Que baterias, controlador, e painel fotovoltaico comprar [cpu arrived, pics inside]

[The WolfMan]

Olá a todos. Estou a realizar um trabalho para a escola, em que tenho de alimentar um processador picaxe, 2 motores DC e respectivo controlador, e 3 sensores de ultra-sons.

Tudo isto, está ligado a uma bateria, e bateria essa, terá de ser recarregada por um painel fotovoltaico.

Agora as minhas duvidas. Que baterias usar? Gel? NiCd (Niquel-Cádmio)? Litio?

O que me recomendam usar? E o controlador da bateria?

E consoante isto, que painel fotovoltaico tenho de comprar? Que tensão e que amperagem?

Preços?

Esperamos que tudo isto não ultrapasse muito os 100€.

Obrigado

 

[Daniel Maia]

1º, o melhor seria colocares aqui as características dos motores DC, do processador e dos sensores, para saber qual a carga total, e depois sim, encontrar um painel fotovoltáico, que alimente a maquinaria toda.

abraço

 

[The WolfMan]

Ok, então vou por aqui as coisas:

O processador é o Picaxe 28X1 - http://81.134.141.187/epages/Store.storefront/?ObjectPath=/Shops/Store.TechSupplies/Products/AXE001

Segundo o manual (http://www.rev-ed.co.uk/docs/picaxe_manual1.pdf):

At a glance - specifications:
Power Supply:
4.5V or 5V DC is recommended. Do not use 6V, 7.2V or 9V battery packs, these
could permanently damage the chip. For trouble-shooting use 3xAA cells only.
X2 parts are also optionally available in special low power 1.8V to 3.3V variants.
Note that 4.5V or 5V will permanently damage these special low power parts.
Outputs:
Each output can sink or source 20mA. This is enough to light an LED but will
not, for instance, drive a motor. Total maximum current per chip is 90mA.
Inputs:
An input should be above (0.8 x power supply) to be high, below (0.2 x power
supply) to be low. It is recommended, but not essential, to tie unused inputs low
via a 10k resistor.
ADC:
The ADC range is the power supply voltage range. The maximum recommended
input impedance is 20k. Unconnected ADC will ‘float’ giving varying false
readings.
Serial download pin:
The serial download pin must never be left floating. This will give unreliable
operation. Always use the 10k/22k resistors as shown below, even if the chip was
programmed on a different board.
Reset pin:
The reset pin (if present) must never be left floating. This will give unreliable
operation. Always tie high (ie to the positive supply) via a 4k7 or 10k resistor.

Os motores serão 2 destes:
http://loja.lusorobotica.com/104-mini-metal-gearmotor-100-1.html

• 90mA @ 6V
• 800mA stall current @6V

Para estes motores, usaremos este controlador (chega não chega?)
http://loja.lusorobotica.com/88-motor-driver-1a-dual-tb6612fng.html

E para terminar, usaremos 3 destes sensores:
http://www.totalrobots.com/devantech-srf05-ultra-sonic-ranger-module-p-324.html

Então, que devo usar?

Obrigado, agr tem de ser assim muito rápido, porque a luz aqui não deve durar muito mais

EDIT: Adicionar um sensor LDR e um ledzito, mas convém ter alguma margem.

 

[Daniel Maia]

Ora bem,

Vamos então por partes. Para o processador, mesmo que tenhas uma tensão mais alta, podes colocar um díodo zener, de modo a limitar-te a tensão para o seu valor default (5V) (confirma bem este valor)

Bateria, compras uma de 6V, por exemplo esta aqui: http://www.leiritronica.com/electronica/product_info.php?cPath=483_485&products_id=45194

Parece-me uma boa opção.

Qual ao painel, escolhes um que consiga um output na ordem dos 8, 9V DC, para que te consiga carregar a bateria, e que consiga 2, 2.5A pico, penso que seja suficiente.

Onde vais comprar o material?

Convem fazer um esquema electrico

abraço

 

[The WolfMan]

Essa bateria que me mostraste, é que são as tais de gel? Eu oiço chamar-lhes assim, mas não faço ideia como funcionam, ou quais são os cátodos/anodos

Em principio o material, virá de onde mostrei os links.

O que temos mais duvidas, é as baterias, respectivo controlador, e o painel a usar.

Se puderes indicar o preço de esse diodo que falaste...

O controlador da bateria é para optimiza-la, porque se a ligarmos directamente ao painel, não estamos a fazer mais nada a não ser estragar a vida útil da bateria.

