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ENCICLOPEDIA DELLA RADIOELETTRONICA ED ELETTRICA Torcia di segnalazione su celle solari. Enciclopedia dell'elettronica radio e dell'ingegneria elettrica
Enciclopedia della radioelettronica e dell'elettrotecnica / Fonti di energia alternative Ti sei mai trovato in una situazione in cui avresti potuto aver bisogno di qualsiasi tipo di dispositivo di segnalazione di pericolo, ma non ne avevi uno? Ad esempio, hai scavato un fossato attorno a un'aiuola o hai scavato il prato in primavera e all'improvviso ti sei ricordato che hai ospiti la sera. Forse stai costruendo una piscina o c'è una grande buca all'ingresso della tua proprietà. Indipendentemente dalla situazione specifica, ci sono momenti in cui è necessario un dispositivo di segnalazione di pericolo. Lo scopo di un sistema di allarme è attirare l'attenzione; I lampi di luce sono più efficaci per attirare l'attenzione di una persona, piuttosto che la luce costantemente accesa, perché l'occhio umano li percepisce come movimento (cambiamento). Sappiamo tutti bene che la visione umana è molto più sensibile agli oggetti in movimento che a quelli stazionari. La spia lampeggiante descritta in questo capitolo ha lo scopo specifico di attirare l'attenzione in caso di qualsiasi pericolo. Il principio di funzionamento del circuito Il circuito di sicurezza è realizzato utilizzando un circuito integrato LM3909. Questo chip è un generatore di impulsi unico che consuma pochissima energia e richiede un minimo di elementi aggiuntivi. La semplicità del design della torcia può essere giudicata dal diagramma in Fig. 1, richiedendo solo quattro elementi pensili.
Il microcircuito è essenzialmente un generatore con resistenza negativa, il cui periodo di ripetizione dell'impulso è determinato dagli elementi interni e dalla capacità del condensatore C1. Quando l'alimentazione è accesa, il condensatore C1 inizia a caricarsi. La velocità di carica e quindi la costante di tempo è impostata e controllata da IC1. Quando la tensione ai capi del condensatore raggiunge il livello di trigger impostato, IC1 si accende e scarica il condensatore C1 sul LED LED1. Quando la capacità attraverso il diodo si scarica, la corrente scorre attraverso la base del transistor Q1, che entra in modalità saturazione. Il resistore R1 limita la corrente di scarica del condensatore C1 e determina la costante di tempo del ciclo di scarica, che a sua volta determina il tempo di apertura del transistor. Con un'elevata resistenza del resistore, il condensatore si scarica più lentamente e la costante di tempo aumenta, mentre con una bassa resistenza diminuisce. In serie al transistor di commutazione è collegata una spia di segnalazione pericolo, pertanto si accende quando il transistor conduce corrente. Quando la tensione ai capi del condensatore scende al limite inferiore impostato, IC1 torna al suo stato originale e il condensatore C1 inizia a caricarsi nuovamente. Il ciclo di lavoro si ripete. Il rapporto tra le durate degli stati di accensione e spegnimento (duty factor) è determinato dal rapporto R1/C1. Il nostro circuito è progettato in modo che la lampada sia accesa per circa il 6% del tempo del periodo di funzionamento totale. Ciò corrisponde a circa 15 lampi di luce in 1 minuto. Alimentazione Sebbene il circuito della torcia sia alimentato da una batteria solare, il suo scopo principale è quello di avvisare del pericolo di notte, quando la nostra vista è molto meno efficace ed è molto probabile incontrare qualche ostacolo. Pertanto è necessario immagazzinare energia durante il giorno per utilizzarla successivamente durante la notte. A questo scopo sono state selezionate le batterie al nichel-cadmio, preferibili alle batterie al piombo per la presenza di una tensione di scarica relativamente costante. Sarebbe del tutto inappropriato se la luminosità della luce diminuisse di notte quando la batteria si scarica. Quando si utilizzano batterie al nichel-cadmio, l'illuminazione rimane brillante fino allo scaricamento completo. In totale, per alimentare il circuito avrai bisogno di cinque celle della batteria al nichel-cadmio formato AA con cavi saldati, ciascuna delle quali può immagazzinare 0,5 Ah di elettricità. Gli elementi sono saldati tra loro con terminali opposti: il terminale positivo di un elemento è saldato al terminale negativo del successivo. Quindi un foglio di carta spessa, che funge da involucro, viene avvolto attorno alla batteria e l'intero prodotto viene riempito con una composizione polimerica adatta ai fini di un affidabile isolamento dall'umidità. Batteria solare Le batterie al nichel-cadmio vengono caricate da un pannello solare. Per questo disegno sono stati selezionati degli elementi a forma di mezzaluna, ottenuti tagliando segmenti di un elemento tondo del diametro di 10 cm, in modo da conferirgli una forma quadrata. La corrente di uscita di questi elementi è compresa tra 50 e 80 mA, sebbene esistano elementi che sviluppano una corrente di 125 mA o più. Il problema principale risolto da questo progetto di batteria solare è mantenere le batterie al nichel-cadmio in uno stato costantemente carico senza ricaricarle. Come è stato mostrato nel Cap. 10, le batterie al nichel-cadmio si danneggiano facilmente se sovraccaricate. Le batterie a disco utilizzate in questo progetto possono essere caricate con una corrente di 50 mA senza timore di danneggiarle. Realizzeremo quindi una cella solare che genera una corrente di circa 50 mA. L'avviso di pericolo della torcia è di piccole dimensioni, quindi è meglio realizzare una piccola batteria solare. A questo scopo vanno scelti elementi a forma di mezzaluna che sviluppano una corrente di 90 - 100 mA. Dividete le mezzelune a metà. Questo può essere fatto facilmente