Luz de tarro de jardín solar colorida: 9 pasos (con imágenes)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Última modificación: 2024-01-30 08:42

La forma más sencilla de hacer un frasco de luz solar es desmontar una de esas lámparas solares de jardín baratas y colocarla en un frasco de vidrio. Como ingeniero, quería algo más sofisticado. Esas luces blancas son aburridas, así que decidí girar mi propio diseño basado en un Arduino, leds RGB y un sensor para que se pueda cambiar el color simplemente inclinando la luz.

La celda solar carga la batería de litio y también sirve como sensor de luz para encender la luz automáticamente cuando oscurece. Puse mucho cuidado en el diseño para reducir el consumo de energía cuando la luz está apagada y toda la energía recolectada se puede utilizar para iluminar su jardín. Se pueden encontrar más detalles sobre el proceso de diseño en mi blog: BashtelorOfScience.

Paso 1: Partes

Necesitará estos componentes:

• 1x frasco de vidrio (los consigo en IKEA)
• 1x PCB SolarGardenJarLight
• 1x controlador de carga TP4054 (IC1)
• 2x resistencia, 1M, 0805 (R4, R6)
• 2x resistencia, 10M, 0805 (R3, R5)
• Resistencia 3x, 10k, 0805 (R1, R2, R7)
• Condensador 4x, 1uF, 0805 (C1, C2, C3, C4)
• 1x LED, 0805, verde (LED1)
• 1x MOSFET AO3401, canal P, SOT23 (Q1)
• 1x tira de LED WS2812 cortada en 3 LED (100 LED por metro)
• 1x módulo acelerómetro ADXL345
• 1x batería de litio, 500 mAh, no más grande que 40x40 mm
• 1x panel solar, 5V o 5.5V, 45x45mm o 60x60mm

• 1x Arduino Pro Mini (ATmega328P o ATmega168P, versión 5V / 16MHz)

Todos los componentes están disponibles en aliexpress por varios proveedores. Hice que el PCB esté disponible en PCB sucios: se puede pedir en negro o en blanco (obtendrá 10 PCB). El precio por linterna al pedir piezas de 10 piezas ronda los 12 $.

Paso 2: prepara el Arduino para baja potencia

El Arduino Pro Mini consume mucha corriente de reposo porque tiene un LED de encendido que siempre está encendido y el regulador de voltaje también es una bestia hambrienta de energía si estamos hablando de baja corriente en el orden de micro amperios. Tienes que eliminar estos dos componentes. Hay varias versiones de clones de Arduino por ahí. En la foto de arriba, marqué el LED y el regulador de voltaje en las versiones más comunes.

Para quitar los componentes use un soldador y ponga mucha soldadura en los componentes y caliéntelos bien. Si es necesario, limpie las almohadillas después con una mecha de soldadura. También es posible quitar los componentes por la fuerza bruta con un cortador lateral o un cuchillo. Solo tenga cuidado de no dañar la PCB.

Ahora también es un buen momento para subir el boceto. Utilizo la versión 1.8.4 del IDE de Arduino, pero también debería funcionar en versiones anteriores o posteriores. El Arduino Pro Mini no tiene USB a bordo, por lo que debe usar un convertidor externo de USB a UART. Obtenga uno de su proveedor Arduino favorito o puede encontrarlos por menos de 2 $ en aliexpress. Hay varios tutoriales en línea sobre cómo programar el Pro Mini. Tenga en cuenta que los clones de Arduno no siempre usan el mismo orden de pines, así que verifique su cableado antes de enchufarlo. También asegúrese de tener la placa correcta (Arduino Pro Mini) y el procesador correcto seleccionado en el menú Arduino IDE Tools (ATmega328P o ATmega168P, 5 V, 16 MHz).

Paso 3: Soldar los componentes SMD

Utilice la imagen de diseño de arriba para colocar todos los componentes en el lugar correcto. Los designadores de componentes se encuentran en la lista de piezas del paso 1.

Si necesita el esquema o el diseño, puede descargar los archivos de diseño del águila aquí.

Algunos de los componentes son bastante pequeños y pueden ser difíciles de soldar para un novato. Utilizo una jeringa con una boquilla pequeña para poner pasta de soldadura en las almohadillas y luego soldar por reflujo los componentes con mi placa de soldadura casera, pero por supuesto también puede hacerlo con un soldador y un alambre de soldadura de 0,8 mm (o más delgado).

Después de soldar todos los componentes, utilice una lupa para inspeccionar su trabajo y comprobar si hay cortocircuitos, especialmente en el controlador de carga.

Paso 4: suelda el Arduino

Para comunicarnos con el acelerómetro con el protocolo de comunicaciones I2C tenemos que conectar los pines A4 y A5 del arduino a la PCB. Estos pines suelen estar al lado del procesador (ver foto en el paso 2) pero en algunos clones están en el borde y tampoco siempre en el mismo lugar. El diseño de PCB funciona con todas las versiones diferentes: para la versión estándar con los pines al lado del procesador, agregue el encabezado de pines como se muestra arriba.

Para las otras versiones, puede usar un trozo de cable para conectar los pines A4 y A5 a las almohadillas de la PCB. Corta los cables a la longitud adecuada después de soldar.

