In die Box passen der Akku, der Laderegler mit Plastik-Gehäuse und BOB im Spelsberg-Gehäuse.
So ist die Elektronik doppelt geschützt. Nur das Bedienen der Tasten ist umständlich.
In Ngaoundere ist nicht mit tropischer Dauer-Feuchtigkeit, sondern eher mit Platzregen, Wind und viel Staub zu rechnen.
Das Gestell kann mit einfachem Werkzeug hergestellt werden, das vor Ort vorhanden sein sollte.
Danke Didi, das sieht nach einer sehr praktischen Konstruktion aus und ist sicherlich in Kamerun gut nachbaubar. Kiste, Profile und co werde ich wohl in Kamerun kaufen müssen, aber das sollte ja auch kein Problem sein.
Ich bin gespannt auf eure Testergebnisse, wie lange der Akku hält.
Ich würde das ungern testen, da es zu lange dauern würde. Wenn ich mit meinen ermittelten werten mit den kleinen Akkus umrechne komme ich, wenn ich die Umwandlungsverluste mit berücksichtige, auf knapp 100 Tage, wenn light Sleep genutzt wird. Da braucht es schon fast kein Solar mehr sondern nur ein Tauschakku.
Ich wollte eine sehr robuste Stromversorgung bauen, die auch durchhält, wenn das Modul verdreckt oder verschattet wird. Man kann ja nie wissen, was passiert.
Preislich ist das 30 W Modul mit 35 € günstig gegenüber den kleineren mit 5 W zu 12 €
Gegen beschattung oder Bewölkung hilft dieser aufbau allerdings nur bedingt. Deine Version hilft durch die höheren Ladeströme aber wenn die Sonne nur kurzzeitig verfügbar sein sollte. Was für unsere Zwecke aber ausreichen sollte.
Ein Laderegler kann nur laden, wenn die vom Solarmodul erzeugte Spannung höher als die Ladespannung ist.
Die einzige mir bekannte Möglichkeit ist da ein MPPT Laderegler mit in Reihe geschalteten Modulen oder ein Modul mit höherer Ausgangsspannung z.B. 24V um die Eingangspannung auch bei nidriger einstrahlung noch hoch genug zu halten.
Allerdings sind diese Laderegler so teuer, das es sich für die Anwendung in Kamerun nicht lohnen sollten.
Bei uns im Winter-Herbstbetrieb sehe ich aber diese Laderegler aber klar im Vorteil.
Ich habe die Laufzeit genauer untersucht und ernüchterne Erkenntnisse gewonnen. Zum einen den Unterschied zwischen Theorie und Praxis und dass der 1. Hauptsatz der Thermodynamik vom Erhalt der Energie gilt ( Wo nichts ist, da kann auch nichts werden ).
Zur Übersichtlichkeit messe ich mit 1 W Dauerlast, die lässt sich mit einer elektron. USB-Last gut einstellen und entspricht etwa der max. Last des FiPy. Wenn der weniger verbraucht, läuft er umso länger. Pro Tag verbraucht er dann 1 W x 24 h = 24 Wh.
Der Bleigel-Akku mit 7 Ah gibt theoretisch 7 Ah x 12V = 84 AVh = 84 Wh ab. Also sollte der FiPy dann mindestens 84 Wh / 24 Wh = 3,5 Tage laufen.
Um das zu überprüfen, klemme ich den 7Ah Akku an den folgenden Messaufbau
Die Ausgangsspannung der USB-Buchsen des Solarreglers war mir zu instabil, also habe ich an den 12V Ausgang einen StepDownWandler ( xxx ) von 12V auf 5V angeschlossen und messe mit einem USB-Messgerät ( yyy ) die Leistung, die in die einstellbare elektron. Last fliesst ( 1W ).
Mit 4 mal AD-Wandlern ADS1115 kann ich bis zu 16 Spannungen bis 40 V mit einer Auflösung von 1 mV jede Sekunde messen und über I2C auf einem RaspberryPi und Pythonprogramm aufzeichnen.
Es ergeben sich pro Tag 16 x 60 x 60 x 24 = 1.38 x 10^6 Messwerte und 12 MByte Daten, die ich auf den PC downladen und auswerten kann.
Zum Testen des Akkus lade ich ihn mit einem modernen Akkuladegerät und entlade ihn über den Solarregler mit Anzeige von Spannung, Strom, Leistung und Energie auf den beiden mittleren Messgeräten. Der Solareingang wird nicht benutzt. 12 verschiedene Spannungen werden aufgezeichnet.
