自制阳光罐 阳光瓶制作方法

原作者: djjackylei|玩物控 |来自: 尾巴主版| 评论: 146| 2012-2-24 09:38

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上周末参加了数字尾巴的一周年盛典,很多尾巴都写出了自己的活动报道帖,而我由于太认真听了(真的哦~LOL~),所以活动过程中也没有拍多少照片,但是活动内容以及各位尾巴却在我的脑海中,成为难忘的回忆。所以,活动总结之类的就留给拍了n00+照片的尾巴们写吧  ,我则带来这个——[DIY SUNJAR]自制阳光罐

女友生日快到了,这不得不让人挖空心思去想送些神马东西才有情调,才够浪漫。于是乎,借助Google大神,最终发现了一款Sunjar(阳光罐)。Sunjar是什么呢?它是由英国的一家叫做Suck UK公司(这什么名字)设计的可以存储阳光并在夜间释放的玻璃罐。虽然这个玻璃罐并非真正是将阳光“存储”了起来,不过创意还是十分的不错。尽管就是一个太阳能灯,但是通过罐子这个概念一包装,就给人新奇感。

但是,看到其正品¥200 + 的售价,我实在觉得不值。同时,不出我预料的国内已经有不少仿品了,且开价都低于60。身为技术宅的我  ,与其花大价钱买这个玻璃罐,还不如自己做一个呢。于是,重拾大学的电子电工以及单片机知识,花了2个周末作了一个Sunjar。



白天将它们至于阳光处(阳台上),到了晚上(光线变暗时),它们就开始发光了:

以上便是Sunjar的效果,下面我主要介绍制作过程以及原理和成本与性能分析。

原理和性能 Sunjar其实原理十分简单,就是一个太阳能储能装置+LED。不过实际作起来,并不是简单的将光伏电池、充电电池与LED接在一起如此简单,需要考虑以下问题:

玻璃罐限制了太阳能电池的功率,输出电压不高

需要有光控电路控制LED仅在夜间发光

一般能装进玻璃罐的太阳能电池板一般开路电压都在1.5-5V左右,且短路电流一般不会超过200mA(这里的数值是需要在室外晴天阳光照射下才能实现的)。同时考虑成本因素,一般3-4V 40-180mA的太阳能电池板是比较合理的选择。也因为单晶硅或者多晶硅太阳能电池的弱光性差,在阴天和室内基本不会有什么电流了。因此这样的配置下,充电电池一般考虑使用单节或双节的(1.2-2.4V)。这样的选择能确保在白天大多数情况下,太阳能电池输出的能量能尽可能充入电池。

另外一般LED都需要2V以上电压驱动,尤其是蓝色和橙色LED需要的驱动电压更高,即使2.4V的电压下蓝色LED的发光亮度也不高。因此很有必要设计驱动LED用的升压电路,将LED端的电压提升到3-5V。

下面是Sunjar采用的电路图



该电路并不复杂,所用元件也很少。这里我就简要的介绍下原理,后文会提到材料的来源和选择问题。

该电路主要分为2部分,一为驱动LED的升压电路,它可以整体上看作一个负载。此时驱动LED将得到耀眼的光线。足以驱动玻璃罐发光。

自制阳光罐 阳光瓶制作方法
电路另一部分为光控电路,经我测量,在使用单节镍氢电池(1.2V)供电时,电池出的输出电流在35mA。如果使用700mAh的充电电池供电的话,大致可以在整个晚上持续发光了。电路中采用了最高4V-180mA输出的单晶硅太阳能电池。虽然理论上存在将电池过充的风险。但是考虑到白天日照是不持续且不稳定的。因此该风险其实大部分情况是不存在的。且较高功率的太阳能电池也允许在室内将充电电池充满,并不一定需要在阳光下暴晒。

成本、选材与制作

1、准备工具:一把好用的电烙铁,松香焊锡丝若干,斜口钳,镊子、钳子一把,万用表一个,导线和双面胶若干 2、材料选择:

