Автономное питание микроконтроллерного устройства Опции

[lazy-fox]

Проблема: лесные фотокамеры питаются от батареек которые нужно переодически менять.
Задача: заменить батарейки литиевым аккумулятором на пару-тройку ампер/часов и заряжать его солнечной панелью.

Дополнительно:
1. фотокамера работает от 6 до 3 вольт. При дальнейшем разряде микроконтроллер виснет и после возобновления питания не запускается.
2. GPRS-модуль фотокамеры при поиске сети и отправке сообщения кушает около 700мА. Это пиковый кратковременный ток, десятки секунд.
3. Основное время устройство находится в спящем режиме (включение по датчику движения).
4. Литиевые аккумуляторы заряжаются напряжениями до 4.2В, разряжаются до 2.6В, после срабатывает защита.
5. Солнечная панель выдает напряжения кратно 1.5В (например 6В).

Опробовано:
1. Запитать фотокамеру от оригинального аксессуара в виде солнечной батареи.
Результат - фотокамера высаживает аккум солнечной батареи за ночь, а утром зарядившись фотокамера не запускается.
Помогает полное выключение/включение.
2. Добавить повышающий DC-DC. Ситуация улучшилась, но не сильно. Всё равно есть переходной процесс на нижней границе.
3. Найти супервизор питания от 6 до 3 вольт не смог, в дополнение нужно колхозить схему с полевиком.

Прошу посоветовать схему питания автономного устройства с аккумулятором и солнечной зарядкой на рабочее напряжение камеры.
При широчайшем ассортименте малопотребляющих автономных устройств на микроконтроллерах с напряжением 3.3В очевидного решения нет.

Сообщение отредактировал lazy-fox - Nov 9 2017, 15:40

[HardEgor]

1. Запитать фотокамеру от оригинального аксессуара в виде солнечной батареи.
Результат - фотокамера высаживает аккум солнечной батареи за ночь, а утром зарядившись фотокамера не запускается.
Помогает полное выключение/включение.

Замените аккумулятор на более емкий. И скорее всего придется увеличить площадь солнечных батарей.

[варп]

Замените аккумулятор на более емкий. И скорее всего придется увеличить площадь солнечных батарей.

lazy-fox, HardEgor абсолютно верно говорит....- Вам же просто "бензина" не хватает ни в "баке", ни на "заправке"...
Мало этого - мощности панели и ёмкости аккумуляторов должно быть достаточно, чтобы пережить пасмурные дни ....(а лучше - быть работоспособными и в пасмурные дни).

Сообщение отредактировал варп - Nov 10 2017, 04:36

[MikeSchir]

...Помогает полное выключение/включение.
... в дополнение нужно колхозить схему с полевиком.

Помогает, значит надо так и сделать, а поскольку, как заметили коллеги, есть пасмурные дни, то может быть сделать такую "выключалку-включалку) периодической (например раз в час на несколько секунд), раз уж нет подходящего супервизора. Полевик, наверное, понадобится.

[vladec]

И еще учтите, что не то что в пасмурные, а в просто "несолнечные" дни поступление энергии с солнечной батареи падает не просто значительно, а на порядки.

[Corner]

Камера стоит 100 долларов. А солнечная батарея с зарядной станцией и аккумулятором обойдутся в 200 минимум.

[iosifk]

Задача: заменить батарейки литиевым аккумулятором на пару-тройку ампер/часов и заряжать его солнечной панелью.


При широчайшем ассортименте малопотребляющих автономных устройств на микроконтроллерах с напряжением 3.3В очевидного решения нет.

Посмотрите внешние аккумуляторы и солнечные батареи к смартфоам...
Ведь у Вас требования даже не мелкосерийные, а штучные. А потому специально изобретать нет смысла...

[Plain]

Купить за те же деньги несколько нормальных камер, т.е. без модемов — такие работают месяцами.

[wim]

Автору нужно было начинать с изучения карты инсоляции России. У нас солнечные дни бывают, в основном, на Д. Востоке и в некоторых районах Алтайского и Краснодарского краев. А на остальной части России только кажется, что на улице "светло" - солнечная батарея упорно показывает, что ее выходная мощность чуть больше, чем ничего. Тут основная проблема в неравномерности инсоляции по месяцам года - особенно "плохой" месяц декабрь. Поэтому такое вот автономное питание правильные пацаны делают на одноразовых химических источниках тока большой емкости. Т.е. набирают батарею нужной емкости (исходя из того, как часто хочется ездить в лес), засовывают ее в ящик IP56 и закапывают в землю.

[one_eight_seven]

Если собираетесь заряжать литиевые аккумуляторы при отрицательных температурах, то скорее всего, их придётся полностью заменять чаще, чем одноразовые литий тионил-хлоридные.

[lazy-fox]

Солнечные повербанки не отключают нагрузку по нижней границе. Отключается литиевая батарея по переразряду на 2.5В и это уже низко, а напряжения засвеченной солнечной панели периодически поднимают уровень компаратора на выключателе (сваял на avr простенький выключатель по напряжению). По уму нужно одной схемой кипятить аккум, другой от аккума питать нагрузку, обеспечивая стабильное напряжение при пиковых токах.