Isto é para um robot. Já tenho um protótipo a 3D, hoje não tenho tempo, amanhã mostro. Temos duvidas só nesta parte. Se puderes ajudar, ficava-te muito agradecido

Não faço ideia de lojas onde comprar painel, baterias, etc...

P.S. O robot também terá umas lagartas, que virão deste site, (lynxmotion.com), amanhã tb preciso da vossa ajuda para isto.

Mais uma vez, muito obrigado

 

[Daniel Maia]

Quanto ao díodo zener, encontras em qualquer casa de electrónica, e é baratinho, escolhes um de 5V..

A bateria que postei, era de chumbo..

Quanto ao controlador, não sei como isso funciona, é uma espécie de controlo sobre a corrente que está a "debitar"?

abraço

 

[The WolfMan]

Sim, falaram-me nisso, e existe em telemóveis, portáteis, tudo o que tenha bateria.

No caso das baterias de litio, este controlador é indispensável, para fazer com que a tensão da bateria fique sempre entre os 3,6 e os 4,0V, senão a bateria ou se estraga, ou se queima.

 

[timber]

Isso que te referes deve ser algum tipo de conversor DC/DC comutado. Existem inúmeras configurações mas para isso deve ser algum do tipo buck boost ou isso.

Nunca trabalhei com isso é só mesmo de memória.

 

[The WolfMan]

E fazes ideia de onde posso encontrar isso? Não tenho nenhum portátil para desmanchar e ver como funciona o controlador das baterias

Vou tentar explicar o que me explicaram a mim:
As baterias para durarem bastante, convém terem um ciclo de carga optimizado, ou seja constante. Um painel, não iria dar à bateria isso porque a radiação solar não é constante ao longo do dia, já para não falar que se alguém se puser a frente do painel por exemplo, também vai variar a potência gerada pelo painel.

Para isso, usaremos o controlador como ponte para atenuar este efeito.

Supondo que uso a bateria que o Daniel Maia postou, onde arranjo um painel que não seja muito caro?

Tive a ver num site chamado farnell, e os painéis fotovoltaico custam de 300€ para cima!!! Queria um painel, ou vários pequeninos em série que dessem para carregar a bateria...

Muito obrigado pela resposta.

 

[timber]

Não faço ideia, os únicos que usei já há uns bons anos eram feitos à la pata e eram naturalmente muito simples para aprender o princípio.

E sim estás a descobrir porque é que a energia solar é uma cagada.

 

[The WolfMan]

E sabes onde posso encontrar um how to de como fazer um painel fotovoltaico?

Tenho um colega da minha turma (mas de outro grupo), que com a tempestade aqui no oeste, caíram 4 painéis fotovoltaicos ao chão lá para os lados onde mora. Quando ele lá chegou, já 2 tinham desaparecido, e ele ficou com os outros 2. Acho que um já está vendido, o outro acho que não. Se for muito difícil construir um painel fotovoltaico, posso ver aquele. Aquilo está numa espécie de cartão fléxivel, e com o vidro estalado, mas continua a produzir corrente.

A ver se tiro umas fotografias e ponho aqui para me dizerem o valor daquilo

 

[WindWalker]

E que tal:

- Paineis solares com uma tensão em circuito aberto inferior a 5V a carregar uma bateria de lítio (3~4.2V) ou 2/3 pilhas recarregáveis NiMH;
- Regulador comutado abaixador/elevador (o buck boost referido) a colocar na saída uma tensão de 5V (os motores deverão funcionar a 5V, não sei é se será suficiente para terem velocidade aceitável) ; exemplos de reguladores: 1 (corrente nominal 1,5 A), 2 (corrente nominal 0,5A)

Se o(s) painel(painéis) tiver(em) uma tensão em circuito aberto superior à especificação para a tensão de entrada desses reguladores (especialmente do primeiro, 5V), terás que usar outro regulador (há outros no site dos que mencionei que podem ser alimentados por baterias de chumbo ácido com tensão nominal de 12V).

Também podes usar um regulador para o processador (saída de 5V) e outro para os motores (saída de 6V), iguais ou não (quase todos têm um parafuso para ajustar a tensão de saída)

Baterias de níquel-cádmio são uma porcaria, por causa do efeito de memória.

 

[The WolfMan]

Ora bem, só consegui responder agora. Peço desculpa.

Hoje tive aula de área de projecto, e o professor que nos está a ajudar foi ter conosco.

Disse-me que eu não podia acreditar no que vocês diziam (embora em sempre usa-se palavras como, sugeriram-me usar isto).

