构建一个带倾斜传感器的太阳能能量探测器

为了在家庭办公室使用太阳能板为电池充电，我根据预估结果将太阳能板安装在最佳位置，但当时并未收集可靠的数据。因此，我思考设计一种廉价且易于使用的机制，根据特定方向的光照强度来确定太阳能板充电的最佳位置。由于太阳能板产生的能量与太阳辐射量密切相关，因此我能够利用光照强度值作为替代指标，近似估算太阳能的能量大小。您可以在下方查看我用于计算太阳能能量的公式。

在使用10毫米光敏电阻采集光照强度数据后运行代码进行太阳能能量计算，并结合电池和太阳能板进行了实验，以确定太阳能充电性能等级的阈值：低、中、高。为了显示性能等级，我为每个方向使用了不同的LED颜色——红色(低)、黄色(中)、绿色(高)。

不出所料，为了准确检测光照强度，设备必须垂直放置，因此我使用了一个倾斜传感器(水银传感器)来检测设备是否倾斜。此外，当设备移动到倾斜位置时，我还在设备上加装了蜂鸣器以通知用户。

在面包板上完成设计并测试代码后，我设计了一款具有独特圆形结构的PCB(带倾斜传感器的光照强度与太阳能能量探测器)，从而打造一个灵活且易于使用的四向检测装置。

第一步：设计并焊接带倾斜传感器的光照强度与太阳能能量探测器PCB

我使用KiCad设计了这款带倾斜传感器的光照强度与太阳能能量探测器PCB。下方附上了该PCB的Gerber文件，如果您愿意，可从JLCPCB订购此PCB，以便像我一样更高效、可持续地使用您的太阳能电池板。

首先，我使用电烙铁将各种元件焊接到电路板上：杜邦连接头、220Ω电阻、1K电阻、10mm光敏电阻、电源接口、5mm红色LED灯、5mm黄色LED灯、5mm绿色LED灯、蜂鸣器以及倾斜传感器(水银传感器)。

PCB上的元件列表：

•A1(Arduino Nano的连接头)

•P1、P2、P3、P4(10mm光敏电阻)

•蜂鸣器

•倾斜传感器

•R(5mm红色LED)

•Y(5mm黄色LED)

•G(5mm绿色LED)

•R1、R2、R3、R4、R5、R6、R7、R8、R9、R10、R11、R12、R13(220Ω电阻)

•R14、R15、R16、R17、R18(1K电阻)

•J1(电源接口)

第二步：估算太阳能能量

我使用的太阳能能量估算公式为：[E = A × r × H × PR]，其中：

•A 为太阳能板面积，

•r 为效率，

•H 为平均太阳辐射强度，

•PR 为性能比或系数(通常为0.75)。

请勿忘记更改太阳能电池板的规格——面积、效率和性能比，这些参数在不同品牌之间可能存在差异。

为了计算太阳能的可能输出量，我在公式中用光照强度值代替太阳辐射。

当然，这种方法无法提供精确的太阳能数值，但可以作为判断标准，用于确定特定方向下太阳能充电性能的阈值(低、中、高)。

注意：我通过使用自己的太阳能电池板进行测试来确定各等级的阈值：观察在特定光照强度下所需的时间，并估算充满3.7V锂聚合物电池所需的太阳能能量值。

步骤3：编程Arduino Nano

•为每个方向定义指示灯颜色(红色、黄色、绿色)。

•为每个方向定义光敏电阻(LDR)引脚，以采集光照强度数据。

•定义蜂鸣器引脚和倾斜传感器引脚。

•定义太阳能电池板(SP)的规格，不同品牌之间的参数有所不同。因此，请根据您所使用的太阳能电池板修改这些变量。

•通过实验设定阈值。

•在get_Light_Intensity()函数中，从光敏电阻获取光照强度数据。

•在 Tilt() 函数中，当设备移动到倾斜位置时会收到通知。

•为每个方向启动阈值检测(低、中、高)。

•在 Indicate_Thresholds() 函数中：

•打印所选方向及其对应的太阳能能量值。

•根据每个方向的太阳能能量值调整阈值指示灯(LED)。

连接与调整

完成代码编写并上传至 Arduino Nano 后，我通过引脚将其连接到电路板上。

功能特点

1) 在串口监视器上显示每个方向的太阳能能量估计值。

2) 对于每个方向，通过根据太阳能能量阈值(级别)调整的指示灯，观察太阳能充电性能：

红色 - 低

黄色 - 中等

绿色 - 高

3) 当设备移动到倾斜位置时会收到通知，以便使用垂直光束更高效地为电池充电。

本文编译自hackster.io