิดทันทีในกรณีที่ไม่เป็นไปตามเงื่อนไขที่กำหนดไว้

การทำงานของวงจร

IC1 พร้อมกับชิ้นส่วนที่เกี่ยวข้องสร้างวงจรตรวจจับแสงเอาต์พุตจะสูงเมื่อมีแสงโดยรอบและในทางกลับกัน

สมมติว่าเป็นเวลากลางวันและแบตเตอรี่ที่ปล่อยออกมาบางส่วนที่ 11.8V เชื่อมต่อกับจุดที่เกี่ยวข้องและสมมติว่าระบบตัดไฟฟ้าแรงสูงตั้งไว้ที่ 14.4V เมื่อเปิดสวิตช์เครื่อง (จากแผงโซลาร์เซลล์หรือแหล่งจ่ายไฟ DC ภายนอก) แบตเตอรี่จะเริ่มชาร์จผ่านหน้าสัมผัส N / C ของรีเลย์

เนื่องจากวันนี้เอาต์พุตของ IC1 จึงสูงซึ่งจะเปิด T3 รีเลย์ที่เชื่อมต่อกับ T3 จะเก็บแรงดันไฟฟ้าของแบตเตอรี่และยับยั้งไม่ให้ไปถึงโมดูล LED และหลอดไฟจะยังคงดับอยู่

เมื่อแบตเตอรี่ชาร์จเต็มแล้วเอาต์พุตของ A1 จะเปิดสวิตช์ T1 และรีเลย์ที่เกี่ยวข้อง

สิ่งนี้จะตัดการเชื่อมต่อแบตเตอรี่จากแรงดันไฟฟ้าในการชาร์จ

สถานการณ์ข้างต้นสลักเปิดด้วยความช่วยเหลือของแรงดันไฟฟ้าป้อนกลับจากหน้าสัมผัส N / O ของรีเลย์ด้านบนไปยังฐานของ T1

สลักจะยังคงอยู่จนกว่าจะถึงสภาวะแรงดันไฟฟ้าต่ำเมื่อ T2 เปิดสวิตช์การต่อสายดินฐานของ T1 และเปลี่ยนรีเลย์ด้านบนเข้าสู่โหมดการชาร์จ

นี่เป็นการสรุปตัวควบคุมแบตเตอรี่สูง / ต่ำของเราและขั้นตอนเซ็นเซอร์แสงของวงจรระบบไฟถนนพลังงานแสงอาทิตย์อัตโนมัติ 40 วัตต์ที่เสนอ

การอภิปรายต่อไปนี้จะอธิบายขั้นตอนการสร้างวงจรโมดูล LED ที่ควบคุมด้วย PWM

วงจรที่แสดงด้านล่างแสดงถึงโมดูลหลอดไฟ LED ซึ่งประกอบด้วย 39 nos ไฟ LED กำลังสว่างสูง 1 วัตต์ / 350 mA อาร์เรย์ทั้งหมดถูกสร้างขึ้นโดยการเชื่อมต่อจำนวน 13 ชุดการเชื่อมต่อแบบขนานซึ่งประกอบด้วยไฟ LED 3 ดวงในแต่ละซีรี่ส์

มันทำงานอย่างไร

การจัดเรียง LED ด้านบนค่อนข้างเป็นมาตรฐานในการกำหนดค่าและไม่ได้เน้นความสำคัญมากนัก

ส่วนสำคัญที่แท้จริงของวงจรนี้คือส่วน IC 555 ซึ่งได้รับการกำหนดค่าในโหมดมัลติไวเบรเตอร์แบบ Astable ทั่วไป

ในโหมดนี้ขาเอาต์พุต # 3 ของ IC จะสร้างรูปคลื่น PWM ที่แน่นอนซึ่งสามารถปรับเปลี่ยนได้โดยการตั้งค่ารอบการทำงานของ IC ให้เหมาะสม