Da folgende Bild zeigt einen Zyklus von Entladen und Laden:
Kurve 1 ist die Spannung am Pluspol des Akkus gegen die Masse am Minuspol
Kurve 5 ist die Spannung am Ausgang des Reglers ( 12V Buchse )
Kurve e ist kein Strom, sondern der Spannungsabfall an der Verkabelung zwischen Masse 12V Buchse und Masse Akku und ist sehr klein ( eine Stufe sind 1 mV , eine Leistung von 1 W führt zu einem Spannungsabfall von 9 bis 10 mV ). Das ist zu klein für genaue Messungen von Leistung und Energie.
Um 0:15 Uhr wurde von Erhaltungsladung ( voller Akku ) auf Entladen mit 1 W geschaltet. Um 16:30 war die Tiefentladungs-Schwelle von 10.5V erreicht und der Regler hat abgeschaltet. Dabei wurden in der Last 1 W x 16.25 h = 16.25 Wh umgesetzt. Der Zähler am 12 V Ausgang zeigte 27 Wh und der zwischen Akku und Regler 34 Wh an.
Der Akku hat von den theoretischen 84 Wh nur 34 Wh abgegeben, im Regler wurden 34 Wh - 27 Wh = 7 Wh verbraucht und im 12V5V-Umsetzer und USB-Messgerät wurden weitere 27 Wh - 16 Wh = 11 Wh verbraucht. Damit ist die Energiebilanz und der Wirkungsgrad ziemlich schlecht.
Der FiPy läuft an so einem Akku keinen Tag lang. Man müsste den Stromverbrauch durch Deepsleep drastisch reduzieren, kann dann aber nicht alle 10 Sekunden messen
Um 19:00 Uhr habe ich das Ladegerät angeschlossen und der Akku war nach 3.5 h wieder voll
Damit der Entladevorgang in ein Tagesplot passt, habe ich ihn mit konstanten 5W entladen:
Akku -> Gleichstrom-Zähler -> Solarregler -> Umsetzer 12V/5V -> USB-Messgerät -> elektron.Last
Der theoretische Energieinhalt von 12V x 17Ah = 204Wh kann nie erreicht werden, da der Akku nur bis minimal 10.5V entladen werden darf.
Um 0:15 habe ich die Last von 5W eingeschaltet, um 19:30 war die Tiefentladungsgrenze von 10.5V erreicht. Damit ergeben sich an der Last 19.25 h x 5W = 96Wh. Der Zähler zeigte 156Wh an, die der Akku geliefert hat. Allerdings sind im Regler, dem Umsetzer und USB-Messgerät 156 - 96 = 60Wh Verluste entstanden.
Der FiPy wäre mit 1W theoretisch 96 Stunden gelaufen.
Die Entladekurve des kleinen Akkus 12V / 7Ah mit 5W entladen:
Um 0:15 entladen mit 5W, um 6:15 Stop ergibt 6h x 5W = 30Wh. Der Zähler zeigt 49Wh.
Die Verluste sind 49 - 30 = 19Wh.
Der FiPy wäre mit 1W theoretisch 30 Stunden gelaufen.
Bei meinen Tests betreibe ich seit einigen Wochen 2 FiPy mit je 10000mAh Powerbanks, die ich leider täglich wechseln muss, da sie nur knapp 1.5 Tage halten. Das ist auf Dauer unbefriedigend.
Nun habe ich folgende Powerbank gefunden:
Leider ein typisch chinesisches Produkt mit theoretischen 145Wh Energie: der Ladeeingang und die Ausgänge 1 x 12V und 4 x 5 V funktionieren, der 230V Wechselspannung-Ausgang aber nicht. Da ich ihn eh nicht benötige, habe ich das Teil nicht zurückgeschickt.
Einen 5V-Ausgang habe ich mit 1W belastet, er lieferte 70 Wh. D.h. ein FiPy mit 1W würde knapp 3 Tage laufen.
Das teste ich gerade.
vielen Dank für Deine Tests, @didilamken. Ich wollte an dieser Stelle nur nocheinmal vorschlagen, dass wir doch kollektiv von der Idee abkommen sollten, im Solarbetrieb alle 5 Sekunden messen zu wollen. Außerdem sollte der Deep Sleep Modus ordentlich erschlossen, implementiert und aktiviert sein.