Algunos arduinos vienen con los encabezados de los pines soldados, otros sin. Descubrí que es más fácil soldar los encabezados a la placa de circuito impreso de luz del tarro de jardín primero y luego agregar el Arduino. Solo asegúrese de que los encabezados estén soldados en línea recta o tendrá dificultades para colocar los pines en las almohadillas.

Paso 5: Terminando la PCB

Al soldar el módulo acelerómetro ADXL345, es importante que esté paralelo a la PCB. La mejor manera de asegurarse de esto es colocar el módulo directamente en la PCB e insertar el encabezado del pin desde abajo como se muestra en las fotos. Agregue soldadura desde la parte superior y después de cortar el cabezal en el lado inferior también agregue soldadura allí.

Corta todas las clavijas de la parte inferior con un cortador lateral y luego coloca un poco de cinta adhesiva encima de todas las clavijas para evitar que las clavijas afiladas entren en la batería y provoquen un cortocircuito.

El último paso es agregar la tira de LED. Asegúrese de que la polaridad de las almohadillas sea correcta y preste atención a la dirección de la clavija de datos: haga coincidir las flechas de la tira de LED con las flechas de la PCB.

Paso 6: Panel solar y batería

Utilice cables de unos 5 cm de largo para conectar el panel solar a las dos almohadillas marcadas como 'solar' y preste atención a los símbolos más y menos.

Lo último que hay que soldar es la batería. Tenga mucho cuidado aquí: las baterías de litio tienen mucha energía y pueden hacer que su PCB se convierta en humo si accidentalmente corta algunos rastros. Si aún no lo hay, coloque cinta adhesiva en el cable positivo de la batería para evitar cortocircuitos accidentales. Suelde primero el cable negativo negro porque es más difícil de soldar. Retire la cinta protectora del cable rojo y suéldelo. Verá el LED en la placa Arduino parpadeando brevemente cuando conecte la batería.

Si ya cargó el boceto en el Arduino, ahora puede encender la luz tocando repetidamente la PCB con una uña. Si no funciona, debe comenzar a depurar con un multímetro. Primero verifique el voltaje de la batería. Si no hay energía, puede estar en modo de protección. Ilumine un poco de luz brillante en el panel solar para sacar la batería de este modo. Si esto no ayuda y todavía no hay energía, desconecte la batería y revise su PCB para ver si hay cortocircuitos o circuitos abiertos con la ayuda del esquema hasta que encuentre el error.

Paso 7: Termina la luz

Después de probar con éxito el circuito, fije la batería a la parte inferior de la PCB con pegamento o cinta adhesiva de doble cara. No use ningún pegamento a base de agua como el pegamento blanco porque es conductor hasta que se seca. Lo mejor para usar es silicona.

Fije el panel solar en la parte superior de la batería y use pegamento o cinta adhesiva de doble cara para formar un pequeño sándwich de electrónica. Retira los cables y fíjalos con un poco más de pegamento y deja que todo se seque. Pruebe si todavía funciona antes de montarlo en el frasco.

Paso 8: arma el frasco

Obtenga su frasco de vidrio y asegúrese de que el panel solar quepa en la tapa. Básicamente, puede usar cualquier frasco que desee siempre que sea transparente en la parte superior y resistente al agua.

El adhesivo preferido es la silicona porque puede soportar fácilmente las altas y bajas temperaturas del exterior. Cuanto más transparente, mejor, pero el ligeramente lechoso funciona bien, pero no te pongas silicona blanca o gris. También puede usar epoxi, pero puede agrietarse bajo estrés térmico.

Coloque un poco de silicona en el vidrio y luego presione la luz sobre el pegamento con el panel solar hacia el vidrio, por supuesto. Asegúrese de que se vea bien desde el exterior, retire, repita la limpieza si lo estropeó y luego déjelo secar.

Coloque el frasco en un lugar soleado. Se necesitan de 2 a 3 días de luz solar para cargar completamente la batería e incluso más si se coloca a la sombra. Si la luz comienza a parpadear en rojo, significa que la batería está agotada y necesita más luz para recargarse. Si coloca la luz en un lugar oscuro durante mucho tiempo (es decir, varias semanas), la batería puede agotarse y debe reemplazarse, así que asegúrese de que reciba suficiente luz y funcionará durante años.

Paso 9: Manual de usuario

Sobre

La luz se enciende automáticamente al amanecer si detecta condiciones de poca luz durante varios minutos y la batería tiene suficiente energía almacenada. Para encender manualmente la luz, simplemente toque la parte superior unas cuantas veces o agite el frasco con fuerza.

Apagado

La luz se apaga automáticamente después de unas tres horas cuando se enciende manualmente. Cuando se enciende automáticamente, funciona hasta que la batería está medio vacía (por lo que aún puede volver a encenderlo manualmente). Para apagarlo inmediatamente, déle la vuelta.

Cambiar el color

Para cambiar el color simplemente inclina la luz. Tiene tres modos de cambio de color:

1. Cambiar el brillo
2. Cambiar el color
3. Cambiar la saturación de color

Toque la tapa una vez para cambiar entre estos modos. Cuanto más se inclina, más rápido cambia.

Modo vela

Para cambiar entre el modo de luz constante y vela parpadeante, simplemente toque dos veces la tapa. La saturación y el brillo se restablecen a los niveles predeterminados (máximos) cuando se cambia del modo vela al modo estable.