Fuente de alimentación autónoma de larga duración [¡Eureka!]

Hola,
estoy dando vueltas a un proyecto donde un Arduino estaría tomando datos durante un año en un lugar montañoso (con tarjeta SD, reloj RTC, sensor de temperatura y humedad, horas de sol (LDR), y un sensor de peso de una báscula de baño). Necesitaría una fuente de alimentación, que aunque no dure todo el año, la tenga que reponer pocas veces. ¿Qué sistema me recomendáis?
Gracias

panel solar + regulador + bateria.

y si es una montaña que siempre esta nublada? :cold_sweat:

Entonces una batería bien gorda XD

Hola,
una batería de plomo de 6V como esta http://cgi.ebay.es/6V-4-5Ah-sealed-lead-acid-battery-/110747760831?pt=UK_ConsumerElectronics_Batteries_SM&hash=item19c914b8bf#ht_2761wt_1139 cuántos meses podría durar?

No sabría decirte cuanto puede durar una batería de este tipo, tendrias que saber cuanto consume todo lo que vas a conectarla y calcularlo, pero no se como.
En los alcampo habia unas placas solares fotovoltaicas tiradas de precio, se usan para el camping y son de cierto tamaño. Miratelo a ver si tienes suerte y las hay.

... y un sensor de peso de una báscula de baño A que te refieres con esto. Quieres usar una celda de carga para controlar el peso.?

no te dura ni una semana.

Mira este enlace que te puede guiar un poco con el tema de autonomia y demas...

http://pfcan.wordpress.com/2010/11/14/sobre-el-consumo-de-bateria-del-arduino/

A modo de curiosidad historica, te pongo un fragmento del primer post que puso nuestro apreciado compañero Igor R en el foro Arduino alla por el año 2008. Un saludo Igor R

Re: ALIMENTAR ARDUINO CON BATERIA
Reply #8 - 16.12.2008 at 18:00:35
Pues al final, he hecho la prueba con una pila PP3 de 9 voltios.

En concreto he usado una Sony Stamina PLUS 6AMB-B1A (Alcalina).

El Diecimila + LCD Displaytech 162 B lleva más de 9 horas continuas de funcionamiento, y el voltaje de la pila esta a unos 7 voltios.
Ha estado funcionando adquiriendo un dato de un sensor y mostrando en pantalla el valor en mV en la primera linea y el convertido en la segunda. El refresco es aproximadamente 350 ms.
El consumo total es de 32mA.

Los resultados han sido:
Start.- 9,23 voltios
1h.- 8'41 v
2h.- 8'07 v
3h.- 7'82 v
4h.- 7'61 v
5h.- 7'46 v
6h.- 7'32 v
7h.- 7'22 v
8h.- 7'11 v
9h.- 7'03 v

No he encontrado las curvas de esta pila en concreto, pero viendo el funcionamiento, se asemeja mucho a las duracell http://docs-europe.electrocomponents.com/webdocs/01b2/0900766b801b2da8.pdf
Por si alguien quiere hacer estimaciones en su diseño.

Para mi aplicación, que será no continuada, me da una autonomía suficiente y me facilita mucho la vida el poder poner este tipo de pila por temas de tamaño, cajas, y peso. Ya que a este paso serán más de 10 horas, hasta que llegue a 6,5 voltios, aunque como se ve en las curvas de este tipo de baterias, hay un momento que caen en picado (cuidado si se requiere de más corriente, que puede cambiar mucho).

Gracias Eduardo por tus post y dejo expuestos mis resultados por si alguien los puede aprovechar. Wink

Igor R.

Hola, flico,
Intento seguir la evolución del peso de una colmena, y he pensado utilizar el cuerpo y la parte analógica (4 células de carga) de una báscula de baño, como lo hace Joe Desbonnet con su báscula de cocina Random Tech Stuff: October 2010

flico,
cuando dices "alcanpo" te refieres a los supermercados? No he estado nunca en uno de ellos, creía que vendían cosas de comer.

Y qué tamaño (o potencia) debería tener un panel para cargar una batería para alimentar Arduino + tarjeta SD + reloj RTC + sensor de temperatura y humedad + LDR + sensor de peso (4 células de carga) de una báscula de baño?

Lo primero es montar el circuito y medir el consumo para saber lo qué necesitas, una vez que lo conoces es cálculo es simple, probablemente te tengas que ir a panel solar nada más que consuma un poquito. Las baterías de coche tienen un montón de Ah y además la puedes bajar con un dc-dc lo que reducirá el consumo de la betería.

Como supongo que el peso no lo querrás medir constantemente igual tendrías que medir mediante muestreo. Apagar casi todo lo imprescindible hasta que haya que hacer las mediciones y volver a apagarlo hasta que toque volver a medir. De esta manera reducirás el consumo diario mucho pero la única manera de saber cuanto te consumirá es montándolo y usando el muestreo. Mides cuanto consume en un minuto cuando está dormido y vuelves a repetirlo cuando esta todo activo.