Ich bin hier gerade nicht auf dem aktuellen Stand, wie das Gerät betrieben wird, denke aber, dass der Akku mit besser eingestellten Bedingungen zur Laufzeit doch ein wenig länger halten könnte.
Genau das möchte ich ja untersuchen:
im Frühling bei gutem Wetter gibt es viel Solarstrom und auch viel Aktivität bei den Bienen. Dann kann man oft messen, z.B. den Abgang eines Schwarms. Nachts und im Herbst/Winter hat man nicht so viel Strom und misst dann seltener.
Mit einer Gangreserve von 3 Tagen kann man besser eine Schlechtwetterperiode oder einen dicken Taubenschiss auf dem Solarmodul überbrücken.
Im Kamerun-Branch will ich die Stromspar-Möglichkeiten austesten.
das verstehe ich. Trotzdem ein aber: Wäre nicht die Gangreserve von vornherein viel höher, wenn a) weniger oft als 5 Sekunden(!?) gemessen werden würde und b) das Gerät zwischen den Messintervallen schlafen würde? Selbst wenn es in diesem Szenario anbleibt, könnte das WiFi und weitere Peripherie abgeschaltet werden.
Anders gesagt: Wenn ich empirisch testen will, wie weit ich mit einer Tankfüllung meines Bullis komme, fahre ich ja auch nicht 180 km/h auf der Autobahn und stehe an den Ampeln volle Kanne ausgekuppelt auf dem Gas.
Ich bin mir nicht 100%ig sicher, ob ich diese Analogie hier richtig getroffen habe und freue mich auf ein besseres Verständnis der Sachlage.
Zum Vergleich, mein LoPy4 mit jeweils 1x HX711, BME280 und DS18B20 läuft mit Deep Sleep, LoraWAN, Sendeintervall von 20min und einem 2000mAh Akku circa 2 Wochen ohne externe Energiezufuhr. Einen Schwarmabgang kann ich damit immer noch sicher und rechtzeitig erkennen.
Ich denke auch, dass 5 Sekunden beim Szenario Technoimker über das Ziel hinaus schießen. Mit einer Reserve von 3 Tagen gehört man auch schon zu den Wetteroptimisten.
Wir sind ja noch in der Testphase. Ein Messzyklus von 1 x BME280, 6 x DS18B20 und 1 x HX711 und senden dauert ca. 5 sec. Man kann dann noch 5 sec warten für einen Messzyklus von 10 sec. Das spart aber keinen Strom, das wait() kostet etwa so viel wie messen.
in FiPy-Master sind noch keine Sparmassnahmen wie abschalten und sleep eingebaut, das kommt erst in FiPy-Kamerun, ist aber noch nicht so weit.
Um einen Langzeitbetrieb zu untersuchen, muss man zuerst das Maximum kennen, wie minimaler Zyklus, maximale Auflösung der Sensoren usw.
Ich messe ja auch die Batteriespannung zum Erforschen mit einer Auflösung von 1/1000 Volt, was nachher im Betrieb auch nicht nötig sein wird.
Je nach den Erkenntnissen, die erzielt werden, kann man den Akku und das Solarmodul auch verkleinern und gut durch den Winter kommen. Auf variable Messintervalle mit viel sleep zwischendurch wird man nicht verzichten können.
Vielleicht können wir ja mit einer einfachen Powerbank und einem 5W Solarmodul auskommen.
Ok, verstehe. Bei mir ging Stromsparmaßnahmen für die MicroPython-Firmware im Batteriebetrieb damals nur schon so sehr in Fleisch und Blut über, dass ich mich ein wenig über die Grundlagenforschung an dieser Stelle – ohne Stromsparmaßnahmen(!) – wunderte, obwohl wir ja eigentlich schon viel weiter waren. Ich hatte dabei ganz vergessen, dass Du ja mit der GitHub - Hiverize/FiPy Firmware arbeitest. Sorry und viel Erfolg bei allen Tests!
Ich hab bei mir Mal mit dem fipy/Kamerun Brench ein wenig getestet und bin mit der Light-Sleep Variante auf WiPy und abgeschalteten WLAN mit Imker als Datenmuli mit dem 2000mA Akku von BOB auf 215h Laufzeit gekommen und das trotz 10sec Messintervall.
Wie ich vorher schon ein paar Mal geschrieben habe ist light Sleep ganz klar im Vorteil solange man nicht nur alle 20 min sendet.