1º- Disse que um diodo zener como o Daniel Maia sugeriu, era complicar onde não existiam complicações. Para usar uma coisa chamada LF5085 ou lá como era, que recebia valores de tensão até 35V, e transformava-os em 5V, para alimentar o picaxe.

2º- Disse que baterias de lítio como o WindWalker sugeriu, era desperdício de dinheiro porque para o que é, as de Niquel cádmio servem e sobram.

3ª- Disse que o conversor DC/DC comutado que o timber sugeriu, era um desperdicio enorme de dinheiro! Mais uma vez, criar problemas onde não existem. Disse que não precisávamos disto para nada porque não íamos estragar a bateria (o que eu não concordo, visto que se eu me puser a brincar com uma bateria e não a deixar realizar o ciclo de carga e descarga completo, e se o transformador tiver avariado e não fornecer a mesma intensidade de corrente e tensão, que eu saiba, apenas a estou a estragar aka viciar).

E pronto, acho que não me esqueci de nada. Só sei que estou cada vez a perceber menos disto --'

Para talvez perceberem melhor, e para eu próprio perceber o que vou fazer, vou tentar fazer aqui um esquema:

Painel Fotovoltaico <-> ''controlador bateria'' <-> Bateria <-> Robot.

Dentro do robot, tenho 2 componentes, um processador picaxe 28X1 que tem uma tensão de 5V, e dois motores DC que tem uma tensão de 6V.

WindWalker, ou qualquer outro que saiba, tendo em conta o que sugeriste, podes dizer-me o material que preciso e convém não passar muito dos 100€?

Quanto ao painel fotovoltaico do outro, nem vale apena usar, aquilo está feito de modo a estar partido = não tem reparação = NOVO

Mas isso tem de ser muito detalhadinho. Estás a ver um burro? Imagina-me como tal (a verdade não anda muito longe disso).

Atenção que só em motores (estou a considerar o valor stall current que não sei o que significa) devemos gastar cerca de 10W aproximadamente, e o robot convém ter alguma autonomia.


Quanto a material, encomendei abocado um Starter Kit da PICAXE do site deles e dois LED's e um LDR da lusorobótica para já termos material para ''brincar''.

Quanto ao projecto, não tenho prints porque o computador onde trabalhava, avariou, e o que se salvou foi o trabalho em google sketchup que estava na minha NAS.

Vou deixar isto aqui em rar para quem quiser, ver e dar a sua opinião.

http://rapidshare.com/files/341929713/Prototipo3D.rar.html

Acho que por agora é tudo, muito obrigado a todos.

Cumps

EDIT: Link alternativo

http://www.easy-share.com/1909119217/Prototipo3D.rar

 

[timber]

Stall current é a corrente pedida pelo motor quando está a ser oposto em termos mecânicos. É um bom valor para dimensionares (é maior que em funcionamento normal)

 

[The WolfMan]

Oposto como? Digamos que ele solto, sem nada, consome os tais 90mA que estão lá em cima.

Junta-lhe rodas, peso e isso, vai aumentar o consumo energético, tal e qual como o consumo de um automóvel vazio/carregado certo?

Ah, lembrei-me de uma coisa, se alguém tiver, saber onde existe algum tutorial para construir paineis fotovoltaico, que poste aqui por favor. Mesmo que não sirva para o trabalho, já tenho que me entreter

Agora vou ver projectos na internet, para ver como é que ligam as baterias e o processador.

Obrigado

 

[WindWalker]

1º- Disse que um diodo zener como o Daniel Maia sugeriu, era complicar onde não existiam complicações. Para usar uma coisa chamada LF5085 ou lá como era, que recebia valores de tensão até 35V, e transformava-os em 5V, para alimentar o picaxe.

LM7805, regulador linear com saída regulada para +5V.

Esse regulador vai necessitar na entrada pelo menos +7V.

Como é um regulador linear (corrente de entrada ~ corrente de saída), considerando a corrente correspondente ao consumo máximo (90mA), terá que dissipar uma potência de pelo menos (7-5)*.09=0,18W, o rendimento máximo será de 5/7*100=71,4%; alimentado por uma bateria de 12V, que deve oscilar entre os ~11V e ~13V, a potência dissipada variará entre (11-5)*0.09=0,54W e (13-5)*0.09=0,81W e o rendimento entre 5/13*100=38,5 e 5/11*100=45,5%

Conclusão: a única vantagem dum regulador linear será o preço, até porque até ~16V de tensão de entrada (potência dissipada inferior a 1W), acho que não precisa de um dissipador. No entanto, necessita de condensadores de filtragem na entrada e na saída, e os reguladores comutados daquele site já têm isso incluído.