รอบการทำงานของการกำหนดค่านี้ถูกปรับโดยการตั้งค่า P1 ตามความต้องการ

เนื่องจากการตั้งค่า P1 จะกำหนดระดับการส่องสว่างของ LED ด้วยควรทำอย่างระมัดระวังเพื่อให้ได้ผลลัพธ์ที่ดีที่สุดจาก LED P1 ยังกลายเป็นตัวควบคุมการลดแสงของโมดูล LED

การรวมการออกแบบ PWM ที่นี่มีบทบาทสำคัญเนื่องจากช่วยลดการใช้พลังงานของ LED ที่เชื่อมต่อได้อย่างมาก

หากโมดูล LED เชื่อมต่อโดยตรงกับแบตเตอรี่โดยไม่ต้องใช้ขั้นตอน IC 555 ไฟ LED จะใช้พลังงานเต็ม 36 วัตต์ที่ระบุ

เมื่อใช้ไดรเวอร์ PWM โมดูล LED จะใช้พลังงานประมาณ 1/3 เท่านั้นนั่นคือประมาณ 12 วัตต์ แต่ยังดึงความสว่างสูงสุดที่ระบุออกจาก LED

สิ่งนี้เกิดขึ้นเนื่องจากเนื่องจากพัลส์ PWM ที่ป้อนทรานซิสเตอร์ T1 จะยังคงเปิดอยู่เป็นเวลา 1 ใน 3 ของช่วงเวลาปกติเท่านั้นการสลับ LED ในระยะเวลาที่สั้นลงเท่าเดิมอย่างไรก็ตามเนื่องจากความคงทนของการมองเห็นเราจึงพบว่า LED เป็น เปิดตลอดเวลา

ความถี่สูงของแอสเทเบิลทำให้การส่องสว่างมีความเสถียรมากและไม่สามารถตรวจจับการสั่นสะเทือนได้แม้ในขณะที่การมองเห็นของเรากำลังเคลื่อนไหว

โมดูลนี้รวมเข้ากับบอร์ดควบคุมพลังงานแสงอาทิตย์ที่กล่าวถึงก่อนหน้านี้

บวกและลบของวงจรที่แสดงจะต้องเชื่อมต่อกับจุดที่เกี่ยวข้องบนแผงควบคุมพลังงานแสงอาทิตย์

นี่เป็นการสรุปคำอธิบายทั้งหมดของโครงการวงจรไฟถนน LED พลังงานแสงอาทิตย์อัตโนมัติ 40 วัตต์ที่เสนอ

หากคุณมีคำถามใด ๆ คุณสามารถแสดงความคิดเห็นของคุณได้

อัพเดท: ทฤษฎีข้างต้นเกี่ยวกับการมองเห็นแสงสว่างสูงและการบริโภคที่ต่ำลงเนื่องจากการคงอยู่ของการมองเห็นไม่ถูกต้อง น่าเศร้าที่คอนโทรลเลอร์ PWM นี้ทำงานเป็นตัวควบคุมความสว่างเท่านั้นและไม่มีอะไรเพิ่มเติม!

แผนภาพวงจรสำหรับคอนโทรลเลอร์ PWM LED สำหรับไฟถนน

ส่วนรายการ

• R1 = 100K
• P1 = 100K หม้อ
• C1 = 680pF
• C2 = 0.01 ยูเอฟ
• R2 = 4K7
• T1 = TIP122
• R3 ---- R14 = 10 โอห์ม 2 วัตต์
• ไฟ LED = 1 วัตต์ 350 mA สีขาวนวล
• IC1 = IC555

ในต้นแบบสุดท้าย LED ติดตั้งบน PCB ชนิดฮีทซิงค์ที่ทำจากอะลูมิเนียมพิเศษขอแนะนำอย่างยิ่งโดยที่อายุการใช้งานของ LED จะลดลง

รูปภาพต้นแบบ

ไฟถนนต้นแบบโดยนวัตกรรมของ Swagatam

วงจรไฟถนนที่ง่ายที่สุด

หากคุณเป็นมือใหม่และกำลังมองหาระบบไฟถนนอัตโนมัติที่เรียบง่ายการออกแบบต่อไปนี้อาจตอบสนองความต้องการของคุณได้

