Lâmpada solar colorida para jarras de jardim: 9 etapas (com fotos)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Última modificação: 2024-01-30 11:37

A maneira mais simples de fazer uma luz de jarro solar é desmontar uma daquelas lâmpadas solares de jardim baratas e fixá-la em uma jarra de vidro. Como engenheiro, queria algo mais sofisticado. Essas luzes brancas são chatas, então decidi girar meu próprio projeto baseado em um Arduino, leds RGB e um sensor para que a cor possa ser alterada simplesmente inclinando a luz.

A célula solar carrega a bateria de lítio e também serve como um sensor de luz para ligar a luz automaticamente quando escurece. Tive muito cuidado no projeto para reduzir o consumo de energia quando a luz está desligada e toda a energia colhida pode ser utilizada para iluminar seu jardim. Mais detalhes sobre o processo de design podem ser encontrados em meu blog: BashtelorOfScience.

Etapa 1: Peças

Você precisará destes componentes:

• 1 frasco de vidro (compro na IKEA)
• 1x PCB SolarGardenJarLight
• 1 controlador de carga TP4054 (IC1)
• 2x resistor, 1M, 0805 (R4, R6)
• 2x resistor, 10M, 0805 (R3, R5)
• 3x resistor, 10k, 0805 (R1, R2, R7)
• 4x capacitor, 1uF, 0805 (C1, C2, C3, C4)
• 1x LED, 0805, Verde (LED1)
• 1x AO3401 MOSFET, canal P, SOT23 (Q1)
• 1x tira de LED WS2812 cortada para 3 LEDs (100 LEDs por metro)
• 1x módulo acelerômetro ADXL345
• 1 bateria de lítio, 500mAh, não maior que 40x40mm
• 1x painel solar, 5V ou 5,5V, 45x45mm ou 60x60mm

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

Todos os componentes estão disponíveis no AliExpress por vários fornecedores. Disponibilizei o PCB em PCBs sujos: ele pode ser pedido em preto ou branco (você receberá 10 PCBs). O preço por lanterna na encomenda de peças de 10 peças é cerca de 12 $.

Etapa 2: preparar o Arduino para baixo consumo de energia

O Arduino Pro Mini consome muita corrente quiescente porque tem um LED de energia nele que está sempre ligado e o regulador de tensão também é uma besta faminta se estivermos falando de baixa corrente na ordem de micro amperes. Você tem que remover esses dois componentes. Existem várias versões de clones do Arduino por aí. Na foto acima marquei o LED e o regulador de tensão nas versões mais comuns.

Para remover os componentes use um ferro de soldar e coloque bastante solda nos componentes e aqueça-os bem. Se necessário, limpe as almofadas em seguida com um pavio de solda. Também é possível remover a força bruta dos componentes com um cortador lateral ou uma faca. Apenas tome cuidado para não danificar o PCB.

Agora também é um bom momento para fazer o upload do esboço. Eu uso a versão 1.8.4 do Arduino IDE, mas deve funcionar em versões posteriores ou mais antigas também. O Arduino Pro Mini não tem USB a bordo, então você precisa usar um conversor externo de USB para UART. Obtenha um de seu fornecedor Arduino favorito ou você pode encontrá-los por menos de 2 $ no AliExpress. Existem vários tutoriais online sobre como programar o Pro Mini. Esteja ciente de que os clones do Arduno nem sempre usam a mesma ordem de pinos, então verifique sua fiação antes de conectá-lo. Além disso, certifique-se de ter a placa correta (Arduino Pro Mini) e o processador correto selecionado no menu Arduino IDE Tools (ATmega328P ou ATmega168P, 5 V, 16 MHz).

Etapa 3: soldando os componentes SMD

Use a imagem de layout acima para colocar todos os componentes no lugar certo. Os designadores de componente estão na lista de peças na etapa 1.

Se você precisa do esquema ou do layout, pode baixar os arquivos de desenho de águia aqui.

Alguns dos componentes são muito pequenos e podem ser difíceis de soldar para um novato. Eu uso uma seringa com um pequeno bico para colocar pasta de solda nas almofadas e, em seguida, soldar novamente os componentes usando minha placa de solda caseira, mas é claro que você também pode fazer isso usando um ferro de solda e fio de solda de 0,8 mm (ou mais fino).

Depois de soldar todos os componentes, use uma lupa para inspecionar seu trabalho e verificar se há curto-circuitos, especialmente no controlador de carregamento.

Etapa 4: soldar o Arduino

Para se comunicar com o acelerômetro com o protocolo de comunicação I2C, temos que conectar os pinos A4 e A5 do arduino ao PCB. Esses pinos geralmente ficam próximos ao processador (veja a foto na etapa 2), mas em alguns clones eles estão na borda e nem sempre no mesmo local. O design do PCB funciona com todas as versões diferentes: para a versão padrão com os pinos próximos ao processador, adicione o cabeçote do pino conforme mostrado acima.

Para as outras versões, você pode usar um pedaço de fio para conectar os pinos A4 e A5 às almofadas do PCB. Corte os fios no comprimento certo após a soldagem.

