Electrónica
Esta sección detalla el funcionamiento de la electrónica y los componentes incluidos en la placa de control.
Alimentación
Es sistema se alimenta con una tensión de entrada variable 10-20V DC, usando un regulador de voltaje eficiente de 5V que estabiliza la tensión de entrada. Como elementos de protección se ha añadido un fusible y un diodo de protección contra inversión de polaridad.
Esquema de alimentación
Electroválvulas
Las electroválvulas usadas en este proyecto son tipo latch con un solenoide. Las usadas son solenoides de 9-24V DC y se pueden adquirir en la mayoría de tiendas de riego de jardines. Actualmente su precio oscila entre 20-30€. La siguiente imagen muestra las que se han usado en este proyecto.
Electroválvula de riego - 9-24V DC
Este tipo de electroválvulas sólo consumen energía durante el cambio de estado, el cual, se realiza mediante un pulso de corriente. El principal problema es que si el sistema se queda sin energía y la electroválvula está abierta, permanecerá abierta. Por eso, el diseño electrónico propuesto incluye un cierre automático si se corta la energía.
El diseño consiste en el uso de un relé mecánico monoestable y un condensador según el esquema de la figura siguiente.
Esquema de cierre automático
Es importante usar condensadores de la capacidad correcta para que el tiempo del pulso de cierre y apertura sea el adecuado. Si se excede la capacidad, el efecto observado es que el solenoide rebota al estado inicial porque conmuta con demasiada rapidez. En este caso no se produce ni la apertura ni el cierre.
El cálculo aproximado es el siguiente:
Las electroválvulas usadas en este proyecto se comportan como una resistencia en el rango [3.6Ω, 4.2Ω].
La tensión de alimentación oscila en el rango [11V, 14V].
El pulso de cierre y apertura debe ser al menos de 20ms.
Usando un condensador de 1500µF y tomando el tiempo de carga del condensador en una red RC como 4τ, el pulso queda de unos 24ms, suficiente para conmutar. El cálculo es el siguiente:
Medidor de voltaje
La medida del voltaje se hace usando el convertidor analógico-digital del ESP32-C3 conectado a un divisor de tensión. En el divisor de tensión se ha añadido un condensador adicional C6 para estabilizar las medidas de voltaje. Éstas son muy irregulares cuando están conectadas al regulador de carga solar.
Divisor de tensión de la PCB
Los valores del divisor se deciden de la siguiente forma:
Considerando que el voltaje máximo en la placa solar/regulador oscila, pero no supera los 20V.
Teniendo en cuenta que el rango de entrada del ADC del ESP32-C3 es [-0.3v, 3.6v]. Este dato se obtiene desde de la hoja de características ESP32-C3 DataSheet, ~pp53.
Advertencia
Si decide usar otras resistencias para el divisor de tensión, asegúrese de que el voltaje en la mitad del divisor no excede los 3.6V.
Considerando posible error en las resistencias, el cálculo del divisor de tensión es el siguiente:
El voltaje máximo esperado en la placa solar es 20V.
Las resistencias propuestas son de 750K y 130K.
El último cálculo de potencia es relevante, puesto que, el divisor de tensión debe consumir poca energía al estar alimentado por una batería.
En la captura siguiente se muestran los datos obtenidos durante el funcionamiento. Se observa que, a pesar del filtro, aparecen algunas medidas irregulares, pero se pueden filtrar en el firmware.
Histórico en HomeAssistant del voltaje de la placa solar con batería