2º- Disse que baterias de lítio como o WindWalker sugeriu, era desperdício de dinheiro porque para o que é, as de Niquel cádmio servem e sobram.

NiCd é uma porcaria, desde que me lembro. Nunca compraria nada abaixo de NiMH (níquel-hidreto metálico).

Mas tudo depende do preço. Não sei é onde é que se arranja baterias de NiCd que compensem face às NiMH (que podem ser armazenadas em qualquer estado de carga, não têm efeito de memória e suportam maior corrente de descarga).

Já agora, o teu professor estava a pensar em que associação de baterias NiCd? 10 baterias em série (10*1,2=12V)?

3ª- Disse que o conversor DC/DC comutado que o timber sugeriu, era um desperdicio enorme de dinheiro! Mais uma vez, criar problemas onde não existem.

Enorme é relativo. Se os aparelhos funcionarem 24/7, se calhar ao fim de alguns anos de utilização (1~4?) o investimento compensa. Mas se for apenas para demonstrações de uma ou duas horas...

Disse que não precisávamos disto para nada porque não íamos estragar a bateria (o que eu não concordo, visto que se eu me puser a brincar com uma bateria e não a deixar realizar o ciclo de carga e descarga completo, e se o transformador tiver avariado e não fornecer a mesma intensidade de corrente e tensão, que eu saiba, apenas a estou a estragar aka viciar).

1º As baterias actuais não viciam (iões de lítio, compostos de lítio, NiMH), simplesmente degradam-se e perdem capacidade;

2º As baterias de NiCd, se forem carregadas antes duma descarga completa (e, quanto mais carregadas estiverem, pior), começam a desenvolver internamente cristais de cádmio; quando esses cristais unirem o ânodo ao cátodo da pilha, vais ter uns belos 0V permanentes aos terminais da mesma, e só dá para destruir esses cristais aplicando correntes elevadas de carga durante algum tempo (à conta disto já estraguei um transformador )

3º De todos os tipos de baterias mais comuns, NiCd é, de longe, aquela que mais problemas apresenta com cargas e descargas parciais.

Atenção que só em motores (estou a considerar o valor stall current que não sei o que significa) devemos gastar cerca de 10W aproximadamente, e o robot convém ter alguma autonomia.

Stall current é o valor de corrente com o rotor bloqueado, ou seja, quando aplicas a tensão de 6V e impedes o motor de girar. Acho que também será a corrente de arranque (pois o rotor está inicialmente parado quando se aplica uma tensão de 6V). O rotor é 'parte' do motor que roda.

Quanto a material, encomendei abocado um Starter Kit da PICAXE do site deles e dois LED's e um LDR da lusorobótica para já termos material para ''brincar''.

Podes colocar os links do(s) site(s) do material encomendado?

 

[The WolfMan]

Então WindWalker, pelo que dizes, de tensões até 16V, compensa mais um diodo para regular a tensão, do que um regulador linear, certo?

O stor também nos falou que com as perdas a entrada deveria ser de 7V.

Sei que é niquel qualquer coisa, mas acho que foi em NiCd que ele falou, disse que para o que era chegava e sobrava. A nossa escola já lá tem um robot com uns anos, e a bateria daquilo é uma de NiCd de 9,6 ou 9,7V...

Quanto ao conversor comutado, isto não é para estar ligado 24/7, é apenas para regular a tensão e a corrente do painel para tentarmos fazer com que a bateria seja carregada de forma uniforme.

Quanto a material, encomendei isto:
http://81.134.141.187/epages/Store.storefront/?ObjectPath=/Shops/Store.TechSupplies/Products/AXE001
(na tugalândia é muito giro, é só comprar isto e revender cá as peças --')

E cá em portugal comprei isto já para experiencias:
http://loja.lusorobotica.com/71-basic-led-red.html
http://loja.lusorobotica.com/led/69-basic-led-green.html
http://loja.lusorobotica.com/luz/19-mini-celulas-fotossensiveis.html

Daqui a pouco vou buscar os LED's e o LDR e secalhar encomendo já as lagartas que vamos usar (lynxmotion.com)

Tenho de ler bem o manual do picaxe, mas se puderes ir dando sugestões de baterias usar, muito obrigado

Cumps

 

[WindWalker]

Então WindWalker, pelo que dizes, de tensões até 16V, compensa mais um diodo para regular a tensão, do que um regulador linear, certo?