Согласен с мыслью увеличения емкости аккума. Вопрос на сколько. На батарейном питании камера работает неделю при стабильной сотовой связи и отправке десятка фотографий в сутки. Типоразмер AA в лучшем случае дают 2-3А/ч. Отсюда сделал вывод о пригодности 3А/ч литиевого аккума.

Солнечная панель 110х60 мм и мощностью 1Ватт отдаёт 6Вольт в светлое время суток. Карты видел. Мастрячить щит сразу на нагрузку не созрел. Маскировка.

Температурный режим от -10 до +25 думаю выдержать среднесуточный ноль корпусом их сэндвича залив монтажной пеной.

Внутренности образца солнечной батареи:

камни снизу вверх


Остался основной вопрос - как отключать нагрузку при недостаточной заряженной ёмкости аккума?

Сообщение отредактировал lazy-fox - Nov 10 2017, 11:45

[wim]

Солнечная панель 110х60 мм и мощностью 1Ватт отдаёт 6Вольт в светлое время суток.

Вольты она дает, факт. Она амперы не всегда дает.
Есть еще такая забавная вещь у солнечной батареи - точка отбора максимальной мощности. С контроллером MPPT можно измерить максимум того, что солнечная батарея может "дать".

[vvvv]

Остался основной вопрос - как отключать нагрузку при недостаточной заряженной ёмкости аккума?

Обыкновенным мосфет ключом. Ставите микроконтроллер с питанием от 1.8V, и управляете им зарядкой и ключом.
Надо только продумать полную логику работы устройства, когда питания просаживается до нуля, например в мороз,
и потом скажем вышло солнце, появилось напряжение батарей, как при этом должен отработать микроконтроллер.

В свое время мы заложились на встроенную зарядку модема Wavecom. Она работала так.
Пропало внешнее напряжение, мороз, скажем питания нет неделю, Батарея разрядилась до нуля.
Устройство не работает.
Подали внешнее питание, напряжение на аккумуляторе 0, зарядка Wavecom включилась на 0,1секунду,
подала полное питание на аккумулятор, отключилась на 2 секунды. Затем повтор. И так пока
аккумулятор не наберет напряжение 3.3V, затем зарядка включается в штатный режим, а после запитывается
остальная схема. В итоге устройство работало годами в любых ситуациях аккумулятор всегда "поднимался".

Вот примерно тоже самое надо сделать Вам.

[варп]

...
Согласен с мыслью увеличения емкости аккума. Вопрос на сколько. На батарейном питании камера работает неделю при стабильной сотовой связи и отправке десятка фотографий в сутки. Типоразмер AA в лучшем случае дают 2-3А/ч. Отсюда сделал вывод о пригодности 3А/ч литиевого аккума.
Солнечная панель 110х60 мм и мощностью 1Ватт отдаёт 6Вольт в светлое время суток.
...

В общем-то с энергетической точки зрения всё не так плачевно...
Не сложно посчитать - средний потребляемый камерой ток составляет 17 мА... ( при среднем напряжении питания = 4,5 Вольта ). То есть - в сутки достаточно аккумулятора ёмкостью 0,017 х 24 = 0,408 А/ч.... И то есть - одна банка литий-ионного аккумулятора типоразмера 18650 обеспечит запас в 4-5 раз...(емкость 2-2,5 А/ч)...
Солнечная панель мощностью 1 Вт при 6 Вольтах на выходе обеспечит - 1000/6= 166 мА....При условии, что панель нормально освещена 3 часа в сутки, в аккумулятор "зальёт" 0,166 Х 3 = 0,5 А/ч.... Очевидно, что этого явно недостаточно даже без учёта пасмурных дней....
Панель бы увеличить в 4-5 раз...

[lazy-fox]

Влепить тиньку на 1.8В с широким диапазоном питания (до 5.5В) уже думал. Вопрос как лог единицу превратить в реле малопотребляющее.
Беда в том что АЦП микроконтроллера, которым меряется напряжение питания плывёт при изменении VCC которым питается сам микроконтроллер.

Обыкновенные мосфет ключи с микроконтроллером применить сложно потому что для полноценного открытия до полного насыщения этому транзистору надо вкатить на затвор довольно больше напряжение. Обычно это около 10 вольт, а МК может выдать максимум 5.
Более того применив микроконтроллер с пониженным питанием (1.8В) логической единицей будут эти же 1.8В. Понадобится ещё транзистор, а лучше драйвер.

Емкость литиевого аккума можно определить кроме как по падению напряжения?

По расчёту солнечных панелей - скажу всё совсем не плачевно. Сейчас середина ноября и при 8 часовом световом дне батарея отдаёт около 5 часов.
Увеличить можно при желании раза в 4. Хочу форм-фактор камеры перестроить в моноблок-скворечник. Широкая крыша, панельная антенна и птицы внутри для обогрева.

Сообщение отредактировал lazy-fox - Nov 10 2017, 20:01