Alguns arduinos vêm com os cabeçotes de pinos soldados, outros sem. Descobri que é mais fácil soldar os cabeçotes primeiro na placa de luz do jarro de jardim e, em seguida, adicionar o Arduino. Apenas certifique-se de que os conectores estão soldados em linha reta ou você terá dificuldade em encaixar os pinos nas almofadas.

Etapa 5: Concluindo o PCB

Ao soldar o módulo acelerômetro ADXL345, é importante que ele esteja paralelo ao PCB. A melhor maneira de garantir isso é colocar o módulo diretamente no PCB e inserir o cabeçalho do pino por baixo, conforme mostrado nas fotos. Adicione solda por cima e depois de cortar o cabeçalho na parte inferior também adicione solda lá.

Corte todos os pinos na parte inferior com um cortador lateral e, em seguida, coloque um pouco de fita adesiva no topo de todos os pinos para evitar que os pinos pontiagudos penetrem na bateria e entrem em curto.

A última etapa é adicionar a faixa de LED. Certifique-se de que a polaridade das almofadas está correta e preste atenção à direção do pino de dados: combine as setas na faixa de LED com as setas no PCB.

Etapa 6: Painel solar e bateria

Use cabos de cerca de 5 cm de comprimento para conectar o painel solar às duas almofadas marcadas como 'solar' e preste atenção aos símbolos de mais e menos.

A última coisa a soldar é a bateria. Seja extremamente cuidadoso aqui: as baterias de lítio têm muita energia e podem fazer seu PCB queimar se você acidentalmente causar um curto circuito. Se ainda não tiver feito isso, coloque um pouco de fita adesiva no fio positivo da bateria para evitar curto-circuitos acidentais. Solde o cabo preto menos primeiro porque é mais difícil de soldar. Remova a fita protetora do fio vermelho e solde-o. Você verá o LED na placa Arduino piscando brevemente ao conectar a bateria.

Se você já carregou o esboço para o Arduino, agora você pode ligar a luz tocando repetidamente no PCB com a unha. Se não funcionar, você deve iniciar a depuração usando um multímetro. Verifique primeiro a tensão da bateria. Se não houver energia, ele pode estar no modo de proteção. Acenda um pouco de luz forte no painel solar para tirar a bateria desse modo. Se isso não ajudar e ainda não houver energia, desconecte a bateria e verifique se há curto-circuitos ou circuitos abertos na placa de circuito impresso com a ajuda do esquema até encontrar o erro.

Etapa 7: Conclua a Luz

Depois de testar o circuito com sucesso, fixe a bateria na parte inferior do PCB usando cola ou fita dupla-face. Não use nenhuma cola à base de água, como a cola branca, porque ela é condutora até secar. A melhor coisa a se usar é o silicone.

Fixe o painel solar em cima da bateria também use cola ou fita dupla-face formando um belo sanduíche eletrônico. Retire os cabos e fixe-os com um pouco mais de cola e deixe tudo secar. Teste se ainda funciona antes de montá-lo na jarra.

Etapa 8: montar o jarro

Pegue sua jarra de vidro e certifique-se de que o painel solar cabe na tampa. Você pode usar basicamente qualquer jarro que desejar, desde que seja transparente na parte superior e à prova d'água.

O adesivo preferido é o silicone porque pode suportar facilmente as altas e baixas temperaturas externas. Quanto mais transparente melhor, mas o ligeiramente leitoso funciona bem, só não pega silicone branco ou cinza. Você também pode usar epóxi, mas pode rachar sob estresse térmico.

Coloque um pouco de silicone no vidro e pressione a luz sobre a cola com o painel solar voltado para o vidro é claro. Certifique-se de que parece bom do lado de fora, remova, limpe, repita se você bagunçou tudo e deixe secar.

Coloque o frasco em um local ensolarado. Demora 2-3 dias de luz solar para carregar totalmente a bateria e ainda mais se for colocada à sombra. Se a luz começar a piscar em vermelho, significa que a bateria está esgotada e precisa de mais luz para recarregar. Se você colocar a luz em um local escuro por um longo tempo (ou seja, várias semanas), a bateria pode morrer e deve ser substituída, portanto, certifique-se de que receba luz suficiente e funcionará por anos.

Etapa 9: Manual do Usuário

Sobre

A luz acende automaticamente ao amanhecer se detectar condições de pouca luz por vários minutos e a bateria tiver energia suficiente armazenada. Para acender a luz manualmente, basta tocar na parte superior algumas vezes ou sacudir o frasco vigorosamente.

Desligado

A luz desliga-se automaticamente após cerca de três horas quando ligada manualmente. Quando é ligado automaticamente, ele funciona até que a bateria esteja quase pela metade (então você ainda pode ligá-lo manualmente). Para desligá-lo imediatamente, vire-o de cabeça para baixo.

Mudar cor

Para mudar a cor, basta inclinar a luz. Possui três modos de mudança de cor:

1. Mudar o brilho
2. Mude a cor
3. Mudar a saturação da cor

Toque na tampa uma vez para alternar entre esses modos. Quanto mais você inclina, mais rápido ele muda.

Modo vela

Para alternar entre o modo de luz constante e o modo de vela tremeluzente, basta tocar duas vezes na tampa. A saturação e o brilho são redefinidos para os níveis padrão (máximo) ao alternar do modo de vela para o modo estável.