Ten en cuenta lo siguiente para el cálculo del panel y la batería

  • Lo que cargues durante el día tiene que ser como mínimo suficiente para el gasto que hace el circuito durante el día y la noche.
  • Recuerda que puede haber días seguidos con nubes y lloviendo por lo que esos días cargará menos.
  • Aunque en el panel ponga 200mA no llegará nunca a esa cantidad, ni en pleno agosto a las 12:00.
  • Ten en cuenta que depende a que hora pega más fuerte el sol y lo mismo pasa con los meses del año.

En Tknika hay unos apuntes muy potentes de documentación generada para los ciclos formativos donde se aprende a diseñar instalaciones fotovoltaicas. Me parece que para bajártelo tienes que rellenar un formulario. Salu2

ionhs muy buenos comentarios a tener en cuenta.
yo añadiria, calcula la capacidad de la bateria según lo que te ha comentado ionhs de varios dias sin sol, etc.
y aparte calcula un uso de bateria en el cual la bateria no baje del 50% de capacidad. esto asegura que la bateria no se dañe, al menos eso he leido respecto a instalaciones de paneles solares con baterias para casas.
de todas formas una bateria de coche puede tener 100Ah
si tu conjunto consume digamos 150mA (esto es lo que consume mi arduino + lcd + led alta intensidad + canbus + serial a saco)

150mA*24h = 3600mAh por dia, es decir 3.6Ah/dia
con una bateria de 100Ah y siguiendo lo anteriormente dicho...50Ah
50Ah / 3.6Ah/dia = 13.8 dias
con un panel que te suministre mas de 150mA reales, estaras cargando la bateria, y tienes 13,8dias de margen para ello.
(por favor, que alguien compruebe los calculos que igual estan mal)

Gracias a todos.
Cuando haga el montaje de todos los componentes, mediré el consumo, y seguiremos con el tema.

ionhs, he puesto a bajar fotovoltaikoa.zip, y lo miraré, si es que consigo bajarlo, son 500MB y Mi conexión adsl es de zona rural...

Lo del %50 que comenta Sergegsx es verdad, ten cuidado con esos. Cada bateria tiene su porcentaje de carga minima, por eso en las instalaciones de fotovoltaica se suelen usar unos "reguladores" para que se encarguen de esas cosas.

Curro92 los apuntes tknika los tiene en euskera y castellano lo que no se es si en los 500Mb están los 2 idiomas o dependiendo de del idioma en el que se está navegando bajas en uno o en otro. Estos apuntes me los pasaron en un curso que hice y son buenos, igual demasiado y todo :stuck_out_tongue_closed_eyes:

curro92:
flico,
cuando dices "alcanpo" te refieres a los supermercados? No he estado nunca en uno de ellos, creía que vendían cosas de comer.

Y qué tamaño (o potencia) debería tener un panel para cargar una batería para alimentar Arduino + tarjeta SD + reloj RTC + sensor de temperatura y humedad + LDR + sensor de peso (4 células de carga) de una báscula de baño?

Si señor alcampo el supermercado en la sección de repuestos para el automóvil.

Tengo algo olvidado lo de las instalaciones solares pero te pongo alguna formula que me viene a la cabeza.

Tamaño de la batería = (Consumo diario * días de autonomía)/(Rendimiento de la batería * Descarga máxima)

Bat = ((0,075a * 24 horas)7)/(0.80.5) = 31,5 Ah

Luego las baterías hay un mundo en el calculo de las instalaciones, por ejemplo depende del tipo de batería (c10,c20,c100c...) cXX son las horas que funciona ininterrumpidamente, osea si la batería se descarga más lento tiene más capacidad que si la descargas más rápida. Luego la temperatura, si la batería esta caliente (+25ºC) gana capacidad y si hace mucho frio pierde, pero por lo contrario pierde años de vida las baterías en altas temperaturas.

La dimensión del panel solar ya no me acuerdo tan bien pero lo idea seria, 0.075ma5V24Horas = 9 vatios/día de consumo entonces con la radiación solar media anual de la zona, inclinación, batería,... calculas la potencia que te tiene que dar el panel solar que tranquilamente puede salirte 50W para cargar la batería totalmente en un par o tres de días o 100W para cargarlo aun

Un saludo!

Lo primero se calcula todo y después se multiplican los resultados por 5 o por 10 :smiley:

Aunque lo digo en broma lo cierto es que no dista mucho de la realidad. Cuando intervienen placas solares hay que establecer unos márgenes muy amplios para asegurar que no te vas a quedar corto. Los márgenes que hay que aplicar son tan grandes porque intervienen algunos factores que pueden ser complicados de cuantificar de antemano. Lo principal, por supuesto, la insolación que recibirá la placa.

