Измерение солнечной радиации на Arduino UNO с Ethernet Shield

Компоненты и материалы

Инструменты

• Цифровой мультиметр

О проекте

Зачем это нужно

Существует много датчиков погоды (температура, влажность, освещенность), но доступных датчиков солнечной радиации (пиранометров) нет — они стоят $200–800. Автор хотел оценить солнечный потенциал своей местности перед покупкой солнечной панели и решил сделать свой дешевый пиранометр на Arduino.

Методика

Солнечный элемент преобразует радиацию в напряжение. Чем больше радиация, тем выше напряжение. Используем прямо пропорциональную зависимость.

Необходимые параметры:

• Опорное напряжение Arduino ADC = 5 В (может отличаться)
• Максимальное напряжение вашего солнечного элемента (уточните в даташите, у калькуляторных ~5 В)
• Габариты элемента (для площади)

Формулы:

• Power = (analogRead(A0)^2) / Resistance — мощность на резисторе (R = 10 кОм)
• Area = length * width — в м² (перевод из мм: /10000)
• Radiation = Power / Area — солнечная радиация в Вт/м²

Типичные значения: 150–300 Вт/м² в обычный день, до 900 Вт/м² в ясный день у экватора.

Подключение

1. Определите полярность солнечного элемента мультиметром: если напряжение положительное — черный пробник на «земле» элемента.
2. Земля элемента → GND Arduino. Плюс элемента → резистор 10 кОм → A0 Arduino. Второй конец резистора → GND. (Делитель напряжения / измерение тока через известное сопротивление).

Код: Базовый скетч (вывод в Serial)

#define ANALOG_PIN A0
#define RESISTANCE 10      // кОм
#define PANEL_LENGTH 60    // мм
#define PANEL_WIDTH 20     // мм

volatile float Area, Power, Radiation;

void setup() {
  Serial.begin(9600);
  while(!Serial);
  delay(100);
}

void loop() {
  Area = PANEL_LENGTH * PANEL_WIDTH / 10000.0;  // м²
  Power = pow(analogRead(ANALOG_PIN), 2) / RESISTANCE;
  Radiation = Power / Area;

  char msg[64];
  sprintf(msg, "Solar Radiation: %.2f W/m2", Radiation);
  Serial.println(msg);
  delay(1000);
}

Код: С Ethernet Shield (веб-сервер)

Ethernet Shield надевается на Arduino, пины совпадают. Код создает веб-сервер на порту 80, обновляющий страницу каждые 5 секунд с текущим значением радиации.

#include <SPI.h>
#include <Ethernet.h>

#define ANALOG_PIN A0
#define RESISTANCE 10
#define PANEL_LENGTH 60
#define PANEL_WIDTH 20

volatile float Area, Power, Radiation;

byte mac[] = {0xDE, 0x0D, 0x8E, 0xEF, 0xFE, 0xED};
IPAddress ip(192, 168, 1, 177);
EthernetServer server(80);

void setup() {
  Serial.begin(9600);
  while (!Serial);
  Ethernet.begin(mac, ip);
  server.begin();
  Serial.print("Server at ");
  Serial.println(Ethernet.localIP());
}

void loop() {
  Area = PANEL_LENGTH * PANEL_WIDTH / 10000.0;
  Power = pow(analogRead(ANALOG_PIN), 2) / RESISTANCE;
  Radiation = Power / Area;

  char msg[64];
  sprintf(msg, "Solar Radiation: %.2f W/m2", Radiation);

  EthernetClient client = server.available();
  if (client) {
    boolean currentLineIsBlank = true;
    while (client.connected()) {
      if (client.available()) {
        char c = client.read();
        if (c == '\n' && currentLineIsBlank) {
          client.println("HTTP/1.1 200 OK");
          client.println("Content-Type: text/html");
          client.println("Connection: close");
          client.println("Refresh: 5");
          client.println();
          client.println("");
          client.print(msg);
          client.println("
");
          client.println("");
          break;
        }
        if (c == '\n') currentLineIsBlank = true;
        else if (c != '\r') currentLineIsBlank = false;
      }
    }
    delay(1);
    client.stop();
  }
}

Схема