【1】太阳能电池板

【2】太阳能专用升压芯片QX5252

【3】芯片配套色码电感

【4】5号1.2V充电电池一个

【5】圆形磨砂玻璃瓶一个

【6】拨动开关一个 【7】橙色、蓝色高亮发光二极管各1 个【8】CDS光敏电阻一个

【9】万用电路板和5号电池座各一个(均可以省略)

首先是太阳能电池板,这个组件直接关系到Sunjar的性能,选单晶体的,这种电池板用透明树脂封装,坚固耐用,在日光下的转换效率很高,我使用的是4V/180mA的单晶圆形太阳能电池,采用的是压层封装,寿命在10-15年。



其次是升压芯片,这里选择QX5252专用芯片,否则就得自己写单片机代码了哦~

LED IC(QX5252)  产品特点:

1.CMOS电路工艺制造,IC功耗非常小,与分离器件相比,效率提高20%以上(约为88%)。

比同类CMOS产品效率高10%左右!

2.该款IC内置充电电路,内阻小,启动电压低,当太阳能板上电压高于电池电压即可充电,充电效率高。特别是阴雨天比二极管充电电路的充电效果大为改善。

3.TO94封装的可省掉光敏电阻,通过IC感应太阳能电池板电压实现光控。当电压低于300mV,IC即开始启动驱动LED照明。而DIP8封装则可通过外置一光敏电阻和一普通电阻自由设置IC光控开关的门阀电压。

4.采用恒功率脉冲输出驱动。当输入电压降低,输出电流会跟着下降,电流降到1mA都能亮灯,因而亮灯的时间特别长。比传统升压方案续航时间可以高出1-2小时。

5.该款IC工作电压范围:0.9V-1.5V(适合单节AA电池或是单节镍氢电池供电)。

6. 含自锁循环(光控解锁)过放保护技术专利。当电池电压低于0.85V时IC会自动关断,这个时候即便电池电压再恢复到0.85V以上IC也不会再开启(避免了电池到达IC过放临界点时因为电压恢复造成的来回闪烁)。必须要等到太阳能电池能再次对电池充电才会清除这个锁定标志,使得IC可以再一次驱动LED 照明。

7.该款IC一致性好。外围仅需一色环电感,可通过调节电感设置输出电流5mA-250mA范围。输出电流精度为12%。

再次是充电电池,因为LED耗电并不高,一般选用700mAh的镍氢电池即可,没必要使用高容量的。如果使用锂电池要注意充电电路,避免过充爆炸。

然后是CDS光敏电阻和芯片配套色码电感,光敏电阻实现白天开路,晚上闭路,色码电感用于滤波。



最后是一只带瓶盖的圆形磨砂玻璃瓶为宜(瓶口直径与太阳能电池板相仿) ,我用了IKEA中卖的那种玻璃瓶,正好将太阳能板装入。如果找到的玻璃瓶是透明的,最好在内壁贴上磨砂贴纸实现漫反射效果。不过,内衬磨砂贴纸的方法,视觉效果不佳。







3、连接制作:根据QX5252的引脚,按照前面的电路图,拿起你的电烙铁,导线,双面胶开始动手吧,别忘了转换的拨动开关





电路有点丑,还是找个电池盒和橡胶圈来美化一下吧~



看起来是不是只有一个LED,其实是两个的



测试测试效果,遮住光敏电阻是否会让LED发光呢?





以上设计实现了日光罐(显示橙色光)和月光罐(显示蓝色光)两种功能。通过拨动开关切换实现(Sun Moon Off 三种模式)。

后续其实可以考虑一种更好的实现方式,就是通过检测环境温度或使用rand函数自动切换。另外,设计中没有考虑LED亮度可调,其实可以通过调节PWM的占空比实现发光亮度跟随环境光照亮度实现自动可调。

4、材料成本:

宜家的玻璃罐 ¥15

太阳能电池板 ¥9

充电电池 ¥6

升压芯片QX5252 ¥0.6元

电路其他部分 ¥0-10 (如果完全废物利用,就不算成本了)

这样算来总共花费还是很低的,虽然做工可能没有正品精美,但是进一步说,DIY的乐趣绝对不是花钱能买来的。

下面,罐子里面该放些东西再送给女朋友。千纸鹤?瓦力?小红花?





下面是夜晚效果图,Do it yourself ~







  

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