JRodrigo:
Luego las baterías hay un mundo en el calculo de las instalaciones, por ejemplo depende del tipo de batería (c10,c20,c100c...) cXX son las horas que funciona ininterrumpidamente, osea si la batería se descarga más lento tiene más capacidad que si la descargas más rápida.

El dato CXX indica la autodescarga de la batería siendo XX los días que tarda en descargarse sin recibir recargas. Para este tipo de aplicaciones sin duda yo pondría una batería solar. Nada de utilizar baterías de coche o similares. El problema es precisamente la autodescarga. Con una batería de coche se está utilizando una parte de la potencia de las placas en la pérdida por autodescarga que sufre.

Mis cálculos serían los siguientes:

Tal como ha explicado muy bien ionhs lo primero medir el consumo promediado de toda la electrónica. Pongamos por poner una cifra redonda que salen una media de 100 mA. El consumo de energía por día será de 24 x 0,1 = 2,4 Ah/día.

Lo siguiente calcular la potencia del panel. Para ello hay que ir al caso más restrictivo, en invierno. En esta web

http://re.jrc.ec.europa.eu/pvgis/apps/radmonth.php?lang=es&map=europe

puedes calcular la radiación media diaria indicando el ángulo de inclinación del panel. Pongamos que al elegir la zona y la inclinación, que para España lo óptimo es unos 40º, nos da una radiación de unos 3000 Wh/m2. Como la potencia de los paneles está calculada para una radiación de 1000 W/m2 (día a pleno sol en verano) tenemos que nuestro panel va a producir el equivalente a 3 horas a su plena potencia. En nuestro caso el panel mínimo necesario será de 2,4 / 3 = 0,8 A. Según la tensión del panel, multiplicando tendremos la potencia del mismo. Ahora bien, ese panel nos cubre lo mínimo, el consumo total. Necesitamos un panel mayor para que, tras unos días nublados que hayan hecho reducir la carga almacenada en la batería, tengamos potencia suficiente para alimentar la electrónica y el resto para cargar la batería. Aquí entra el coeficiente que queramos poner. A falta de poder hacer pruebas yo pondría coeficiente 2, es decir, un panel de unos 1,6 A.

Calculado el panel ya podemos pasar a la batería. Será suficiente con aplicar un factor de 12. Si nuestro panel puede proporcionar 1,6 A, la capacidad de la batería tiene que ser de 1,6 x 12 = 19,2 Ah.

Por último comprobamos que el resultado de esa batería nos va bien ya que la carga total de la batería nos da suficiente energía para que la electrónica esté funcionando durante 19,2 / 2,4 = 8 días. Tenemos margen suficiente ya que difícilmente vamos a tener 8 días seguidos sin ningún momento de luz.

Hola,
esta noche me desperté y vi la luz: la solución está en que el Arduino (y todo lo que tiene alrededor) no debe estar conectado, debe estar desconectado. Lo único que necesito es conectarlos cada 10 minutos durante un segundo. Y cuando se conecte abrirá un fichero de la SD y escribirá un registro de datos: año;mes;día;hora;minuto;peso;temperatura;humedad;sol(sí/no), y cerrará el fichero. Esto lo hará desde el setup() para que solo haga un registro, y el loop() estará vacío ( o con unos Serial.print() para cuando esté conectado por usb). Lo de los 10 minutos no es crítico, pueden ser 10, como 8 como 13 minutos.
Tan solo me haría falta una fuente con pilas a 6V y un temporizador, que consuma poquito, porque sería lo único conectado de continuo. Y para encender el Arduino usaría un relé? Para el temporizador se suele usar 555? Seguro que alguien tiene algún esquemilla por ahí.
Con esto evito que se dispare el presupuesto de mi proyecto.
El tema de los paneles solares me interesa, pero por ahora lo dejaré en la recámara.

Pregunta final: este tema de encender el Arduino cada x tiempo para ahorra pilas, merecería un nuevo Subject?

Aún se puede reducir más el consumo poniendo el microcontrolador en modo de reposo (sleep), aunque este modo implica no ejecutar ninguna instrucción

Del primer enlace...

tendras que mirar ese modo y si, creo que seria interesante nuevo hilo para esto.

Curro92, solo a modo informativo...

Hace un par de años hice una prueba con un Arduino + 7 sensores PIR (Alarma) + 9 Leds (no se decirte el consumo general), todo encendido 24 horas al día y conectado a una tipica bateria de "Moto", 12v 7Ah. regulado con un simple LM7808... Resultado, el sistema permanecio encendido aproximadamente 29 días...

Supongo que si en vez de una bateria le pones 4 (o una de coche) te permitiria ir de visita a ver como va todo cada 3 meses.