DesignReview (PDF)

 
 
 
 
 

Solar Powered LED Blinds 
Design Review 
 
Group 28: Austin Estes & Kerr Oliva 
 
TA: Katherine O’Kane 
 
ECE 445 
 
February 15, 2016 
 
 
 

 

Table of Contents 
 
1 Introduction 
1.1 Statement of Purpose 
1.2 Objectives 
1.2.1 Goals and Benefits 
1.2.2 Functions and Features 
 

2 Design 
2.1 Block Diagrams 
2.1.1 Power Block Diagram 
2.1.2 Signal Block Diagram 
2.2 Block Descriptions 
2.2.1 Solar Panels 
2.2.2 Charge Controller 
2.2.3 Li­ion Battery 
2.2.4 Buck Converter 
2.2.5 Microcontroller 
2.2.6 Electric Motor 
2.2.7 RGB LEDs 
2.2.8 User Inputs 
2.2.9 Motor Driver 
2.2.10 Voltage Controlled Current Source 
2.3 Schematics of Overall System 
2.4 Simulations and Calculations 
2.4.1 Charge Time 
2.4.2 LED Discharge Time 
2.4.3 Total Battery Discharge Time 
 

3 Requirements and Verifications 
3.1 Requirements and Verifications Tables 
3.1.1 Solar Panels 
3.1.2 Charge Controller 
3.1.3 Li­ion Battery 
3.1.4 Buck Converter 
3.1.5 Microcontroller 
3.1.6 Electric Motor 
3.1.7 RGB LEDs 
1 

3.1.8 Voltage Controlled Current Source 
3.2 Tolerance Analysis 
3.3 Safety 
3.4 Code of Ethics 
 

4 Cost and Schedule 
4.1 Cost Analysis 
4.1.1 Labor 
4.1.2 Parts 
4.1.3 Total Cost 
4.2 Schedule 
 

5 References 
 

5.1 References 
 

2 

1 Introduction 
 
1.1 Statement of Purpose 
 
The goal for this project is to create a self­contained system powered solely by solar 
panels that can bring light to a room, whether it be to help illuminate the room with white light or 
add a more aesthetic appeal using a different color of light. This way the blinds cannot only 
block out the sun’s light from a room during the day, but can store the sun’s energy for use later 
at night. 
The solar panels will be placed on the blinds, so that they can be angled towards the sun 
either by the user or by the microcontroller. This should allow for the maximum power 
production depending on the current conditions outside. The solar panels will charge a 
rechargeable lithium­ion battery, which will power the electric motor which turns the blinds, the 
microcontroller, and the RGB LEDs. The electric motor will be controlled by the microcontroller 
using solar data to determine where the best angle is for the blinds. The user will be able to 
choose the intensity of the red, green, and blue light from the LEDs individually, creating a 
massive selection of custom colors. 
Our hope was to be able to create a product that someone could use in his/her home to get 
the benefits of green energy, without having to do an expensive retrofit. Our project could also 
be used in an area where electric power is not readily available or not reliable, that way the user 
could have an electric light source at night. 
 

1.2 Objectives 
 
1.2.1 Goals and Benefits 
● Entirely self­contained 
● Offer additional lighting in conjunction with normal illumination appliances 
● Automatically angle blinds for best solar power production 
 
1.2.2 Functions and Features 
● Solar charged li­ion battery 
● Automated electric motor movements 
● Customizable RGB LED output 
● DC Motor able to turn in either direction 
 
 
 

3 

2 Design 
 
2.1 Block Diagrams 
 
2.1.1 Power Block Diagram 

 
Figure 1.​
 This block diagram shows how the power will flow through the system. 
 
2.1.2 Signal Block Diagram 

4 

 
Figure 2.​
 This block diagram shows how signals will travel through the system. 
 

2.2 Block Descriptions 
 
2.2.1 Solar Panels 
Input: ­ 
Output:
18 V  
0.63 A 
11.34 W 
 
Each solar panel individually produces 6 V and 0.07 A of power. With this in mind, we 
plan to have 27 solar panels connected in an array, with 3 solar panels to each blind. This gives 9 
blinds that will contain solar panels. Similarly, 3 solar panels will be connected in series to 
produce 18 V, and each group will be connected in parallel to produce 0.63 A. This way the 
charge controller can drop the voltage down to the recommended 12.6 V to charge the battery at 
0.9 A. It would take the solar panels 7 hours and 20 minutes in the best conditions to fully charge 
the li­ion battery. With the least amount of daylight time in Champaign being 9 hours and 20 
minutes, this gives 2 hours of leeway in case of clouds. 
 
2.2.2 Charge Controller 
Input: 18 V 
0.63 A 
5 

11.34 W 
Output:
12.6 V 
0.9 A 
11.34 W 
 
The charge controller can step down the input voltage in order to output the voltage 
recommended to charge the attached battery. It also increases the output current in relation to the 
input current, which will speed up the charging time for the battery. This helps during the day, 
since the amount of power being output by the solar panels can fluctuate such as on a partly 
cloudy day. The charge controller should keep the voltage at a steady 12.6 V, only changing the 
current output, which in turn changes the charge time. 
 
2.2.3 Li­ion Battery 
Input: 12.6 V 
0.9 A 
11.34 W 
Output:
11.1 V 
5.7 A (max) 
 
Every component that requires power will be supplied by a 6600 mAh rechargeable li­ion 
battery. [2] In between the motor, microcontroller, and LEDs will be voltage step downs to get to 
each’s required voltage, so nothing burns up. We choose this battery for many reasons, such as 
its slim form factor, its charge capacity which will allow it to charge fully during the day and last 
through the night, and the voltage and current output. 
 
2.2.4 Buck Converter 
 
 
2.2.5 Microcontroller 
Input: 11.1 V 
? A 
Output:
5 V 
1.5 A 
 
The microcontroller will be controlling the motor and the RGB LEDs. It will be using 
data in order to determine what angle to position the blinds for the best solar panel efficiency. 
Between the microcontroller and the motor will be a H­bridge, specifically an H­bridge chip. 
This will allow the microcontroller to send three signals in order to spin the motor in different 
directions. The enable signal enables the motor to spin, and then there are 2 different direction 
6 

signals used by the microcontroller to easily control the direction of rotation. The microcontroller 
will also interpret user inputs and control the LEDs accordingly.  
 
2.2.6 Electric Motor 
Input: 3 V 
0.04 ­ 0.4 A 
Output: ­ 
 
The electric motor will be getting different amounts of current depending on the 
microcontroller’s output when the system to set to automatic. This way the motor will turn the 
blinds to the correct position determined by the microcontroller for the most efficient production 
of energy. The motor will be controlled by the microcontroller using an H­bridge, which will 
allow the DC motor to spin in either direction. [4] The highest amount of current the motor can 
draw is 0.4 A, which is the stall current. [3] 
 

7 

 
Figure 3. ​
This is the circuit for the motor, showing how using an H­bridge chip can enable the 
motor to be spun in two different directions instead of only one. 
 
2.2.7 RGB LEDs 
Input: 2 V (red) 
3.2 V (green) 
3.2 V (blue) 
0.02 A (all) 
5.04 W total 
Output: ­ 
 

8