วงจรไฟถนนอัตโนมัติที่ง่ายที่สุดนี้สามารถประกอบได้อย่างรวดเร็วโดยมือใหม่และติดตั้งเพื่อให้ได้ผลลัพธ์ที่ต้องการ

สร้างขึ้นโดยใช้แนวคิดที่เปิดใช้งานด้วยแสงสามารถใช้วงจรสำหรับการเปิดและปิดไฟถนนหรือกลุ่มหลอดไฟโดยอัตโนมัติเพื่อตอบสนองต่อระดับแสงโดยรอบที่แตกต่างกัน

หน่วยไฟฟ้า เมื่อสร้างเสร็จแล้วสามารถใช้เพื่อปิดหลอดไฟเมื่อรุ่งสางแตกและเปิดเมื่อพลบค่ำ

มันทำงานอย่างไร

วงจรสามารถใช้เป็นแบบอัตโนมัติ เปิดไฟกลางคืน ระบบควบคุมหรือสวิตช์เปิดใช้งานไฟธรรมดา ลองทำความเข้าใจการทำงานของวงจรที่มีประโยชน์นี้และวิธีการสร้างที่ง่ายมาก:

เมื่ออ้างถึงแผนภาพวงจรเราจะเห็นการกำหนดค่าที่เรียบง่ายซึ่งประกอบด้วยทรานซิสเตอร์สองตัวและรีเลย์ซึ่งเป็นส่วนควบคุมพื้นฐานของวงจร

แน่นอนว่าเราไม่สามารถลืม LDR ซึ่งเป็นส่วนประกอบสำคัญในการตรวจจับของวงจรได้ โดยพื้นฐานแล้วทรานซิสเตอร์จะถูกจัดเรียงเพื่อให้ทั้งคู่เสริมกันซึ่งหมายความว่าเมื่อทรานซิสเตอร์ด้านซ้ายมือดำเนินการทรานซิสเตอร์ด้านขวามือจะปิดและในทางกลับกัน

ทรานซิสเตอร์ด้านซ้ายมือ T1 ถูกยึดเป็น เครื่องเปรียบเทียบแรงดันไฟฟ้า โดยใช้เครือข่ายตัวต้านทาน ตัวต้านทานที่ต้นแขนคือ LDR และตัวต้านทานแขนล่างเป็นค่าที่ตั้งไว้ซึ่งใช้ในการกำหนดค่าหรือระดับเกณฑ์ T2 ถูกจัดเรียงเป็นอินเวอร์เตอร์และสลับการตอบสนองที่ได้รับจาก T1

LDR ทำงานอย่างไร

ในขั้นต้นสมมติว่าระดับแสงน้อยกว่า LDR มีความต้านทานสูง ระดับข้ามซึ่งไม่อนุญาตให้กระแสไฟฟ้าเพียงพอที่จะไปถึงฐานของทรานซิสเตอร์ T1

สิ่งนี้ช่วยให้ระดับศักย์ที่ตัวสะสมอิ่มตัว T2 และส่งผลให้รีเลย์ยังคงทำงานในสภาวะนี้

เมื่อระดับแสงเพิ่มขึ้นและมีขนาดใหญ่พอที่ LDR ระดับความต้านทานจะลดลงสิ่งนี้จะช่วยให้กระแสไฟฟ้าไหลผ่านได้มากขึ้นซึ่งในที่สุดก็ถึงฐานของ T1

ทรานซิสเตอร์ตอบสนองต่อ LDR อย่างไร

ทรานซิสเตอร์ T1 ทำหน้าที่ดึงศักยภาพของตัวสะสมลงกราวด์ สิ่งนี้จะยับยั้งการนำของทรานซิสเตอร์ T2 ปิดรีเลย์โหลดตัวเก็บรวบรวมและหลอดไฟที่เชื่อมต่อ

รายละเอียดแหล่งจ่ายไฟ

แหล่งจ่ายไฟเป็นแบบมาตรฐาน หม้อแปลงไฟฟ้า , สะพาน, เครือข่ายตัวเก็บประจุซึ่งให้ก ทำความสะอาด DC ไปยังวงจรสำหรับดำเนินการตามที่เสนอ