Não, eu nem sequer falei em díodos Zener para regular a tensão. Mas, tendo em conta o preço e precisão de um LM7805, até acho que o regulador linear é preferível ao Zener. Mas também nunca estudei muito ao pormenor este assunto de regulação, apesar de ter bastante interesse para mim.

Estava a querer dizer que a vantagem de um regulador linear sobre um regulador comutado já com 'tudo' embutido (senão é preciso andar a escolher uma bobina e condensadores de filtragem, etc etc, o que torna muito mais difícil a sua implementação, daí ter sugerido aqueles) deveria apenas ser o preço.

O stor também nos falou que com as perdas a entrada deveria ser de 7V.

A tensão de entrada, num regulador linear desses (LM78xx) deve ser superior em pelo menos 2V em relação à tensão de saída, ou seja:

LM7805 - 7V
LM7806 - 8V
LM7812 - 14V
...
LM78xx - (xx+2)V

Sei que é niquel qualquer coisa, mas acho que foi em NiCd que ele falou, disse que para o que era chegava e sobrava. A nossa escola já lá tem um robot com uns anos, e a bateria daquilo é uma de NiCd de 9,6 ou 9,7V...

É bastante provável que seja NiCd, mas novamente digo, não vejo vantagem nenhuma em usar NiCd, a não ser que o preço compense, e muito.

9,6V nominais serão 8 elementos de 1,2V em série (8*1,2=9,6V).

Quanto ao conversor comutado, isto não é para estar ligado 24/7, é apenas para regular a tensão e a corrente do painel para tentarmos fazer com que a bateria seja carregada de forma uniforme.

O que é carregar de forma uniforme? Corrente constante? Tensão constante? Potência constante?

Os reguladores lineares não vão quase de certeza regular a carga da bateria, mas sim o fornecimento de energia aos motores e processador a partir da bateria.

Mas o regulador de carga a escolher vai depender da potência do painel e tensão em circuito aberto. Não há reguladores de carga assim tão universais.

(...) mas se puderes ir dando sugestões de baterias usar (...)

Mas, novamente, isso vai depender de vários factores: tensão em circuito aberto do painel, potência do painel, ...

 

[The WolfMan]

A então, pelo que estou a perceber, o regulador que falaste, já tem tudo embutido. Com o LM7805, preciso de diodos e de uma bobine qualquer para obedecer a este esquema que encontrei no google:

Sim, a bateria é isso mesmo, embora esteja envolto num plástico preto, parecem pilhas AA ligadas entre si.

Quanto a parte do painel (estou a separar isto em painel - ''controloador'' - bateria, e bateria - robot), o que nós pretendiamos acho eu era regular a tensão e a intensidade, de modo a quando por exemplo alguém se atravessa no painel/paineis, a bateria não sofrer muito com essas variações...

Mas eu deve escolher primeiro o quê? A bateria, ou o painel? Eu estava à procura primeiro de uma bateria que conseguisse alimentar o robot e dar-lhe uma autonomia razoável, e depois tratar do painel/paineis que carregassem a bateria.

O que o meu colega encontrou é um painel de 160W, mas nós não vamos gastar esse dinheirão num painel lol

Espero estar a fazer entender-me bem, porque eu já estou muito baralhado no meio de tanta palavra parecida, que ás tantas estou a baralhar os outros todos.

 

[WindWalker]

A então, pelo que estou a perceber, o regulador que falaste, já tem tudo embutido. Com o LM7805, preciso de diodos e de uma bobine (...)

Não, com um LM78xx apenas precisas de condensadores de filtragem na entrada e na saída, como se vê na imagem. A bobina é nos reguladores comutados.

(...) o que nós pretendiamos acho eu era regular a tensão e a intensidade, de modo a quando por exemplo alguém se atravessa no painel/paineis, a bateria não sofrer muito com essas variações...

Se a bateria não estiver descarregada, a tensão da bateria ("Volts") não deverá variar significativamente se o painel deixar de fornecer energia, logo não se deverão verificar oscilações no funcionamento do processador/motores.

Mas eu deve escolher primeiro o quê? A bateria, ou o painel? Eu estava à procura primeiro de uma bateria que conseguisse alimentar o robot e dar-lhe uma autonomia razoável, e depois tratar do painel/paineis que carregassem a bateria.

Também não sei.

Vi há uns tempos um painel de 10W por ~50€. Penso que quanto maior a potência, menor o preço/Watt.

O teu professor não te sabe dizer onde comprar os painéis? Já viste no ebay ou afins o preço de células solares que possam ser agrupadas?