Der Nachteil im Light Sleep ist aber, das die Buttons praktisch kaum noch reagieren der WiPy ist zwischen dem Schlafen nur noch 1Sec wac.
Bis der Interrupt auf dem Button reagiert schläft er praktisch schon wieder. Wenn ich Versuche ihn per Interrupt auf dem Button zu wecken geraten die Interrupts, Pinstate, Aufwachgrund usw durcheinander.
Ist auf alle Fälle noch immer ein schwerwiegender Bug in der Pycom Firmware vorhanden. Ich bin an dem Problem dran, aber aktuell fehlt mir die Zeit mich mit dem Problem zu beschäftigen.
Für BOB habe ich eine kleine Zusatzplatine entwickelt, auf der die RTC DS3231 per Alarm und P-Kanal MOSFET die Stromversorgung des FiPy an- und abschalten kann. Mit einem INA219 kann ich Spannung, Strom und Leistung messen.
DS3231 und INA219 werden z.Z. noch von einem extra FiPy per I2C angesteuert, später soll der Mess-FiPy das tun.Der Solarlader CN3065 mit 2000 mAh-Akku ist auch dabei.
Beim DS3231 nutze ich den Alarm 1, damit kann ich den Strom im Sekundentakt schalten.
Zum Stromsparen kann der FiPy nach einem Messzyklus für beliebige Sekunden abgeschaltet werden. Der Alarm des DS3231 schaltet ihn wieder ein. So kann man alle 5, 10, 30 sec oder gar nur jede Stunde messen, abhängig von der Stromversorgung. Bei USB-Betrieb mit 5 V sind 5 sec möglicht, bei Akku-Betrieb von 4.2 V bis 3.5 V können die Messpausen variabel sein. So spart man Programmierarbeit mit den sleep-modi und dem Abschalten der einzelnen Sensoren
Ich habe erste Mess-Ergebnisse:
FiPy1 läuft mit Hiverize/FiPy und bootet, misst und sendet 2 Messwerte, dann 5 sec 3 LED an, 5 sec LED aus, 5 sec DeepSleep
Mit Fipy3 und INA219 messe ich Spannung, Strom und Leistung:
Der FiPy bootet in ca. 17 sec, misst 2 mal in 10 sec, 5 sec 3 LED an, 5 sec LED aus, 5 sec DeepSleep
Ob die LEDs an oder aus sind, fällt nicht gross aus bei einer Gesamtleistung von 1100 mW.
Der Verbrauch bei DeepSleep mit 350 mW ist grösser als erwartet. Vermutlich weil die Sensoren nicht abgeschaltet werden.
Das Booten der BOB-Firmware dauert ca. 17 sec, dann 2 Messungen mit Übertragung in 10 sec, dann DeepSleep. Nach 35 sec schaltet der DS3231 den Strom für 30 sec ab. Mit Optimierung kann man mit halben Stromverbrauch jede Minute messen.
Mit doppelt so langen Pausen kommt man auf 1/3 Stromverbrauch.
So kann man mit der Wahl der Pausendauer den Stromverbrauch gut beeinflussen. Das Abschalten der Sensoren und Auslöten der LEDs wird nicht so viel bringen.
Für Messintervalle von 5 sec bis 30 sec wird es kaum Energieeinsparmöglichekeiten geben, da muss man beim FiPy mit 1.1W am USB-Netzteil rechnen.
Nach dem Booten ( 20 sec ) folgt die 1. Messung ( 5 sec - 1. peak ), dann time.sleep(30) ( 30 sec ) und die 2. Messung ( 5 sec - 2. peak ). Danach deepsleep ( 180 sec).
Es fällt auf, dass das Messen einen leicht erhöhten Strombedarf ( ca. 50 mW mehr ) erfordert, der sleep aber 1100 mW erfordert, obwohl nichts zu tun ist.
Auch der deepsleep verbraucht mit 370 mW noch viel zu viel.
Da ist es besser, wenn man mit der Platine BOB-Strom V2 und der RTC DS3231 dem FiPy über Alarm1 den Strom ganz an- und abschaltet:
Links im Bild der Stromverbrauch mit deepsleep, rechts mit Abschalten. Wenn man die Schaltzeiten optimiert, kann man viel Strom sparen, indem man die Abschaltzeit verlängert und weniger häufig misst.
Auch könnte man die Zeiten mit der Akku-Spannung variieren: bei USB-Versorgung ( 5V ) dauernd messen, bei vollem Akku häufig und bei leerem Akku selten.