วงจรทั้งหมดสามารถสร้างขึ้นบนบอร์ด vero ชิ้นเล็ก ๆ และชุดประกอบทั้งหมดพร้อมกับแหล่งจ่ายไฟอาจอยู่ในกล่องพลาสติกขนาดเล็กที่แข็งแรง

ตำแหน่งของ LDR

ต้องวาง LDR ไว้นอกกรอบซึ่งหมายความว่าพื้นผิวการตรวจจับควรสัมผัสกับบริเวณโดยรอบจากจุดที่ต้องตรวจจับระดับแสง

ควรใช้ความระมัดระวังไม่ให้แสงจากหลอดไฟส่องถึง LDR ซึ่งอาจส่งผลให้เกิดการสลับและการสั่นที่ผิดพลาด

ส่วนรายการ

• R1, R2, R3 = 2K2,
• VR1 = 10K ที่ตั้งไว้ล่วงหน้า
• C1 = 100 ยูเอฟ / 25 โวลต์
• C2 = 10uF / 25V,
• D1 ---- D6 = 1N4007
• T1, T2 = BC547,
• รีเลย์ = 12 โวลต์, 400 โอห์ม, SPDT,
• LDR = ทุกประเภทที่มีความต้านทาน 10K ถึง 47K ที่แสงโดยรอบ
• หม้อแปลง = 0-12V, 200mA

การออกแบบ PCB

ใช้ opamp IC 741

ข้างต้นอธิบายวงจรไฟถนนที่เปิดใช้งานความมืดอัตโนมัติสามารถทำได้โดยใช้ opamp ดังที่แสดงด้านล่าง:

คำอธิบายการทำงาน

ที่นี่ IC 741 ได้รับการออกแบบให้เป็นตัวเปรียบเทียบโดยที่พินที่ไม่กลับด้าน # 3 นั้นเชื่อมต่อกับพรีเซ็ต 10k หรือพอตสำหรับสร้างการอ้างอิงทริกเกอร์ที่พินนี้

พิน # 2 ซึ่งเป็นอินพุทอินพุทของ IC ได้รับการกำหนดค่าด้วยเครือข่ายตัวแบ่งที่เป็นไปได้ที่สร้างโดยตัวต้านทานที่ขึ้นกับแสงหรือ LDR และตัวต้านทาน 100K

ค่าที่ตั้งไว้ล่วงหน้า 10K จะถูกปรับในตอนแรกเพื่อให้เมื่อแสงโดยรอบของ LDR ถึงเกณฑ์ความมืดที่ต้องการพิน # 6 จะสูง สิ่งนี้ทำได้ด้วยทักษะและความอดทนโดยการเลื่อนค่าที่ตั้งไว้อย่างช้าๆจนกระทั่งพิน # 6 สูงขึ้นเท่านั้นซึ่งระบุได้จากการเปิดสวิตช์ของรีเลย์ที่เชื่อมต่อและการส่องสว่างของ LED สีแดง

สิ่งนี้จะต้องทำโดยการสร้างระดับแสงเกณฑ์ความมืดเทียมบน LDR ภายในห้องปิดและโดยใช้แสงสลัวเพื่อจุดประสงค์

เมื่อตั้งค่าล่วงหน้าแล้วอาจปิดผนึกด้วยกาวอีพ๊อกซี่บางส่วนเพื่อให้การปรับคงที่และไม่เปลี่ยนแปลง

หลังจากนี้วงจรอาจอยู่ภายในกล่องที่เหมาะสมพร้อมกับอะแดปเตอร์ 12V สำหรับเปิดวงจรและหน้าสัมผัสรีเลย์ต่อสายไฟถนนที่ต้องการ

ต้องใช้ความระมัดระวังเพื่อให้แน่ใจว่าการส่องสว่างของหลอดไฟไม่เคยส่องถึง LDR มิฉะนั้นอาจทำให้หลอดไฟสั่นหรือกะพริบอย่างต่อเนื่องทันทีที่เปิดใช้งานในเวลาพลบค่ำ