premendo con forza la lama a forma di croce di un coltello sull'area vicino al bordo dritto dell'elemento. Gli elementi tondi originali da cui sono stati scheggiati gli elementi a mezzaluna erano ottenuti da un materiale cristallino in cui le linee di clivaggio erano perpendicolari ai bordi diritti degli elementi a mezzaluna. Se premi su questo bordo, l'elemento si dividerà in due parti. La dimensione degli elementi risultanti è determinata dal punto in cui viene effettuato il clic. Se fai clic al centro, otterrai due elementi identici. Come è noto, dividere un elemento in segmenti non lo distrugge, ma riduce solo la corrente in uscita. Pertanto, dividendo un elemento a metà, ciascuna metà genererà una corrente di 45-50 mA. Non è necessario dividere gli elementi in parti; è possibile utilizzare elementi interi a forma di mezzaluna, generando una corrente di soli 50 mA. Utile per selezionare tali elementi tester. Va ricordato che le celle a bassa corrente occuperanno più spazio nella batteria. Collega 14 elementi in serie e ottieni una batteria solare. Posizionateli su un piccolo pezzo di plastica o di vetro e sigillateli per proteggerli dagli agenti atmosferici. Il diodo di blocco (D1) protegge le batterie dallo scaricamento notturno attraverso il pannello solare. È un diodo al germanio con una bassa tensione diretta di circa 0,3 V e una corrente massima di 200 mA. Design della luce di segnalazione Il circuito elettronico è realizzato utilizzando il cablaggio del circuito stampato. Il circuito stampato è mostrato in Fig. 2, posizionamento delle parti - in Fig. 3. Non c'è nulla di complicato nella produzione, basta osservare attentamente la polarità dei terminali di tutti i dispositivi a semiconduttore e saldare attentamente le connessioni.
Il lampeggiante deve essere collocato in una sorta di contenitore di vetro per proteggerlo dall'ambiente esterno. Inoltre, il bulbo di vetro aiuta a diffondere la luce della lampada su un'ampia gamma di angolazioni. Un diffusore sferico, precedentemente utilizzato nelle luci di posizione di alcune auto, è perfetto a questo scopo. Una lampada coperta da un cappuccio simile è visibile da tutte le direzioni. Puoi anche posizionare la lampada tra due lenti, un design comunemente utilizzato nelle luci di sicurezza stradale. Le lenti non devono essere necessariamente rotonde; va bene qualsiasi forma. Non sarà difficile proteggere la lampada secondo le raccomandazioni fornite. Io stesso, però, avevo proprio bisogno di una piccola torcia di segnalazione che brillasse in una sola direzione. Come risultato delle mie ricerche, ho trovato in vendita un illuminatore economico che soddisfaceva esattamente le mie esigenze (per maggiori dettagli vedere l'elenco dei componenti). Era destinato all'uso in auto ed era dotato di un supporto magnetico (molto comodo per il fissaggio su superfici metalliche) e di un connettore per il collegamento alla presa dell'accendisigari da 12 V. Per utilizzare questa torcia come luce di segnalazione, il primo passo è stato tagliare il collegamento con il connettore da 12 volt in modo che rimanessero collegati circa 10 cm di filo. Se lo si desidera, conservare il connettore dell'accendisigari e il cavo di collegamento per progetti futuri. Ora rimuovi la maniglia di riavvolgimento del filo svitando la vite che la tiene in posizione. La lampadina di questa torcia è progettata per 12 V e non funzionerà bene nel nostro circuito. Per accedere alla lampadina, svitare in senso antiorario l'anello esterno che fissa il vetro anteriore della torcia. Sostituisci la lampada con una lampada numero 50 e assembla la torcia. Il circuito stampato mostrato in Fig. 2, appositamente realizzato per adattarsi perfettamente all'incavo del connettore da 12 volt. La scheda e tutti i suoi componenti rientrano esattamente nelle dimensioni, ad eccezione del condensatore C1, che deve essere posizionato “sdraiato”. Infine, salda la lampada, la batteria e i terminali solari ai corrispondenti pad sulla scheda. Durante l'assemblaggio finale, la torcia viene collegata alla batteria. Il peso aggiuntivo della batteria aggiungerà stabilità alla torcia. La batteria solare, che non è fissata alla torcia, può essere posizionata in qualsiasi luogo illuminato dal sole.
Usando un faro La torcia potrebbe non essere dotata di interruttore a levetta per spegnerla durante le ore diurne. Non è necessario. La mia esperienza dimostra che un set di batterie appena caricate è sufficiente per far funzionare la torcia per una settimana. Le celle al nichel-cadmio completamente scariche si ricaricano completamente in 10 ore solari, ovvero in un giorno e mezzo di funzionamento della batteria solare. Se questa modalità di funzionamento non ti soddisfa, dovresti aumentare la dimensione della cella solare in modo che generi una corrente di 17 mA, e sostituire le celle della batteria precedente con celle di capacità maggiore (tipo C). In questo caso verrà immagazzinata circa 3 volte più energia. La portata di questa piccola torcia portatile è quasi illimitata. Naturalmente vengono subito in mente le applicazioni già citate: segnalazione luminosa tempestiva di avvallamenti e buche, siepi poco visibili e ostacoli invisibili. È anche una buona idea installare spie luminose su barche, banchine ed edifici alti. Se sei un appassionato di radio, potresti voler montare un lampeggiante con calotta sferica sul palo della tua antenna. Le casalinghe adoreranno usare un dispositivo come questo per avvisarle dei pavimenti appena lucidati. Una torcia con supporto magnetico può essere montata sul tetto di un'auto parcheggiata a lato dell'autostrada. E che maschera divertente con gli occhi scintillanti risulterà grazie a una tale torcia! Autore: Byers T.
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