Univerzální zdroj napájení pro mikrokontroléry (Arduino apod.)

Součástky použité v projektu

 

Všechny použité součástky (s výjimkou pouzdra, desek plošných spojů, vodičů a pinových konektorů-nárazníků) jsou zobrazeny ve schématech a označeny tak, aby je bylo možné snadno porovnat s popisem níže. Označení každé součástky je uvedeno v závorkách (červeně).

Pouzdro.

Protože nemám 3D tiskárnu, nemohl jsem vyrobit pouzdro přímo pro tento projekt. Proto jsem v obchodě s domácími potřebami koupil průsvitnou plastovou krabičku vhodné velikosti s pevně zacvakávacím víkem. Průsvitné pouzdro umožňuje vidět svit LED diod.

Cena: 2 USD.

Solární panel (D1).

Měl jsem několik solárních panelů různých velikostí a výkonů. Vybral jsem malý panel 110x60mm, 5V, 1W. Jde o deklarované maximum, kterého je v praxi téměř nemožné dosáhnout: za jasného jarního slunečného dne jsem naměřil přibližně 150mA. Rozměrově panel dobře vyhovoval pro montáž na víko pouzdra.

Cena: 2 USD.

Schottkyho dioda (D2)

Aby se zabránilo zpětnému proudu do solárního panelu, je nejvhodnější Schottkyho dioda, protože obvod pracuje s nízkým napětím a tyto diody mají výrazně menší úbytek napětí (0.3-0.5V) než běžné diody typu 1N4007, u nichž je úbytek přibližně 0.8-1V. K dispozici jsem měl pouze velmi výkonnou diodu 1N5825 (40V, 5A), ale pro tento projekt by stačila jednodušší 1N5817 (20V, 1A), která má navíc ještě menší úbytek napětí, což je při použití nízkonapěťového solárního panelu obzvlášť důležité.

Cena 1N5817: 4.5 USD za 50 kusů

Nabíjecí modul akumulátoru (BMS) (M1).

Použil jsem modul TP4056 s konektorem micro-USB, který umožňuje nabíjení proudem 1A při napětí 4.1-4.2V a má ochranu proti přebití a nadměrnému vybití Li-ion akumulátoru. Modul má také svorky pro alternativní vstupní napájení, v mém případě ze solárního panelu.

Protože jsem neplánoval zařízení pro více než jeden akumulátor, nebyl potřeba vyšší nabíjecí výkon ani napětí, i když jsou k dispozici nabíjecí moduly a snižující měniče pro vyšší napětí.

Cena modulu TP4056: 2 USD za 5 kusů

Zvyšující měnič 5V (step-up / boost modul) (M2).

Tento modul je nutný, protože nabíjecí modul předává napětí připojeného akumulátoru, tedy 3.7-4.2V, zatímco pro napájení Arduina a další elektroniky potřebuji stabilních 5V.

Vybral jsem kompaktní a účinný zvyšující modul Wavgat, který podporuje proud 1-1.5A.

Cena: 1.1 USD

Napájecí konektory (J1-J3, JP1, JP2).

V projektu jsou použity tři dvoupólové konektory pro PCB.

- (J1) pro připojení akumulátorů s vodiči nebo článku 18650 umístěného v držáku baterie.

- (J2) pro připojení solárního panelu. Dal jsem přednost konektoru před pájením kvůli snadnějšímu rozebrání zařízení.

- (J3) pro vyvedení 5V ze zvyšujícího měniče na nepájivé kontaktní pole.

Pro připojení akumulátorů z mobilních telefonů jsem potřeboval stejný typ konektoru, jaký se používá v telefonech (JP1, JP2). Ve schématu je kvůli přehlednosti jeden 4pinový konektor rozdělen na dva samostatné konektory. Měl jsem tři různé akumulátory: jeden se 3 kontakty a dva se 4 kontakty, přičemž se lišilo i rozmístění kontaktů + a -. Nakonec jsem odpájel 4pinový konektor ze starého telefonu a mohl jej použít se všemi svými akumulátory. Podobné konektory lze koupit také na AliExpressu. Rozdílné rozmístění napájecích a zemních kontaktů jsem vyřešil pomocí přepínačů (viz níže).

Cena PCB konektorů: 1 USD za 20 kusů

Cena držáku pro článek 18650: 1 USD za 1 kus

Přepínače (S1-S4).

V projektu jsou použity čtyři třípinové přepínače pro montáž na PCB.

Dva z nich slouží k volbě kontaktů akumulátoru z mobilního telefonu: jeden (S1) pro první dvojici kontaktů (mínus), druhý (S2) pro druhou dvojici (plus).

Třetí přepínač (S3) slouží k připojení alternativního napájení k nabíjecímu modulu (solární panel).

Čtvrtý přepínač (S4) slouží k zapnutí 5V zvyšujícího modulu. Umožňuje šetřit energii tím, že modul vypne, když není potřeba, například během nabíjení akumulátoru nebo při skladování zařízení.

Cena přepínačů: 1 USD za 20 kusů

Voltmetr (M3) a tlačítko (S5)

Voltmetry tohoto typu existují ve dvouvodičovém a třívodičovém provedení. Dvouvodičový voltmetr je napájen a zároveň měří napětí ze stejného obvodu; právě tato varianta je zobrazena ve schématu. Třívodičový modul má samostatné napájení a samostatné připojení k měřenému obvodu, což umožňuje měřit napětí mimo rozsah napájecího napětí samotného modulu.

Displej voltmetru je třímístný a je dostupný ve čtyřech barvách.

Tlačítko (S5) bylo přidáno kvůli úspoře energie spotřebovávané voltmetrem (M3), aby jej bylo možné zapnout pouze v případě potřeby.

Cena voltmetru: 2 USD za kus

Cena tlačítka: 2 USD za 30 kusů

Desky plošných spojů.

V projektu jsou použity tři desky plošných spojů. Dvě o rozměrech 50x70mm tvoří svislé boční stěny a jedna 70x90mm slouží jako "podlaha".

Všechny součástky zařízení byly připájeny k bočním deskám plošných spojů.

Desky plošných spojů lze pohodlně spojit pomocí jednožilových vodičů 0.5mm.

Cena PCB 50x70mm: 2.5 USD za 10 kusů

Cena PCB 70x90mm: 1.6 USD za 5 kusů

Nepájivé kontaktní pole

Nepájivé kontaktní pole poloviční velikosti slouží k umístění dalších elektronických součástek, například mikrokontroléru Arduino a různých senzorů. Napájení a zem jsou přivedeny na napájecí lišty pole pomocí vodičů připojených ke konektoru (J3).

Cena nepájivého kontaktního pole poloviční velikosti: 1.5 USD za 1 kus

Konektory-nárazníky

Na jednu z bočních desek plošných spojů jsem osadil čtyři dvojité pinové konektory jako nárazníky, aby se omezila vůle zařízení uvnitř pouzdra. Jde o zcela volitelný prvek.

Cena konektorů-nárazníků: 2 USD za 30 kusů 40pinových lišt

 

Celkové náklady na součástky

Celková cena všech součástek projektu bez nástrojů a spotřebního materiálu (tavidlo, pájka, vodiče) činila 13 USD. Bez nepájivého kontaktního pole je celková cena 11.5 USD.

Všechny uvedené součástky najdete v tomto dokumentu Google​​​